Способ определения температуры и влажности воздуха и устройство для его осуществления

(56) БерлинерМ,: Энергия, 1АвторскоеМ 303579, кл,вич. В,Т,Ко ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ юл. %47ибернетики им. В,М,ГлушкоМ А. Измерение влажнос973, с.400.свидетельство СССР6 01 М 25/56, 1969,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения влажности воздуха или отдельных газов с помощью полупроводниковыхдатчиков,Известны способы определения, температуры и влажности воздуха и устройствадля их осуществления, заключающиеся впреобразовании измеряемой величины в ча.стоту электрических сигналов путем, например, включения влагочувствительногоэлемента в частотозадающую цепь гейера-тора с последующей обработкой результатов измерения частоты по определенномувыражению,Известным техническим решениям присуща недостаточная точность измерения,обусловленная погрешностями, вносимыминелинейностью характеристики чувствительного элемента, погрешностью "нуля", временной и температурной нестабильностьюканалов преобразования и др, Это ограни(57) Использование: измерение влажности воздуха и газов с помощью полупроводниковых датчиков, Сущность изобретения; через р-и-переход датчика пропускают заранее выбранные различные значения тока. формируют релаксационные колебания, измеряют и запоминают установившиеся значения частот релаксационных колебаний, по значениям которых судят о температуре и влажности воздуха. Устройство содержит элементы, формирующие релаксационные колебания и преобразующие параметры релаксационных колебаний в значения температуры и влажности воздуха. 2 с,п. и 1 з.п.ф-ль;, 3 ил. чивает возможности известных способов определения температуры и влажности воздуха с предварительным преобразованием измеряемого парамРра в частоту,Известен способ определения температуры и влажности воздуха,"заключающийся в том, что датчики температуры размещают с двух сторон от исследуемого материала, по одну из сторон которого устанавливают также и нагреватель, прйводят всю систему в равновесное состояние и сообщают исследуемому материалу определенную порциа тепла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, измеряют т эмпературу исследуемого материала с помощью датчика, установленного на противсположной стороне от нагревателя, в момент достижения определенной разности температур между датчиками, характеризующейрадиент температуры в среде. и по полученному значению, пользуясь эмпирически установлен(28) соответственно и на пять 1 й вход блока 34 обработки сигналов.Положение автоматических переключателей 12 и 13 не изменится и по-прежнему будет противоположньм указанному на 5 фиг,1. Положение автоматического переключателя 14 изменится на противополож- йое по отношению к указанному на фиг.1. В результате вторые выходы блоков 11,14,13 и 12 будут объединены и через образцовый 10 резистор 5 потечет ток 2 от источника 11 тока.На прямой вход операционного усилителя 8 во втором такте постуйит уже напряжение Оп 2 (8), обусловленное падением 15 напряжения на резисторе 5 от тока 2. Врезультате на выходе операционного усилителя 8 формируются релаксационные коле-. бания частоты Ф 2 (9) за счет периодического заряда конденсатора 7 током к 2, пропорци ональным разности напряжений Ь 02 = ОоО 2, На втором выходе блока 45 элементов 2 Й появится импульс длительностью То, разрешающий прохождение счетных импульсов с частотой следования т 2 = 11/МА на 25 вычитающий вход первого реверсивного счетчика 42 импульсов.За время То в счетчик поступитимпульсов. В результате йа выходе первого реверсивного счетчика 42 импульсов появится код числа ЙЗ = Й 1 Й 2 = Р 1 - т 2)То/МА Начиная с третьего такта, на установочные входы второго управляемого делителя 40 частоты поступает код числа Мз(28). На выходе 40 делителя 40 частоты формируется последовательность импульсов с цастотой следованйя, в Из раз меньшей частоты счетных импульсов, поступающий с выхода формирователя 9 на счетный вход второго управ ляемого делителя 40 частоты.По истецении времении Тт на выходе -р переполнения реверсивного счетчика 24 импульсов вновь"появится импульс, изменяющий на единицу состояние счетчика 25 50 тактовиустанавливающий блоки 23,24,28 в исходное состояние. Начало третьего такта характеризуется появлением сигнала на втором выходе дешифратора 27 и на шестом входе блока 34 обработки сигналов. 55Автоматические переключатели 12 - 14 принимают положение, указанное на фиг,1, при котором к прямому входу операционного усилителя 8 подключается полупроводниковый датчик 10, через который течет ток 1. Ток 1 создает на сопротивлении р-и-перехода датчика падение напряжения Опз, В результате частота релаксационных колебаний изменится до значения 1 з (11).В третьем такте счетные импульсы с частотой следования 1 з поступают на счетный вход второго управляемого делителя 40 час- . тоты и делятся в Мз раз. В результате на первые и третьи входы первого и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 и 50 поступают счетные импульсы с частотой следования 1 з = 1 з/Йз.При поступлении разрешающего сигнала длительностью То на второй вход второго элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ 50 с третьего выхода блока 45 элементов 2 И на вычитающий вход второго реверсивного счетчика 43 по- ступит где 1 з = з/Мз, импульсов.По окончании третьего такта на выходе -р переполнения реверсивного счетчика 24 импульсов вновь появится сигнал, переводящий блоки 23,24 и 28 в исходное состояние и заносящий следующую единицу в счетчик 25 тактов. В результате изменения выходного кода счетчика 25 тактов на третьем выходе дешифратора 27 появится сигнал, характеризующий начало четвертого такта измерения.Указанный сигнал с третьего выхода дешифратора 27 поступает на седьмой вход блока 34 обработки сигналов и на второй вход четвертого элемента ИЛИ 19. Третий автоматический переключатель 14 устанавливается в положение, противоположное указанному на фиг.1. В результате через датчик 10 потечет ток 2 с второго вь 1 хода источника 11 тока, Последний создает на сопротивлении р-и-перехода датчика 10 падение напряжения Опа (12), которое поступает на прямой вход операционного усилителя 8, В результате на выходе операционного усилителя 8 частота релаксационных колебаний изменится до значения Ь (13).Счетные импульсы с частотой следования Иа поступают на второй управляемый делитель 40 частоты, где делятся по частоте в Мз раза. С выхода второго управляемого делителя 40 частоты счетные импульсы с частотой следования та = та/йз поступают на первый и третьи входы первого и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 и 50, На второй вход первого элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 через время Т 1 окончания переходного процесса поступает разрешающий сигнал длительностью То с четвертого выхода бло(34) ка 45 элементов 2 И. За время То на сумми- обеспечивает отключение датчика 10 отрующий вход второго реверсивного счетчи- прямого"входа"оперэцйонйого усилителяка 43 поступит 8, непрерывное протекание тока з черездатчик 10 и нагрев последнего в течение(30) 5 времени Ь снПо истечении времени Л тн нагрева наимпульсов, В результате на выходе второго:тринадцатом"выходе"дещифратора 27 пояреверсивного счетчика 43 импульсов йоя- вится сигнал, который поступает на восьвится код числа мой вход блока 34 обработки сигналов.10 Одновременно автоматические переклюМ 6=Н 5-й 4=(Г 4-1 э)То/йз, (31) чатели 12 и 15 устанавливаются в исходные