Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 14359 51) 4 К 71 ГОСУД ПО ДЕ ЕТЕНИЯВУ(21) 4015089/24-10 (22) 30,01.86 (46) 07.11.88.Бюл, (72) В.В.Соколенко (53) 536.531 (088. (56) Патент США У кл. 73/362, 1975.Авторское свиде У 972261, кл. С 01 882728 ельство СССРК 7/16, 1982. ЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИРАТУРЫ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к термометрии. Целью изобретения являетсяповышение точности измерения путемувеличения линейности преобразования температуры в выходной сигнал ии повышения устойчивости работы. Изменение температуры среды вызывает .изменение напряжения на термочувствительном элементе 1. На выходе усилителя сигнала рассогласования 2,являющемся выходом устройства, появляется напряжение, воздействующеена конденсатор 3 и через резистор 4 -на операционный усилитель 5, преобразующий выходной сигнал устройствав мощность транзистора-нагревателя 6,который имеет конструктивную тепловую связь 7 с термочувствительнымэлементом 1. Ток в термочувствительный элемент 1 задается резистором 8.Делитель напряжения 9 на резисторах10, 11 задает верхнее значение измеряемого температурного диапазона.Наличие тепловой обратной связи 7обеспечивает линейность преобразования . Конденсатор 3 ограничивает фазочастотную характеристику устройства, предотвращая самовозбуждение., ной технике, в частности к термометрии, и может быть использовано всистемах контроля и управления техно 5логическими процессами, при построении электротепловых устройств автоматики, в медицине и т.п.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и устойчивости работы,На чертеже изображено устройство для измерения температуры,Устройство для измерения температуры состоит из термочувствитель" 15ного элемента 1 на транзисторе, усилителя 2 сигнала рассогласования,конденсатора 3, токозадающего резистора 4, операционного усилителя5, транзистора-нагревателя 6, тепловой связи 7 между термочувствительным элементом и нагревателем, резистора 8 и делителя 9 напряжения на резисторах 10 и 11.Устройство работает следующим образом,На инвертирующем входе операционного усилителя 2 делителем 9 устанавливается опорное напряжение, определяющее верхнее значение измеряемого температурного диапазона, при этом мощность, рассеиваемая нагревателем 6 дминимальна. Уменьшение температурыизмеряемой среды вызывает повышениепадения напряжения на транзисторе соскоростью 2 мВ/град, что приводит кувеличению напряжения рассогласованияна входе усилителя 2. Это напряжениеусиливается и прикладывается черезрезистор 4 к ,инвертирующему входуоперационного усилителя 5 и вызывает увеличение мощности, рассеиваемойв нагревателе 6. Повышение температу-.ры среды вызывает соответственноуменьшение мощности в нагревателе 6,так, что суммарная температура, обусловленная температурой измеряемойсреды и температурой нагревателя, ос"тается постоянной, Таким образом, впроцессе работы устройства температу"ра термочувствительного элементаостается неизменной за счет замкнутойсистемы авторет улирования. Учитывая,что выходное напряжение устройстваснимается с выхода усилителя 2 рас -согласования, а операционный усилитель 5 охвачен глубокой отрицательной обратной связью через эмиттерныйпереход транзистора-нагревателя 6, определяют мощность Р, рассеиваемуюнагревателем: 13 вых 13 ввР=1 Е+1 П = - - - (Е+ - -)СЕ ВЕ ВЕ Я 4 где се 11 ве Р, 1 Ве - соответственно ток, протекающий через транзистор 1, напряжение база-эмиттер, коэффициент усиления, ток базы; К 4 в ,сопротивление резистора 4.Так как входы операционного уси - лителя можно считать эквипотенциальными, ток через транзистор, как зто следует из схемы, определяется только лишь значением резистора 4 при заданном напряжении 11 Вых. Из (1) следует, что мощность Р, рассеиваемая нагревателем 6, связана линейной зависимостью с выходным параметром БВ,п, устройства. Выходной сигнал устройства связан с измеряемой температурой Т линейной зависимостью К 4ввх (Е 11 /,В)(Е + П/,В)2где /В, ПВ - соответственно производные по температуре от р и 11 В, транзистора 6.Подстановка реальных значений в (3) показывает, что погрешнос.ь не превышает значение (1-5) 10 ф, что в практических случаях можно не учитывать. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется линейное преобразование температуры в выходной сигнал.Так как устройство для измерения температуры представляет собой замкнутую систему авторегулирования,где М - коэффициент передачи тепловой обратной связи.Поскольку термочувствительный элемент благодаря замкнутой системе авторегулирования имеет постоянную температуру, второе слагаемое знаменателя не вносит погрешности в линейность преобразования, так как его можно практически считать членом, не зависящим от изменения температуры. Максимальная погрешность при допущении, что член Б / р изменяется в процессе работы устройства, состав- ляет1435958 ставитель А.Щедр дактор Н.Тупица Техред И,дидык рректор В.Гирняк 607 аказ 5635/40 Ти ВНИИПИ по дел 113035, ИоПодписнокомитета СССРи открытийская наб., д. осударственногам изобретенийква, Ж, Рауш оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 цепь обратной связи которой содержит комплексное сопротивление, обра"зованное тепловой связью, то для повышения устойчивости работы в преДло" .женном устройстве ограничивается фа 5зочастотная характеристика. Это достигается введением конденсатора 3,в результате чего не выполняется одноиэ условий возникновения автоколеба- цний - условие баланса фаз,Формула изобретения Устройство для измерения темпера туры содержащее термочувствительный элемент, соединенный через резистор с шиной источника питания и с неинвертирующим входом усилителя сигнала рассогласования, инвертирующий вход которого соединен с выходом резистив" ного делителя, включенного между шинами источнчка питания, и транзисторнагреватель, имеющий тепловую связьс термочувствительным элементом, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерениятемпературы и устойчивости работы,в него введены операционный усилитель,резистор и конденсатор, при этоминвертирующий вход операционного уси-:.лителя соединен с эмиттером транзистора-нагревателя и через резистор -с выходом усилителя сигнала рассогласования, причем база транзисторанагревателя соединена с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общейшиной, а конденсатор включен междувыходом усилителя сигнала рассогла"сования и общей шиной.