Преобразователь разности температур в напряжение

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность преобразования температур в напряжение В первом такте работы преобразователя с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов на управляющие входы первого и третьего ключей 3 и 7 поступает управляющий сигнал , в результате чего ключи 3 и 7 замыкаются , образуя цепь для протекания тока от источника 2. Во втором такте работы преобразователя с инверсного выхода генератора 1 прямоугольных импульсов поступает управляющий сигнал, в результате чего ключи 3 и 7 размыкаются, а ключи 4 и 8 замыкаются Первый и второй такты следуют один за другим, в результате чего на выходе преобразователя создается напряжение ступенчатой формы, амплитуда переменной составляющей которого пропорциональна разности температур. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7 /16

ГОСУДАРСТВЕ ННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4809470/10 (22) 04.04.90 (46) 30.06.92.Бюл. N. 24 (71) Ленинградский политехнический институт им, M.È.Kàëèíèíà (72) В.С.Гутников, Д.А.Иванов, А.В.Клементьев и M.ß.Êóáëàíîâ (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1128125, кл. G 01 К 7/16, 1984, Авторское свидетельство СССР

N 1352248, кл. 6 01 К 7/16. 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность преобразования температур в напряжение. В первом

„„ Ы„„1744520 A l такте работы преобразователя-с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов на управляющие входы первого и третьего ключей 3 и 7 поступает управляющий сигнал, в результате чего ключи 3 и 7 замыкаются, образуя цепь для протекайия тока от источника 2. Во втором такте работы преобразователя с инверсного выхода генератора

1 прямоугольных импульсов поступает управляющий сигнал, в результате чего ключи

3 и 7 размыкаются, а ключи 4 и 8 замыкаются, Первый и второй такты следуют один за другим, в результате чего на выходе преобразователя создается напряжение ступенчатой формы, амплитуда переменной составляющей которого пропорциональна разности температур. 1 ил.!

Ф. ф (Я

C) 1744520

Изобретение относится к технике температурных измерений и предназначено для построения точных дифференциальных термометров.

Известны измерительные преобразователи разности температур в напряжение, в которых в качестве первичных преобразователей температур используются терморезисторы, Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления, источник тока, два операционных усилителя и масштабирующий усилитель.

Недостаток известного устройства обусловлен низкой точностью преобразования разности сопротивлений термопреобразователей в напряжение.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы с двумя токовыми и двумя потенциальными выводами каждый, операционный усилитель. инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно с втоцым потенциальным выводом второго терморезистора и с общей шиной преобразователя, и масштабирующий усилитель, включенный между первым потенциальным выводом первого терморезистора и выходом преобразователя, введены первый, второй, третий и четвертый ключи и генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к управляющим входам первого и третьего ключей, а инвертирующим выходом — к управляющим входам второго и четвертого ключей, при этом источник тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными входами первого и второго ключей, подключенных своими выходами к первым токовым выводам соответственно первого и второго терморезисторов, подключенных своими вторыми токовыми выводами через соответственно третий и четвертый ключи к выходу операционного усилителя, а второй потенциальный вывод первого термореэистора соединен с первым потенциальным выводом второго терморезистора.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, и точник 2 тока, первъгй 3 и второй 4 ключи. первый 5 и второй 6 терморезисторы, третий 7 и четвертый 8 ключи, операционный усилитель 9, масштабирующий усилитель 10, первый потенциальный вывод 11, первый токовый вывод 12, второй токовый вывод 13 и второй потенциальный вывод 14 первого терморезистора., первый потенциальный вывод 15, 5

10 первый токовый вывод 16. второй токовый вывод 17 и второй потенциальный вывод 18 второго терморезистора и выход 19 преобразователя.

Источник 2 тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными между собой входами первого 3 и второго 4 ключей. Выход первого ключа 3 соединен с первым токовым выводом 12 первого терморезистора, первый потенциальный вывод

11, второй токовый вывод 13 и второй потенциальный вывод 14 которого соединены соответственно с входом масштабирующего

15 усилителя 10; входом третьего ключа 7 и с первым потенциальным выводом 15 второго терморезистора. Первый токовый вывод 16, 20 второй токовый вывод 17 и второй потенциальный вывод 18 второго терморезистора соединены соответственно с выходом второго ключа 4, входом четвертого ключа 8 и с инвертирующим входом операционного усилителя 9, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине преобразователя. Выходы третьего 7 и четвертого 8 ключей объединены между собой и соединены с выходом операционного усилителя 9, Управляющие входы первого 2 и третьего 7

30 ключей подключены к выходу генератора 1 прямоугольных импульсов, к инвертирующему выходу которого подключены управляющие входы второго 4 и четвертого 8

35 ключей. Вход масштабирующего усилителя

10 соединен с выходом 19 преобразователя.

Преобразователь имеет двухтактный алгоритм работы.