положения,указайныенэ" фиг.1, из-заКодчисла йб(31) поступает на информа- отсутствия сигналов"на Их управляющихционные входы первого и второгорегист-входах,ров 47 й 48, Задним фронтом импульса с 15 При указанном положений автоматичечетвертого выхода блока 45 элементов 2 И ских переключателей через нагретый полуээпускается одновибратор 54. Последний проводниковый датчик 10 потечет ток 1 сформирует короткий импульс записи кода первого выхода источнйка 1 тока, которыйчисла И 6 (31) в регистр 47 числа. На первые создает падение йапряжения Оп 5 на сопровходы мультиплексора 53 и входы адреса 20 тивлении р-и-перехода"датчика 1 О. Это настроки постоянного программируемогоза- пряжение поступает=на прямой входпоминающего устройства 52 поступит с ин-операционного усилйтеля 8, Аналогичнымверсных выходов регистра 47 код числа образом на выходе операционногоусилителя 8 формируются релаксационные колеббИ 7 = Рз - 4)То/чз. (32) 25 ния частоты 15(14). С выхода формирователя9 счетные импульсы частоты й 5 поступают наПо окончании четвертого такта на выхо- счетный вход второгоуправляемого делитеде -р переполнения реверсивного счетчика ля 40 частоты. делятся с его помощью в Изимпульсов 4 вновь появится сигнал, перево- раз, азатем с частотой следованиядящий блоки 23,24 и 28 в исходное состояние и заносящий очередную единицу в Ь 5 = К 5/Из(33)счетчик 25 тактов. В результате изменениявыходного кода счетчика 25 тактов на чет- поступаютна первыеи третьи входы перэовертом выходе дешифратора 27 появится го и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 исигнал, характеризующий начало пятого 35 50. Через время Т 1 окончания переходныхтакта. Одновременно этотсигнал поступает процессов на пятом выходе блока 45 элена третий и первый входы второго и пятого ментов 2 И появится сигнал, разрешающийэлементов ИЛИ 17 и 20 соответственно. прохождение в течение времени То счетныхПервый и четвертый автоматические пе- . импульсов с частотой следования 15 (33) нареключатели:12 и 15 устанавливаются впо, суммирующий вход второго реверсивноголожения, противоположные указаНнйм"на . счетчика 43 импульсов, За время То, в пофиг.1. В результате полупроводнйкбэый следний поступитдатчик 10 отключается от прямого входаоперационного усилителя 8 и через автома- .Мв = Г 5 То = 15 То/Мзтический переключатель 15 подключаются к 45третьему выходу источника 11 тока з, С пя- импульсов.того такта начинается подогрев датчика 10 " В результате общее число импульсов,током з. записанное во второй реверсивный счетчикТок з через полупроводниковый датчик 43 импульсов, по окончании четырнадцэто 10 пропускается в течение девяти тактов (с 50 го такта станет равнымпятого по тринадцатый включительно), т,е, втечение времени Л - 9 ТО = 3 7 г, равного Кд = йб+ Кэ = И 5- И 4+ Мв =утроенному значению тепловой постоянной = Р 4. 1 з+ Ь)То/Мз. (35)времени датчика 10. Нагрев датчика токомз = и 1 о осуществляется до температу Окончание измерительного интервалары Тн. Поочередное поступление сигналов . времени То характеризуется появлениемс выходов (с четвертого по двенадцатый очередного четырнадцатого импульса навключительно) дешифратора 27 через эле- выходе-р переполнения реверсивного счетменты ИЛИ 17 и 20 на управляющие входы чика 24 импульсов. Последний поступает вавтоматических переключателей 12 и 15(42 ИВ(Тх) р -где Мр(Тх) = йв ент пропорцио при калибровке енттеплоотдэчихэ;(Тх) Ик э НВ(Тх)нэльности, опреи связывающий кдатчика и влажно оэффициделяемый оэффицисть воздуЗадним фрон дэ блока 45 э рой одновикороткий имп запись во вто (39) и устэнэв пульсов. естого выхоускэется ато ормируетсясущесталяет ДЭ чиела М 11 етчик 44 имьсэ с ш 2 И. зэп 55, ф едний о тр 48 ко нуль сч ом импу ементовбрэторуль,с. Посл рой регис ливэет в ционэльвке; Йк = 1 оТо/Й счетчик 25 тактов и изменяет его выходной код, Это приводит к появлению сигнала на четырнадцатом выходе дешифрэторэ 27. Указанный сигнал поступает нэ девятый вход блока 34 обработки сигналов и через третий вход четвертого элемента ИЛИ 19 нэ управляЮщий вход третьего автоматического переключателя 14. Последйий изменяет свое положение нэ противоположное указанному нэ фиг.1. В результате через нагретый полупроводниковый датчик потечет ток с второго выходэ источника 11 тока и создаст нэ сопротивлении р-и-переходэ паде-. НИЕ НаПряжЕНИя Опб,Последнее поступает нэ прямой вход операционного усилителя 8. В результате частота релэксэционных колебаний на выходе операционного усилителя 8 изменится до значения 1 б(15), С выхода формирователя 9 счетные импульсы с частотой следования Ь поступают нэ счетный вход второго управляемого делителя 40 частоты, делятся с его помощью в Йз рэз, э, затем с чэстотой следованиятб =. тб/Из . - (36) поступают нэ первые и третьи входы первого-и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 и50Через время Т 1 окончания переходных процессов нэ шестом выходе блока 45 элементов 2 И появится сигнал, разрешающий . прохождение в течение времени То счетныхимпульсов с частотой следования 1 б (36) нэ вычитэющий вход второго реверсивного счетчика 43 импульсов. Зэ время То в последний поступит810 = тб То = тбТо/Из (37)импульсов.По окончании пятнадцатого такта нэ информационные входы первого и второго регистров 47 и 48 с выхода второго реверсивного счетчика 43 импульсов поступит кодчисла И 11= 9" И 10= Йб+ Йб- Й( -М По окончании пятнадцатого такта нэ выходе -р переполнения реверсивного счетчикэ 24 импульсов появится сигнал, устэнэвлиаэющий блоки 23,24 и 28 в исход ное состояние и зэносящий очередную единицу в счетчик 25 тактов, В результате изменения выходного кодэ счетчика 25 тэктоа нэ пятнадцатом выходе дешифрэторэ 27 появится сигнал, характеризующий нэ чало шестнадцатого такта, Автоматическийпереключатель 14 принимает свое исходное состояние, показанное нэ фиг.1, Через время Т 1 нэ выходе триггера 28 формируется импульс длительностью То, который через 15 второй вход блока 34 обработки сигнэловпоступает нэ вторые входы блокэ 45 элементов 2 И. В результате нэ седьмом выходе блока 45 элементов 2 И появится импульс этой же длительности То, который рэзрешэ ет поступление с выхода третьего управляемого делителя 41 частоты нэ счетный вход счетчика 44 импульсов с частотой следова- ния Зэ время То в счетчик 44 запишется М 12 = т 7 То = оп То/Й 1 = 30 . топ То т 1 т 2 Йд (та - З + Ь - б) 11 -12Нк,35 где Йк акоп Тоlйдимпульсов.