Устройство для измерения температуры

(594 С 0 К ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ(56) Заявка ФРГ У 2702815,У 779086, кл. С 01 К 7/24, опублик.23.07.81,1 ЕЕЕ,Тгапз.1 пзгпш.апй Меаз., 1981, Ч.ЗО. У 4. р.296-299; (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее мультивибратор, выполненный на операционном усилителе, выход которого соединен . через резистор с его инвертирующим входом, к которому подключен один вывод конденсатора, и полупроводниковый терморезистор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем 801206628 А исключения нелинейности преобразованияв устройство дополнительно введены две пары полупроводниковых диодов, в каждой из которых один диод подключен параллельно другому в обратном ему направлении, и второй полупроводниковый терморе-. зистор, при этом одна пара диодов включена между общим проводом и вторым выводом конденсатора,к точке соединения которых одним выводом подключен первый терморезистор, другой вывод подключен к выходу операционного усилителя ичерез второй терморезистор соединен с его неинвертирующим входом, которыйЕР с общим проводом соединен через вторую пару диодов, причем терморезисторы выбраны так, что отноше- Се ние их сопротивлений в заданном интервале изменяется по экспоненте206620 2На фиг,2 а показана форма симметричного выходного напряжения на выходе ОУ Убьем И), уровни которогоНьи Нвьф практическ+гают напряжений Е и Е,; , что определяется свойствами выходного каскада ОУ Напряжение на неинвертирующемОУ Бсоответствует по формевыходному напряжению, но уменьшено 10 до величины напряжения на диодахДэ и Д,определяемого при идентичности параметров всех диодов в схеме (что допустимо предполагать прииспользовании интегральных диодныхмостов, например 2 Д 906) логарифмирующими свойствами полупроводниковыхдиодов иэ выражения101=1 о 1=1 о 1=1 МЬ -Р.К,)1, ( )где, й - постоянный множитель;НР;, - абсолютное значение выходного напряжения ОУ,1- абсолютное значение тока утечки диодов.Аналогичное напряжение развивается и на первой паре диодов 30.ь" В35ТВ 1 Э К, -" К" ехр где К, К - сопротивления первогои второго терморезисторов при.одинаковой температуре Т(К), Ом 40В 1, В - соответственно их постоянные,зависящие от1физических свойств полупроводникового материала, К,45Устройство работает следующимобразом,По своей сущности данное устройство является мультивибратором.Дляуменьшения шунтирующего влияния резистора К на характеристику преобра. зования терморезистора К выбраносоотношение К )Ъ В,.Так как К ) Кво всем диапазонеизмеряемых температур, то справедливо соотношение между величинами всехрезистивных элементов в схемеК К ( Ко (1) 1 1Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в составе измерительных систем для измерения температуры всевозможных объектов.Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения нелинейности преобразования.На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграм-, мы напряжений.Устройство для измерения температуры содержит мультивибратор на операционном усилителе (ОУ), времязадающая цель которого образована термонезависимым резистором с сопротивлением Кр и конденсатором с емкостью С, точка соединения которых подключена к инвертирующему входу ОУ, второй вывод конденсатора соединен через первую пару диодов (диоды Д и Д) с общим проводом схемы и через первый терморезистор с сопротивлени-. ем К с выходом ОУ делитель положительной обратной связи образован вторым терморезистором с сопротивлением К и второй парой диодов (диоды Дэ и Д) средняя точка делителя подключена к неинвертирующему входу ОУ.Сопротивления полупроводниковых термореэисторов удовлетворяют условию При условии КК можно пренебречь шунтирующим действием сопротивления резистора К на величину сопро тивления терморезистора К и увеличением тока через диоды Д и Д.Иэ условия КК 1 получают пре+обладание величины 0 1над ве". личиной Од Нд 1, благодаря чему обеспечивается самовозбуждение устройства.