В первом такте с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов поступает сигнал

"1" на управляющие входы первого 3 и третьего 7 ключей. а с инвертирующего выхода генератора 1 прямоугольных импуль- сов поступает сигнал "0" на управляющие входы второго 4 и четвертого 8 ключей, в результате чего первый 3 и третий 7 ключи находятся в замкнутом состоянии, а второй

4 и четвертый 8 ключи находятся в разо40

45 выражением

U11(1j - U34(1j = IR), (1) где 011(1)- потенциал первого потенциального вывода 11 первого термореэистора в первом такте;

50 мкнутом состоянии. Ток, создаваемый источником тока 2, протекая через замкнутый ключ 3, первый терморезистор 7 и замкнутый ключ 7; создает на первом термореэисторе 5 падение. напряжения, определяемое

1744520 (10) 014(1) — потенциал второго потенциального вывода 14 второго термореэистора в первом такте;

1 — выходной ток источника 2 тока;

R> — сопротивление первого терморезистора 5.

Операционный усилитель 9 поддерживает потенциал второго потенциального вывода 14 первого терморезистора равным нулю:

01д(1) = 0 ° (2)

Потенциал перво о потенциального вывода 11 первого терморезистора усиливается масштабирующим усилителем t0, Напряжение Ulg(1) на выходе19 преобразователя в первом такте определяется выражением

U1g(1) = ИК1, (3) где k — коэффициент усиления масштабирующего усилителя.

Во втором такте на управляющие входы первого 3 и третьего 7 ключей поступает сигнал "О", а на управляющие входы второго

4 и четвертого 8 ключей — сигнал "1", При этом первый 3 и третий 7 ключи находятся в . разомкнутом, а второй 4 и четвертый 8 ключи — в замкнутом состоянии. Выходной ток l источника 2 тока протекает через замкнутый ключ 4, второй терморезистор б и замкнутый ключ.8, в результате чего на втором терморезисторе б создается падение напряжения, описываемое формулой

U )5(2) - 018(2) = I R2, (4) где U»(2) — потенциал первого потенциального вода 15 второго термореэистора во втором такте;

U >a(2) — потенциал второго потенциальногс вывода 18 второго терморезистора во втором такте;

Rz — сопротивление второго терморезистора б.

С помощью операционного усилителя 9 потенциал второго потенциального вывода

18 второго термореэистора поддерживается равным нулю:

018(2) = О.,(5) Поскольку выходной ток источника 2 тока во втором такте не протекает по первому термореэистору 5. потенциал первого потенциального вывода 11 первого терморезистора равен потенциалу первого потенциального вывода 15 второго терморезистора, а выходное напряжение преобразователя 01g(2) во втором такте определяется выражением

019(2) = klR2 (6) Первый и второй такты преобразования име от одинаковые длительности и следуют

6 друг за другом, в результате чего на выходе

19 преобразователя создается напряжение ступенчатой формы, амплитуда 08 переменной составляющей которого пропорциональна разности сопротивлений

5 терморезисторов:

0а = — {019(1) 019(2)) = — kl(R1 - Rz) (7)

1 1

2 2

Терморезисторы.5 и 6 имеют идентич10 ные линейные зависимости сопротивлений от температуры следующего вида:

R(T ) = Ra(1+A (Т - То) ), (8) где R(T) — сопротивление термореэистора при температуре Т;

15 Ro — сопротивление термооезистора при температуре Т, А — относительная чувствительность термореэистора к изменению температуры, 20 Следовательно, амплитуда переменной составляющей выходного напряжения преобразователя пропорциональна разности температур терморезисторов:

Ua = — kRoA(T1 - T2), 1 (9) где Т1 — температура первого термореэистора5;

Т вЂ” температура в i орого терморезистора б.

30 Вследстви» неидеальности операционного усилителя 9 и масштабирующего усилителя 10 преобразователь имеет аддитивную погрешность, которая определяется входными токами, но не зависит от

35 напряжений смещений усилителей:

AUa = — 2 kR2(lg+ lip), 1 где МА — абсолютное значение погрешно40 сти, приведенное к вь ходу преобразователя:

ig — выходной ток инвертирующего входа операционного усилителя 9: цо — входной ток масштабирующего уси45 лителя 10.

Формула изобретения

Преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы с двумя

50 токовыми и двумя потенциальными выводами каждый, операционный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно, с вторым потенциаль ным. выводом второго термо55 резистора и с общей шиной преобразователя, и масштабирующий усилитель, включенный между первым потенциальным выводом первого терморезистора и выходом преобразователя, отличающийся.тем, что, с целью

1744520

Составитель Д.Иванов

Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий

Редактор А.Огар

Заказ 2189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб,; 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 повышения точности преобразования, в него,введены первый, второй, третий и четвертый ключи и генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к управляющим входам первого и третьего ключей, а инвертирующим выходом — к управляющим входам второго и четвертого ключей, при этом источник тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными входами первого и второго ключей. подключенными своими выходами к первым токовым выводам соответственно первого и второго терморезисторов, подключенных своими вторыми токовыми выводами че5 рез соответственно третий и четвертый ключи к выходу операционного усилителя, а второй потенциальный вывод первого терморезистора соединен с первым потенциальным выводом второго терморезисто10 ра.