Код числа 812(41) с выходов счетчика 44импульсов поступает нэ третьи входы мультиплексорэ 53 и нэ входы адреса столбца 40 постоянного программируемого запоминающего устройства 52. Нэ входы адреса строки постоянного программируемого запоминающего устройства 52 поступает, кэк уже отмечалось, код числэ й 7 (32). Нэ выходе запоминающего устройства 52 появится код числа Йю(Тх) - коэффициент и ости. определяемый при кэИндикация результатов определения занных параметров; а также широкими фунтемпературы (32) и влажности (42) воздуха, кциональными возможностями,коэффициента теплоотдачи (41) и темпера- Повышение точности определения темтуры(39) перегрева датчика осуществляется пературы и влэжности воздуха обеспечиваспомощьюцифровогоотсчетногоустройст ется за счет реализации нового способа вз 33. измерения, позволяющего исключить влияДля этого нажимают кнопку "Режим ин- ние нн результат измерения начального знадикации" 32 до тех пор (1-4 раза), пока на чения частоты релаксационного генератора, индикаторе устройства не появится под- нестэбильности параметров его времязадастветка необходимой аббревиатуры а, Щ Т 10 ющей цепи. значения опорного напряжения или ЬТ с помощью одного из четырех све- источника 1, влияние коэффициента В тодиодов блока 58 светодиодов цифрового . вольт-,эмперной характеристики р-п-перехоотсчетного устройства 33. Сигнал на тот или да датчика 10, зависящего от мэтериэла псиной светодиод блока 58 светодиодов по- лупроводника и ширины зоны перехода, а ступает с соответствующего выхода первого 15 также тока насыщения р-п-перехода, завипреобразователя 56 (дешифратора) кодов сящегооттемпературы перехода Тг -+м. первого счетчика 22 импульсов, счетныйВведение блока 34 обработки сигналов вход которого подключен к кнопке 32 "Ре- позволяет осуществить измерение знэчежим индикации", ний частот релаксационных колебаний заВ соответствии с выходнымкодом 20 измерительный интервал времени То и та- (00,10,0,1,11) первого счетчика 22 импуль- кую обработку результатов промежуточных сов, поступэющим также на управляющие измерений, при которой исключэются аддинходы мультиплексора 53, на второй преоб- тивная и мультипликативная составляющие разователь 57 кода цифрового отсчетного погрешности измерения, потрешностй, устройства 33 поступит код результата из обусловленныестарениемэлементов схемы, мерения температуры (32), влажности (42) релаксационного генератора и датчика, поеоздухв, коэффициента теплоотдачи (41), грешности от нелинейности вольт-амперили температуры перегрева (39) датчика с ной характеристики датчика, при этом выходов мультиплексора 53, Преобразован- исклЮчается влияние кратковременной неныйс помощью блока 57 код числа(32),(42) 30 стабильности частоты релаксационных ко- (41) или(39) поступает на блок 59 цифровой лебаний, имеющей место при переходном индикации, с помощью которого отобрэжа- процессе после изменения положений авто- ется полученный результат измерения. матических переключателей. Последнее доКнопка 31 "Установка нуля", подклю- стигается соответствующим выбором ченная к первому входу элемента ИЛИ 16, 35 измерительного интервала времени по исобеспечивает ручной режим установки в течении переходных процессови введенинуль устройства и нэчало измерений. Цик- ем в устройство блоков 21 - 30, соединенных лический режим измерений обеспечивает- определенным образом и обеспечивающих ся путем подключения двэдцать второго формирование идентичных по длительности выхода дешифратора 27 к третьему входу 40. тактов измерений и формирование измериэлемента ИЛИ 16, соединенного с устано- тельного интервала, времени заданной длйвочными входами блоков 21, 23, 24 и 34 тельности То.устройства. В предложенном устройстве обработкаНеобходимо отметить, что сигнал на результатов осуществляется в реальном двадцать втором выходе дешифратора 27 45 масштабе времени, что повышает быстро- появляется через семь тактов после опреде- действие процесса определения температуления значения влажности воздуха. Совме- ры и влажности воздуха. Кроме того, стно с первыми двумя тактами это составйт . повышение быстродействия обеспечивает- девять тактов, что вполне достаточно для ся за счет выбора соответствующих режиостывания полупроводникового датчика 50 мов преобразования физических величин в 10 до температуры окружающей, среды, В частоту релаксационных колебаний, режи- предложенном устройстве время нагрева и мов питания и нагрева полуг;роводникового время охлаждения датчика равнымежду датчика, а также выбором интервалов вресобой. Это обеспечивает стационарный ре- мени измерения, нагрева и охлаждения датжим работы и одинаковые условия опреде чика.ления значений физических величин, Введение в устройство определеннымПредложенное устройство для опреде- образом соединенных четырех автоматичеления температуры и влажности воздуха от . ских переключателей и четвертого образцопрототипа отличается повышенной точно- вого резистора, счетчика твктов и стью и быстродействием опоеделения ука- дешифратора обеспечивлет полуюние информационно изй избыточности в строго за- та равенства падения напряжения на конданной последовательности и оптимальную денсаторе заданному значению, измеряют реализацию алгоритморитмов обработки измери- и запоминаютустановившиеся значения чательной информации. стоты 1 релаксэционных колебаний, пропуВажным отличием предложенного уст скают через образцовый резистор ток р, ройства являются его широкие функцио-., формируютрелаксационныеколебаниячаснэльные возможности. Кроме определения тоты 12 при падении напряжения на образ- температуры и влажности воздуха предло- цовом резисторе от тока 2, измеряют и женное устройство обеспечиваетполучение запоминают установившееся значение часи выдачу информации о температуре пере тоты 7 г, после пропускания через р-и-перегрева полупроводникового датчика и его ко- ход токови 2, измерении и запоминании эффициенте теплоотдачи, Возможность соответствующих частот 1 э и 14 установивиэмерения температуры и коэффициента шихся релаксационных колебаний, нагреватеплоотдачи датчика позволяет использо- ют р-и-переход током э в течение времени, вать предложенное устройство для анализа 15 равного утроенному знацению тепловой по- некоторых газовых смесей, благородных га- стояной времени датчика, устанавливают эов, водорода, хлора, углекислого газа, сер- через перегретый р-и-переход первонацаль-. нистого газа и различных органицеских ный ток 1, формируют релаксационные ковеществ в смеси с воздухом по ихтеплопро- лебания частоты Ь, увеличивают ток церез водности. 20 р-й-переход до знацения Ь, формируют реИ, наконец, введение двух регистров 47 лаксэционные колебания частоты Ь 6, иэмеи 48 обеспечивает хранение результатов ряют и запоминают значения частот 1 ь и 16 предыдущих измерений до получения но- релаксационных колебаний привремениосвых результатов. тывания р-и-перехода не более 10 О от теп 25 ловой постоянной времени датчика, а Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я температуру и влажность окружающей сре. Способ определения температуры и ды определяют по выражениям влажности воздуха с помощью полупроводникового датчика, заключающийся в после- Т =А тэ т 4 оС;х= довательном пропускании различных 30 значений тока через р-п-переход датчика, в1 - бвыборе первого значения токапо нацаль- " " 1 э - 96 - 1 э - 14ному участку вольт-амперной характеристики полупроводникового датчика, второго зна- где А - коэффициент, определяемый при чения тока 2, равного 2 =. (1,011,1)1, и 35 калибровке в среде (воздуха) со средней третьего значения тока 1 з = п - о, где и температурой диапазона измерений; - =1010 Э, о - пРедельно допУстимый ток, ВТх) - коэффициент, опРеделЯЕмЫЙ определяемый по конечному участку вольт- при калибровке для температуры, близкой к амперной характеристики датчика, и фор- Т мировании релаксационных колебаний 40 1,ЮЗ,74,15 Л 6 - значение частот релакпутем заряда интегрирующего конденсато- . сационных колебаний, ра током,: пропорциональным разности 2. Устройство для определения темпе- между опорным напряжением и падением ратуры и влажности воздуха, содержащее , нап ряжения на р-и-переходе от токов 1, 12 источник напряжения, источника тока, резиили 1 з, измерении и запоминании устано сторы, конденсатор, полупроводниковый вившихся значений частот релаксанион- датчик с р-п-переходом, транзисторный ных колебаний, по которым определяют ключ, формирователь счетных импульсов, температуру Тх и влажность Я воздуха, первый сцетчик импульсов, кнопку"Режим о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью индикации", кнопку "Установка