Так как напряжение между входами ОУ в линейном режиме приближается к нулю усилитель меняет свое состоя-ние выхода лишь в тот момент когда напряжение на его инвертирующем входе достигает величины напряжения на другом его входе, т.е. напряжеФния Н на неинвертирующем входе, В остальное время конденсатор пере- заряжается током, поступающим с выхода ОУ через резистор К. Учитывая, что изменение напряжения Цд ,1 ф Бд 1 на диодной паре Ди Д происходит синхронно с выходным напряжением ОУ, переэаряд конденсатора С в кажцом иэ полупериодов происходит на величину ЬП, равную3 1206628 4Принимая также во внимание,что колебаний устройств при учете реальных параметров эле- .выходного напряжени ментов /Б,/ ( ( /Б Вщ / и /бас /:с усилителя, приводящ 4 с/ПЬд/можно. считать,что переза-ной погрешности изм ряд конденсатора С происходит по 5 туры при колебаниях линейному закону (из-за использова- .жений, легко устран ния очень небольшого участка экспо- нием выходного напр ненты перезаряда) в связи с чем двуанодных стабили период колебаний с можно опреде- заны), например 2 С 1 лить из выражения теля через. токоогра Со(5),Подставляя выражения (2) и (3)в выражение (4), а полученное выра 15жение в уравнение (5) получают 20Учитывая экспоненциальную зависимость сопротивлений полупроводниковых терморезисторов от темпераВтуры К = А ехр в, где Т - тем- " 25 пература, К, А и В - постоянные терморезистора Ом и К соответственно), получают зависимость длительности периода колебаний от, измеряемой температуры СК / 5,-6 А, 1М 1 х. контактов реле) вместо терморезисто 35 ров эталонных резисторах, сопротив 40 45 10 ь,ц" ОМСК (В, - В )(8) При практической реализации устройства оба полупроводниковых тер- . морезистора помещаются в общем защитном штуцере, предохраняющем .их от воздействия дестабилизирующих параметров окружающей среды (давления, химических воздействий др.) и 55 обеспечивающим одинаковое воздействие на них измеряемой температуры. Зависимость частоты электрических где А и А, Ви В - постоянные первого и второго терморезисторов соответственно.При А= А, что обеспечивается при выборе сопротивлений терморезисторов согласно расчетной формуле, частота 2 д электрических колебаний устройства является линейной зависимостью от измеряемой температуры Т: а от величиныя операционногоая к дополнительерения темперапитающих напряяется ограничеяжеиия с помощьютронов (не пока 62 А вьиод усилиничительный резистор подключается к соединенному с общим проводом. схемы стабилитрону, а к точке .соединения этого резистора со стабилитроном подключается резистор Кр времязадающей цепи, целесообразно подключение,к этой же точке и обоих терморезисторов, благодаря чему расширается диапазон используемых номиналов последних так как минимальное их значение ограничено максимальными током неискажвнного логарифмирования полупроводниковых диодов, равным примерно0,1 мА. Устранение остаточных погрешностей схемы устройства, связанных с влиянием на элементы схемынеинформативных параметров (температуры окружающей среды, старения и др.) также может быть обеспечено применением известного метода эталонирования (образцовых сигналов) - периодически производится контрольное измерение частоты выходного сигналаустройства при подключении (с помощьюление которых выбирается равным "опротивлению терморезисторов в однойиз точек диапазона измеряемых температур,а отклонение измеренногоконтрольного значения частоты от ееноминального значения, измеренногопри градуировке, используется длякоррекции (соответствующего сдвига)характеристики преобразования устройства. Уменьшение шунтирующеговлияния входных цепей операционного усилителя на процессы в схемеобеспечивается применением усилителей с высоким входным сопротивлением,например типа 140 УДВ. Экспериментальная проверка макетных образцов устройства показала возможность достижения линейности характеристики преобразования с погрешностью,не превышающей 0,01 С, в диапазоне от -20 до 50 С (253- 323 К).иал ППП "Патент", г,род, ул. Проектная, 4 Заказ 8700/42 ВНИИПИ Госуд по делам и. Ъ 113035, Москва, Ж Тирааарственнозобретений35, Раушс 776 Подписноео комитета СССРи открытийая наб., д.4/5