нуля", форповышения точности, предварительно ток 1 50 мирователь импульсов сброса. первый элепропускают церез образцовый резистор с мент ИЛИ, цифровоеотсчетноеустройство сопротивлением, равным сопротивлению и операционный усилитель, выход которор-и-перехода датчика для средней темпе- го подключен к входу формирователя счетратуры диапазона измерений, формируют ных импульсов, к одному из выводов релаксационные колебания частоты 1 пу конденсатора и входу транзисторного тем заряда интегрирующего конденсатора ключа, выход которого соединен через током, пропорциональным заданной раз-первый резистор с первым выходом источкости напряженйй между опорным набуря- ника напряжения, второй выход которого жением Оо и падением напряжения на подключен к обьсдиненным своими первы- образцовом резисторе от тока 11, до моменми выводами второму и третьему резисто- тринадцатый и пятнадцатый выходы дешифрам и. входу формирователя импульсов ратора соединены соответственно с шессброса, третий выход источника напряже- тым, восьмым и десятым входами блока ния подключен к цепи управления транзи- обработки сигналов, третий выход подклюсторного ключа, к вторым. выводам 5 чен к второму входу четвертого элемента конденсатора и инвертирующему входу ИЛИ и седьмому входу блока обработки сигоперационного усилителя, четвертый выход налов, четырнадцатый выход дешифратора источника напрякения соединен с входом соединен с третьим входом четвертого элеисточника тока, один.из выводов полупро- мента ИЛИ и девятым. входом блока обраводникового датчика и входы кнопок "Ре ботки сигналов, двадцать второй выход ким индикации" и "Установка нуля" . дешифратора подключен к третьему входу подключены к земляной шине, выход кноп- . первого элемента ИЛИ, остальные выходы ки "Режим индикации" соединен с вторым дешифратора свободны, входы дешифратовыводом третьего резистора и подключен к ра:подключены к однойменным.выходам счетному входу. первого счетчика импуль счетчика тактов, вход установки нуля котосов, выход кнопки "Установка нуля" соеди- рого соединен с третьйм входом блока обранен с вторым выводом второго резистора и ботки сигналов, с первым входом шестого подключенкпервомувходупервогоэлемен- элемента ИЛИ, входом установки нуля рета ИЛИ, второй вход которого соединен с версивного счетчика импульсов и подклювыходомформирователяимпульсовсброса, 20 чен к выходу первого элемента ИЛИ; отл и ч а ю ще е с ятем, что дополнительно счетный вход счетчика тактов соединен с введены блок обработки сигналов, образца- входом установки нуля триггера, входом певый резистор, триггер, второйсчетчик им- резаписи "Ч" и выходом переполнения "-р" пульсов, кварцеванный генератор, реверсивного счетчика импульсов, устанбреверсивный счетчик импульсов, задатчик 25 вочные входы которого подключены к выхочисла, счетчик тактов, дешифратор, второй, дам задатчика числа, счетный вход третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, реверсивного счетчика импульсов соединен первый, второй, третий и четвертый авто- с выходом кварцованного генератора,к коматическиепереключатели, выходпервого торому подключен и счетный вход второго. автоматического переключателя соединен 30 счетчика импульсок вход установки нуля кос прямым входом операционного усилите- торого соединен с выходом шестого элеменля, первый вход подключен к одноименно- та ИЛИ, выход второго счетчика импульсов му выходу второго автоматического подключенквходуустановкиединицытригпереключателя. к второму выводу полупро- гера, выход которого соедйнен с вторыми водникового датчика и через четвертый ав входами шестого элемента ИЛИ и блока обтоматический переключатель - к третьему . работки сигналов, первый вход которого выходу источника тока, первыи и второй вы- подключен к выходу формирователя счет- ходы которого соединены с одноименными ных импульсов, одиннадцатый и двенадцавходами третьего автоматического пе-тый входы блокаобработки сигналов реключателя, чей выход подключен к входу 40. соединены соответственно с первым и. втовторого автоматического переключателя, рым выходами первого счетчикаимпульсов второй выход второго и второй вход первого и первым и вторым управляющими входами автоматических переключателей обьедине- цифрового отсчетного устройства, информаны между собой и через образцовый рези- ционные входы которого подключены к одстор подключены к земляной шине, цепи 45 ноименным выходам блока обработки управления первого, второго, третьего и сигналов,четвертого автоматических переключателей 3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е есоединены соответственно с выходами вто- с я тем, что, с целью повышения быстродейрого, третьего, четвертого и пятого элемен ствия и расширения функциональных возтов ИЛИ, первый - девятый входы 50 можностей, блок обработки сигналов последнего из которых подключены соот- содержит мультиплексор; постоянное проветственно к четвертому-двенадцатому вы-: граммируемое запоминающее устройство, ходам дешифратора, нулевой выход два регистра числа, два одновибратора, дешифратора соединен с первыми входами счетчик импульсов, три элемента И, три уп.второго и третьего элементов ИЛИ и с чет равляемых делителя частоты, два реверсиввертым входом блока обработки сигналов, ных счетчика импульсов, генератор опорной первый выход подключен к вторым входам частоты, элемент ИЛИ; задатчик числа, двавторого и третьего элементов ИЛИ, к перво- элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ и блок семи злеменму входу четвертого элемента ИЛИ и к пято- тов 2 И, первые входы которых являются четму входу блока обработки сигналов, второй.,вертым-десятым входами блока обработкисигналов, одиннадцатый и двенадцатый входы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами мультиплексора, выходы которого являются выходами блока обработки сигналов, второй и третий входы котдрогбподключены соответственно к объединеннымвторым входам блока элементов 2 И и к первому входу первого элемента ИЛИ, первый вход блока обработки сигналов соединен со счетными входами первого и вторбго уйравляемых делителей частоты, устайовочные вхбды первогоуправляемого делителя. частоты подключены к выходам задатчика чис-, ла, выход соединен с объединенными первыми входами первого и втброгб элементов И, второй вход первого элемента И соединен с входом установкинулявторого реверсивного счетчика импульсов и с первым выходом блока элементов 2 И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И, выходыпервбго и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика импульсов, входустановки нуля которого подключен к выхбду первого элемента ИЛИ, выходы йервого реверсйвйого счетчика"импульсов .сбединены с установочными"входами второгоуправляемого делителя частоты, выход которого подключен к объедййенным между собой первому и третьему входам первого и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ, второй вход первого элемент 2-2 И-ИЛИ-НЕ соединен с входом первого одновибратора , и подключен к четвертому выходу блока элементов 2 И, третий выход которого соединен с вторым входом второго элемента 2-2 ИИЛИ-НЕ, четвертый вход которого подключен к входу второго одновибратора и к шестому выходу блока элементов 2 И, седьмойвыход которого соединен с вторыми входами первого элемента ИЛИ и третьего эле 5 мента И, пятый выход блока элементов 2 И .подключен -к четвертому входу первого.элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ, выходы первого ивторого элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ соединены соответственно с суммирующим и вы 10 читающим входами второго реверсивногосчетчика импульсов, выходы которого подключены к одноименным информационным входам первого и второго регистров,управляющие входы которых соединены с15 выходами первого и второго одновибраторов соответственно, выходы второго регистра подключены к четвертым входаммультиплексора и соединены с установочными входами третьего управляемого де 20 лителя частоты, счетный вход которогоподключен к выходу генератора опорнойчастоты, управляющие входы В, Ч 1, Чг трехуправляемцх делителей частоты объединены между собой и подключены к земляной25 шине, выход третьего управляемого делителя частоты соединей через третий элементИ со счетным входом счетчика импульсов,вход установки нуля которого соединен свыходом второго одновибратора, выходы30 счетчика импульсов подключены к третьимвходам мультиплексора и входам адресастолбца постоянного программируемого запоминающего устройства, выходы которогосоединены с вторыми входами мультиплек 35 сора, входы адреса строки постоянногопрограммируемого запоминающего устройства подключены к первым входам мультиплексора и инверсным выходам первогорегистра числа,401 Шмакова фСоставитель Ю. Качуровскииедактор Г; Бельская Техред М,Моргентал Корректор Т СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,ул. Гага аказ 4510 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодписноеобретениям и открытиям иаушская наб., 4/5: Недостатком известного технического одновибраторы, 56, 57. - первый и второйрешения является невысокая точность оп- преобразователи кодов; 58 - блок светодиределения температуры и влажности, При 5 одов; 59 - блок цифровой индикации.определении температуры среды неиск- При этом первый выход источника нао остается мультипликативная пряжения 1 соединен через последовательсоставляющая погрешности, а при опреде- но включенные первый резистор илекии влажности неисключенными являют- транзисторный ключ 6 с выходом операцися погрешности всего измерительного 10 онного усилителя 8, к которому подключенканала, один из вы водов конденсатора 7 и вход форВсе это ограничивает широкое исполь- мирователя 9,зование известного технического реше- Второй выход источника 1 напряжения. ния. соединен с входом формирователя импульЦелью изобретения является повыше сов сброса 30 и объединенными первыминие точности определения температуры и выводами второго и третьего резисторов 3влажности воздуха, а также повышение бы- и 4. Третий выход источника 1 напряжениястродеиствия и мействия измерений за счет исключе- . подключен к цепи управления (базе) транния методических погрешностей, влияния зисторного ключа 6, вторым выводам конначальной частоты релаксационного гене денсатора 7 и к инвертирующему входуратора, параметров вольт-амперной харак- операционного усилителя 8, Четвертый вытеристики датчика (р-и-перехода) и ход источника 1 напряжения соединен с.нестабильности параметров времяэадаю- входомисточникатока 11. Один извыходовщей цепи релаксационного генератора на полупроводникового датчика 10 и входырезультаты определения температуры и 25 кнопок "Установка нуля" 31 и "Режим индивлажности воздуха, а также расширениекации" 32 подключены к земляной шине.Выход кнопки 32 "Режим индикации" соедиНа фиг.1 приведена структурная схема нен с вторым выводом третьего резистора 4устройствадля определения температуры и и подключен к счетному. входу первого счетвлажности воздуха, на фиг,2 - структурная 30 чика импульсов 22, Выход кнопки 31 Устасхема блока обработки сигналов; на фиг.3- новка нуля" соединен с вторым выводомструктурная схема цифрового отсчетного второго резистора 3 и подключен к первомуустройства. На фиг.1.3 приняты следующие входу первого элемента ИЛИ 16, второйобозначения:1 - источник напряжения;2 - 5- вход которого соединен с выходом формипервый, второй, третий и четвертый рези рователя 30 импульсов сброса,стары; 6 - транзисторный ключ; 7 - интегри- Выход первого автоматического перерующий конденсатор; 8 - операционный ключателя 12 соединен с прямым входомусилитель; 9 - формирователь счетных им- операционного усилителя 8, Первый входпульсов; 10 - полупроводниковый датчик;.ав 1 оматического переключателя 12 подклю 11 - источник тока; 12-15 - первый. второй, 40 чен к одноименному выходу второго автоматретий и четвертый автоматические пере- тического переключателя 13, к второмуключатели; 16 - 21 - с первого по шестой выводу полупроводникового датчика 10 иэлементй ИЛИ; 22, 23 - первый и второй через четвертый автоматический переклю-счетчики ймпульсов; 24 - реверсивный счет- чатель 16 - к третьему выходу источника 11чик импульсов: 25 - счетчик тактов; 26 - 45 тока,задатчик числа; 27 - дешифратор; 28 - триг- Первый и второй выходы источника 11гер;29 - кварцованный генератор;30 - фор- тока соединены с одноименными входамимирователь импульсов сброса; 31, 32 - третьего автоматического переключателякнопки "Установка нуля" и "Режим индика, выход которогО подключен к входу втоции"; 33 - цифровое отсчетное устройство; 50 рого автоматического переключателя 13,34 - блок обработки сигналов; 25-37 - пер- Второй выход второго и второй вход первовый, второй и третий элементы И; 39-41 - го автоматических переключателей 13 и 12первый, второй и третий управляемые дели- объединены между собой и через образцотели частоты; 42, 43 - . первый и второй вый резистор 5 поДключены к земляной ширеверсивные счетчики импульсов; 44 - 55 не,счетчик импульсов; 45- блок семи элемен- Цепи управления автоматических перетов 2 И; 46 - элемент ИЛИ; 47, 48 - первый ключателей 12 - 15 соединены соответствени второй регистры; 49, 50 - первый и второй но с выходами второго, третьего, четвертогоэлементы 2-2 И-ИЛИ-НЕ; 51 - генератор и пятого элементов ИЛИ 17-20. С первого по, опорной частоты;52 - постоянное програм- девятый входы пятого элемента ИЛИ 20Информационные входы цифрового отсчетного устройства 33 подключены к одноименным выходам блока обработки сигналов,Блок 34 обработки сигналов содержиттри элемента И 35 - 37, задатчик числа 38,первый, второй и третий управляемые делители частоты 39 - 41, первый и второй реверсивные счетчики 42 и 43 импульсов, счетчик44 импульсов, блок 45 элементов 2 И, эле 0 мент ИЛИ 46, первый и второй регистры 47и 48, первый и второйэлементы 2-2 И-ИЛИНЕ 49 и 50, генератор опорной частоты 51,постоянное программируемое запоминающее устройство 52, мультиплексор 53, пер 5 вый и второй одновибраторы 54 и 55.Первые входы блока 39 элементов 2 Иявляются с четвертого по десятый входамиблока 34 обработки сигналов, одинйадцатый и двенадцатйй входы которого соедине 0 ны.соответственно с первым и вторымуправляющими входами мультиплексора53, Выходы мультиплексора 53 являются выходами блока 34 обработки сигналов, второй и третий входы которого подключены5 соответственно к объединенным вторымвходам блока 45 элементов 2 И и к первомувходу первого элемента ИЛИ 46.Первый вход блока 34 обработкисигналов соединен со счетным входом первого и0 второго управляемых делителей 39 и 40 частоты, Установочные входы первого управляемого делителя 39 частоты подключены квыходам задэтчйка 38 числа, выход соединен с объединенйыми первыми входамипервого и второго элементов И 35 и 36, Второй вход первого элемента И 35 соединен свходом установки нуля второго реверсивного счетчика 43 импульсов и с первым выходом блока 45 элементов 2 И. Второй входблока 45 элементов 2 И подключен к входувторого элемента И 36. Выходы первого ивторого элементов И 35 и 36 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивногосчетчика 42 импульсов, Вход установки нуляпервого реверсивного счетчика.42 импульсов подключен к выходу первого элементаИЛИ 46, выходы соединены с установочными входами второгО управляЕмого делителя40 частоты.Выход первого управляемого делителя40 частоты подключен к обьединенным между собой первому и третьему входам первого и второго элементов 2-2 И-ИЛИ-НЕ 49 и50, Второй вход первого элемента 2-2 ИИЛИ-НЕ 49 соединен с входом первого одновибратора 54 и подключен к четвертомувыходу блока 45 элементов 2 И, третий выход которого соединен с вторым входом второго элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ 50,подключены соответственно к выходам счетвертого по двенадцатый дешифратора27. Нулевой выход дешифратора 27 соединен с первыми входами второго и третьегоэлементов ИЛИ 17 и 18 и с четвертым входом блока 34 обработки сигналов,Первый выход дешифратора 27 подключен к вторым входам второго и третьегоэлементов ИЛИ 17 и 18, к первому входучетвертого элемента ИЛИ 19 и к пятому входу блока 34 обработки сигналов. Второй,тринадцатый и пятнадцатый выходы дешифра.ора 27 соединены соответственно сшестым, восьмым и десятым входами блока34 обработки сигналов. Третий выход дешифратора 27 подключен к второму входучетвертого элемента ИЛИ 19 и седьмомувходу блока 34 обработки сигналов, Четырнадцатый выход дешифратора 27 соединен с третьим входом четвертого 2элемента ИЛИ 19 и девятым входом блока. Двадцать второй выход дешифратора27 подключен к третьему входу первогоэлемента ИЛИ 16, остальные десять выходов 2дешифратора 27 свободны,Входы дешифратора 27 подключены кодноименным выходам счетчика 25 тактов,вход установки нуля которого соединен стретьим входомблока 34 обработки сигнэлов, с первым входом шестого элементаИЛИ 21, входом установки нуляреверсивного счетчика 24 импульсов и подключен к. выходу первого элемента ИЛИ. 16,:Счетный вход счетчика 25 тактов соединен с входом установки нуля триггера 28,входом перезаписи Ч и выходом переполнения "-р" реверсивного счетчика 24 импульсовУстановочные входы реверсивногосчетчика 24 импульсов подключены к выходам эадатчика 26 числа, Счетный вход реверсивного счетчика 24 импульсовсоединен с выходом кварцованного генератора 29, к которому подключен и счетныйвход второго счетчика 23 импульсов. Вход 45установки нуля второго счетчика 23 импульсов соединен с выходом шестого элементаИЛИ 21.Выход второго счетчика 23 импульсовподключен к входу установки единицы триггера 28, выход которого соединен с вторымивходами шестого элемента ИЛИ 21 и блока34 обработки сигналов, Первый вход блока34 обработки сигналов подключен к выходуформирователя 9 счетных импульсов, одиннадцатый и двенадцатый входы которогосоединены соответственно с первыми и вторым выходами первого счетчика импульСов22 и первым и вторым управляющими входами цифрового отсчетного устройства 33.1783400 РЙк - Ъ - ,50 вым входам мультиплексора 53 и к инверсным выходам первого регистра 47 числа,Цифровое отсчетное устройство 33 включает в себя первый и второй преобразователи кодов 56 и 57, блок светодиодов 58 и блок 59 цифровой индикации, входами соединенный с выходами второго преобразователя 57 кодов, входы которого являются входами цифрового отсчетного устройства 33. Входы блока 53 светодиодов соединены с выходами первого преобразователя 56(дешифратора) кодов, входы которого являются управляющими входами цифрового отсчетного устройства 33. В основу предложенного способа положена зависимость теплообмена между нагретьм обьектом (датчиком) и окружающей средой (воздухом) от влажности последней. Теплообмен межу объектом и средой характеризуется теплоотдачей, Количественно интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи ах в Вт/(мС), который, согласно закону Ньютона-Рихмана, определяется выраже- нием где Р - мощность теплового потока объекта (датчика), Вт,Зд - площадь датчика, м;2,Ь Ь = Ь - сх - разность температур между объектом и средой.Для полупроводникового датчика величину а, в В А(м 2.ОС) можно записать кэк аЯд Ьсх Бд Ьсхгде Ч и 3 - напряжение и ток через р-п-переход датчика;Ь сх - температура перегрева р-и-перехода.Для определения влажности воздуха необходимо измерить значения температуры окружающей среды (воздуха) Тх и температуры Тп перегрева полупроводникового датчика, а также определить значения коэффициента связи коэффициента теплоотдачи ах с влажностью Ях воздуха при известной температуре окружающей среды.Сущность предложенного способа оп-. ределения температуры и влажности воздуха заключаетсяв определении температуры по падению напряжения на р-и-переходе полупроводникового датчика и его, коэффициента ах теплоотдачи при заданном значении тока нагрева р-и-перехода с последующим определением влажности по зависимостиЧ/х= Г( ах Тх),При определении температуры и влажности воздуха до нагрева р-и-перехода датчика устанавливают первое и второе значения токов 1 и Ь = (1,011.1)11 через р-и-переход по начальному участку его вольт-амперной характеристики, а третье значение тока 1 з = пИо(где и = 10,10; о - предельно допустимый ток) по конечному участку вольт-амперной характеристики р-п-перехода. Последняя описывается вы- ражением(7) где- ток через р-и-переход;1, е В тп - ток насыщения, зависящий от абсолютной температуры Тп перехода;1 о - ток насыщения при Тп-оо;В - коэффициент, зависящий от материала полупроводника и ширины зоны перехода;о - заряд электрона;К - постоянная Больцмана,Оп - падение напряжения на р-и-переходе, связывающем ток через р-п-переход с падением напряжения на нем.Крутизна вольт-амперной характеристики. (1) определяется значением 1 п(о/1), а начальное значение - параметром В.. При изменении температуры Тп в диапазоне Тп 300 К значение отношения МТп/о 26 мВ и уравнение (1) можно представить в виде Падение напряжения Оп на р-и-переходе от тока 1 при температуре р-п-перехода, равной температуре окружающей среды, т.е. Тп = Тх, определится. с учетом формулы (2), выражением Учитывая, что ток насыщения р-и-перехода немного больше рабочего тока, т;е.1 о 1, падение напряжения представляют выражением с положительным логарифмом:,. Из выражения (4) видно, что падение напряжения на р-и-переходе линейно уменьшается от температуры Тп = Тх,При малых значениях температуры ри-перехода и тока через него получают малые значения падения напряжения на р-п-переходе, что не всегда обеспечивает заряд интегрирующего конденсатора релаксационного генератора, в частотоэадающую цепь которого включается полупроводниковый датчик, до требуемого уровня в заданном частотном диапазоне,В этой связи падение напряжения усиливают или используют дополнительное опорное напряжение, обеспечивая тем самым увеличение тока заряда конденсатора. Усиление разности (или суммы) опорного напряжения и падения напряжения позволяет выбрать требуемый частотный диапазон преобразования температуры нагрева 5 датчика в частоту и обеспечить необходимую чувствительность преобразования,Затем, согласно предложенному способу, выбирают образцовый резистор с сопротивлением Во, равным сопротивлению 10 р-и-перехода датчика для средней температуры диапазона измерений, т,е, Во =гд,ср.Пропускают ток 11. через образцовый резистор с сопротивлением. Формируют релаксационные колебания частоты т 1 путем 15 заряда интегрирующего конденсатора током 1,1, пропорциональным заданной разности ЛО 1 напряжений между опорным напряжением Оо и падением напряжения: 20 1 ВОп 1 = 1.1 йо = - . - . - М(1 о/) ЛТо, (5)Ц Ц где ЛТо - нормированное значенйе температуры, задавамое априорив пределах диз 25 паэона измерений температуры воздуха;1 - первое значение тока через образцовый резистор Во,В, с 1, 1 и 1 о - паРаметРы, котоРые опРеделяются типом выбранного полупроводни 30 кового датчика,на образцовом резисторе йо от тока 11до момента равенства падения напряженияОх 1 На КОНдЕНСатарЕ ЗадаННОМу ЗНаЧЕНИЮОоп, т.е, Ох 1= Ооп,35 При постоянной времени заряда конденсатора я 1 = ЯС. где С - емкость конденсатора; Й - сопротивление цепи,обеспечивающей ток заряда 1 конденсатоРа, РаЗНОСтЬ Л 01 ДОСтИГНЕт ЭНаЧЕНИЯ Ооп40, за время 45 С учетом выражений (5) и (6) значениечастоты б 1 релаксационных колебаний определится выражением Л 01 50 " Т т 1 Ооп Т 1 ОопИзмеряют.и запоминают значение час тоты б (7) релаксационных колебаний.Устанавливают через образцовый резистор Йо ток 12. В результате падение йапряжения на образцовом резисторе йо увеличится до значения(8) формируют релаксэционные колебаНИя ЧЭСтстЫ т 2 ПрИ ПадЕНИИ НаПряжЕНИя Оп 2 (8) на образцовом резисторе Во оттока 12. В этом случае заряд интегрирующего конденсатора осуществляется током А, пропорци- ОНаЛЬНЫМ РаЗНОСтИ НаПРЯжЕНИй Оо И Оп 2, т.Е. Ь О 2 = Оо - Оп 2. ЧаСтата т 2 рЕЛаКСацИОН- ных колебаний описывается выражением ЬЦ 1 рХ Ооп Х Ооп(9) ЬОЗ=Оо-Опз .(10)С.учетом выражения (10) частота 1 з релаксеционных колебаний определится вцражением Ь 1 з- - + - 1 п(о/11)Тх 1,1 сВ 1 сц ц связывающим частоты 1 з релаксационных колебаний с температурой Тп р-п-перехода, равной температуре Тх окружающей среды Тп = Тх, параметрами РС-цепи и вольт-амперной характеристикой р-п-перехода.Измеряют и запоминают значение частоты (11) релаксационных колебаний, соответствующее равенству температур р-и-перехода и окружающей среды (воздуха).Увеличивают ток через р-и-переход до значения 2 = (1,011,1)11. Аналогичным образом формируют релаксационнйе колебания частоты 14 при протекании через р-и-переход тока 12, Б результате падение Измеряют и запоминают установившееся значение частоты г 2 (9).Пропускают ток 11 через р-и-переход датчика, формируют релаксационные колебания частоты 1 з путем зарядаинтегрирующего конденсатора током, пропорциональным разности ЬОз между опорным напряжением Оо и падением напряженйя ОпЗ = 11Го 1, ГДЕ Го 1 - СОПРОТИВЛЕНИЕ Р-П-ПЕ- рехода при температуре окружающей среды (Тп Тх), На р-П-ПЕрЕХОдЕ От тОКа 11. В этом случае- - +- 1 л(1 о/12)тд (13)1 сВц а 10 Измеряют и запоминают установив шееся значение частоты И (13) релаксационных колебаний, соответствующее температуре Тх р-п-перехода.Увеличивают ток через р-и-перход дозначения 1 з = п 11 о, где и = 10 10, опре 220 деляемого конечным участком вольт-амперной характеристики р-п-перехода.Нагревают р-и-переход током 1 з в течение интервала времени Ьтн, равного утроенному,",нэчению тепловой постоянной времени 25 х 2 датчика,т,е. Ьтн=3 х 2,Устанавливают через р-и-переход первоначальный ток 11. В результате падение напряжения на р-и-переходе достигнет знаЧЕНИя Оп 5 =1 Гц 2, ГдЕ Го 2 - СОПрстИВЛЕНИЕ перегретого р-п-перехода, Аналогичным образом формируют релаксационные колебания частоты 15 при перегретом р-и-переходе, которая опишется выражением . 35 Д Я Оо. - Оп 5 1(14) 40 где Тн - температура перегретого р-и-перехода.Увеличивают ток через р-и-переход дозначения 12. В этом случае падение напряжения на перегретом р-и-переходе опреде лится выражением Опб= 12 го 2,Формируют релаксационные колебания частоты Ох . О - х 1. О - х О О .50 б, =, =, Оо"(15) Ьтс 0,1 х 2,(16) Измеряют и запоминают значения час тот Ь(14) и Ь(15) при времени остывания Ьтср-п-перехода не более 10 от тепловой постоянной времени т 2 датчика. т.е,(7), (9), (11), (13), (14) и (15), получая значения5 в%; Определяют температуру Тх в С и влажность Их в % окружающей среды (воздуха) по выражениям- РпРэ/р т,20) е 1 2 1181 р, Иэ тЩ)о,Д Х) д а д р т ( )5 6 3 4 где А =, ЛТо - коэффициент размерностью С, определяемый при калибровке, т,цВ 1(Тх) - коэффициент связи влажности й,) Вlх с коэффициентом теплоотдачи ах и и жцт) - ВРтк) температуре воздуха Тх, С;1, )- Р,(ЦЗ,)т- - РДУд/К,)Т К = О )1(п)/Я 9То =ф Вт/(мг (ах = Р/Я 9 ЬТх - коэффиЦиент теплоотдачи датчика, Вт/(мг оС);Р - мощность перегрева р-и-переходагДе А Тх = Тя - Тх - температура перегрева датчика; . : р-п-перехода,ЛТх - разность температур датчика и 25 Так как значение В(Тх), выраженное в окружающей среды;Вт/(мС), можно записать какЬ То - нормированное значение темпе-" РатУРы В(Т,)= " " " В (Т,)= Я 9 - площадь поверхности дагчиМ; 930ц и )1- напряжение и ток р.п.перехода;: В 1(ТцВтlм С), и = 1010; дэ о В(Тх) - В 1 Пх) К - коэффициент, имЕю- Юх= П(Тх) ох = В 1 Тх) х щий размерность влахкности % и определяемый при калибровке.для средней точки 3 Щп - 1 Ьто В,Т, Р 1 КаждОГО ПОддИаПаЗОНа ИЗМЕряЕМЫХ ЗНаЧЕ- Я 9 о сь ) хЯ 9 2 ГТ, ний температур;11 - тб - значения частот релаксационных что и требовалось доказать, колебаний: -. При проведении калибровки выполняютРезультаты определения температуры следующие операции. Тх ( С) и влажности Их (%) не зависят отВ пределах диапазона измерений начальной частоты релаксационного гене- температуры воздуха -выбирают нормироратора, от -параметров вольт-амперной ванное значениеЬТо температуры. Полу- характеристики р-и-перехода и от неста- проводниковый датчик помещают в бильности параметров времязадающей це термастат с установленнымзначением ЬТо пи релаксационного генератора,. температуры, равным, например,среднему:Для доказательства этого в формулу для значению диапазона измерений. Измеряют Тх в С (17) подставляют выражения(7), (9), значение частоты 1 з релаксационных коле- (11), (13): баний при первом значении тока через р-и- переход, подключают вместо датчика потенциометр и изменяют значение сопротивления (при токе 1) через него) до получеРеф т,1-Е ния частоты Г 1 релаксационных колебаний, У- и Сея(З,)Атой-З, ) равной по своему значению частоте 1 з, т,е. 55 Т 1 = з Замеряют значение сопротивленияпотенциометра и заменяют его образцо- " РР.РЬ,)-М й.) вым резистором Во. Таким образом, дости-гается получение падения напряжения (5) при заданном нормированном значении При А = Ь То(оС) ( температуры ЬТо. При изменении тока 1 натемпературыЬТО.Приизменениитока 11 на рователя 30 импульсов сброса с второго 1 г падение напряжения Опг определяется выхода источника 1 напряжения, обеспечивыражением (8). вает формирование на выходе блока 30 имЗатем находят значения коэффициен- пульса сброса, поступающего через первый тов А и Вь Для этого измеряют и запомина элемент ИЛИ 16 на входы установки нуля ют значения частот 1-1 в релаксационных триггера 28,.счетчика 25 тактов и реверсивколебаний в соответствии с описанными вы- нбго счетчика 24 импульсов, Через элеменше операциями способа, Затем вычисляют ты ИЛИ 16,21 и 46 импульссброса поступает коэффициент А в С из выражения (17): на входы установки нуля счетчиков 23 и 42 10 импульсов, Автоматические переключатели12-15 и кнопки 31 и 32 в исходном состоя э - .4 ( ) нии находятся в положении, показанном нафиг,1, Кнопка 31 "Установка нуля" используКоэффициент В(Тх) вычисляют из выра- ется,для ручного выполнения указанной жения (1 8): 15 операции. Кнопка 32 "Режим индикации"предназначена для установки результатовЬ - тб - тз - 5 а " измерений коэффициента теплоотдачи (а,), В(Т) = ф-. (24) влажности (а,), температуры (Т) или температуры (ЬТх) перегрева датчика на цифропри ряде дискретных значений температу вом отсчетном устройстве 33 путем ее ры Т диапазона измерений и заданном зна- нажатия 1 - 4 раза и перевода йервого счетчении влажности ВЬ воздуха в термостате. чика 22 импульсов в соответствующие соПредложенный способ определения тем- стояния на его первом и втором выходах. В пературы и влажности воздуха обеспечи- результате установки в нуль счетчика 25 вает исключение влияния на результат 25 тактов наего выходе появится код.нуля, измерения начального значения частоты устанавливающий дешифратор 27 в состорелаксационного генератора, нестабиль- яние, при котором. информативный сигнал ности параметров его времязадающей це- появится только на его нулевом выходе. пи, значения опорного напряжения, . Длительность этого сигнала (прямоугольвлияния коэффициента В вольт-амперной 30 нойформы)определяетсяпериодомследохарактеристики р-п-перехода, зависящего алания счетных импульсов, поступающих на от материала полупроводника и ширины зо- вход счетчика 25 тактов с выхода "-р" перены перехода,а также тока насыщения р-и- полнения реверсивного счетчика 24 импульперехода, зависящего от температуры сов, перехода После обработки результатов 35 Появление сигнала на нулевом выходе промежуточных измерений частоты по дешифратора 27 характеризует начало перпредложенной последовательности опера- вого такта преобразования. Указанный сигций исключаются аддитивная и мультипли- нал поступает на четвертый вход блока 34 кативная составляющие погрешности, в обработки сйгйалов и на первыевходы вто том числе и составляющие, обусловленные 40 рого и третьего элементовИЛИ 17 и 18. С -изменением характеристик датчика"и релак-выходов элементор, ЦЛЙ 17 и 18 сигнал посационного генератора в результате старе- ступает на упраьляющие входы первого и ия; :.;-.;.. второго автоматическихпереключателей 12Предложенный способ поэвбляет оСу-и 1 соответСтвенно. В результате они устаществлять двухпараметровые измерения 45 навливаются в положения, противоположсостояний окружающей,вЕзфущной среды: . ные указанййм на фиг,1,Достоинством заявйемйого:способа яв- .:,: На прямой вход операционного усиляется также преобразование физических лителя 8 поступит напрякение.0 и (5), обусвеличин вчастотуэлектрическогосигналаи ловленное падением напряжения на возможность передачи ее на большие рас образцовом резисторе 5 оттоказ, поступа - стояния по двухпроводной линии связи с ющего через третий автоматический пере- минимальными искажениями. ключатель 14 с первого выхода источника 11Работа устройства для определения тока. температуры и влажности воздуха заключа- . На инвертирующий вход операционно- . ется в следующем.: 55 гЬ усилителя 8, управляющий вход транзиПри,включении питания на выходах ис- сторного ключа 6 и один иэ выводов точника 1 появятся стабильные напряже- конденсатора 7 поступает опорное напряжения, поступающие на блоки 2-4, 6-8,11 и 30, ние Оо с третьего выхода источника 1 напряНапряжение, поступающее на вход форми-, жения. При постоянной времени тф зарядационного генератора(на базе операционно- от периодов Ткв следования выходных имго усилителя 8, ключа 6, конденсатора 7 и пульсов кварцованного генератора 29,источников 1 и 11 напряжения и тока) навыходе операционного усилителя 8 форми- Продолжительность одного такта Тт соруются релаксационные колебания часто стоит из времени Т 1 переходного процессаты Х 1 (7) за счет периодического заряда релаксационного генератора и длительноконДенсатоРа 7 током 1, пРопоРЦиональ- Сти То измеРительного интеРвала вРемени,НЫМ ЗаДаННОй РаЗНОСтИ ЬО 1 = Оо - Цп 1 т;Е, Тт = Т 1 + То. В ЭТОМ СЛУЧаЕ ЕМКОСТЬнапРЯжений, До момента Равенства паДе- счетчика 23 выбиРают Равной Кв 1=Т 1 1 кв, а. ния напряжения О 1 на конденсатора 7 10 емкость реверсивного счетчика 24- равнойЗаДаННОМу ЗНаЧЕНИЮ Ооп. ПРИ ДОСтИжЕНИИ Кв = (йв 1 + ЙВ 2) = Тт ткв. Йт 2 = ТОГв - ЭТОРавенства 01= Уоп тРанзистоРный ключ 6 число, пРеДваРительно записанное в Ре-"открывается и конденсатор 8 разряжается. гистр предустановки счетчика 24 с помощьюПроцесс заряда-разряда конденсато- эадэтчика 26 и определяющее длительностьРа 7 пеРиодически повтоРЯетсЯ С чаСтотой 15 То = йв 2 Лв = йт 2 Ткв измеРительного инК 1 (7). тервала времени,С помощью формирователя 9 релакса- Длительность измерительного интервационные колебания нормируются по ампли- ла времени выбирают в десять и более разтуде и длительности и поступают через меньшей тепловой постоянной 1:времейипеРвый вход блока 34 обРаботки сигнадов 20 датчика, т.е. То 0,1 т 2, ЙмпУльс длительнана счетные входы первого и второго управ- стью То формируетсятриггером 28, подклюляемых делителей 39 и 40 частоты. ченным установочными входами к выходамПоскольку на установочные входы пер- счетчиков 23 и 24. (фиг.1). Выход триггера 28вого управляемого делителя 39 частоты по-соединен через второй вход блока 34 обрэступает код числа йд, формируемый с 25 ботки сигналов с обьединенными вторымипомощью задатчика 38 числа, то на обьеди- входами элементов 2 И блока 45,ненные первые входы первого и второго По истечении времени Т 1 переходныхэлементов И 35 и 36 счетные импульсы с процессов в релаксационном генераторевыхода делителя 39 поступают с частотой посленачала первого такта на первом выхоГ = Г 1/Ид, в 1 чд раз меньшей входной часто де блока 45 элементов 2 И появится сигналты т 1, длительностью То, разрешающий прохожНа суммирующий вход первого ревер- дение счетных импульсов частоты 11 черезсивного счетчика 42 счетные импульсы.час- элемент И 35 на суммирующий вход первогототы 11 будут поступать с выхода первого реверсивного счетчика 42 импульсов. В реэлементэ И 35 только при поступлении на 35 зультате в последний запишетсявторой вход последнего разрешающего импульса заданной длительности То с первого К 1= 1 То=1 Тоlйд , (26)выхода блока 45 элементов 2 И.:- формирование разрешающего импуль- импульсов. В течение измерительного инса или измерительного интервала временй 40, тервала времени счетчик 23 импульсов обдлительностью То осуществляется с по- нулен выходным сйгналом триггера 28,мощью блоков 21,23,24,26,28 и 29 следую- поступающим на,вход й установки нуля чещим образом. После установки в нуль рез шестой элемент ИЛИ 21,Счетчиков 23 и 24 на их объединенныЕ ЧеРез вРемЯ. Тт = То+ Т 1 на выходе -Рсчетные входы с выхода кварцовэнного ге переполнения реверсивного счетчика 24нератора 29 начнут поступать короткие им- импульсов появится сйгнал, который устапульсы с периодом следования Ткв = 1/5 в, навливает второй триггер 28 в нуль, рэзрегде 1 кв - частота кварцованного генератора шэет запись импульсов в счетчик 23,осуществляет перезапись кода выходногоСчетчики 23 и 24 предназначены для 50 числа Ив задатчикэ 26 в счетчик 24 и запиформирования тактов преобразрвания и сывает единицу в счетчик 25 тактов. Поизмерения заданной длительности Тт, зада- ступление импульса в счетчик 25 тактовния длительности измерительногд интерва-. прйводит к изменению его выходного кола времени То, а также для формирования да, появлению сигнала на первом выходесигналов. управляющих работой счетчика 55 дешифратора 26 и исчезновению сигнала25 тактов и триггера 28. на его первом выходе. Сигнал со второго .Моменты времени появления импуль- выхода дешифратора 27 поступает черезсов на выходах счетчиков 23 и 24 зависят от элементы ИЛИ 17 - 19 на управляющие вхоих емкостей 1 чю 1 и Йп 2 соответственно, от ды автоматических переключателей 12-14числа, записанного априори в счетчик 24, и