Устройство для линейного преобразования температуры в частоту

(51)4 С 01 К 7/г ЗСР(р-,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСНОМУ ТЕЛЬСТВ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССР Мф 1068738, кл. С 01 К 7/22, 1970.Авторское свидетельство СССР У 943538, кл. С 01 К 7/22, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЧАСТОТУ (57)Изобретение относится к технике измерения и предназначено для измерения температуры с использованием промежуточного преобразования ее в частоту следования импульсов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Для этого в устройство введен источник смещения 4, а резистор 6 выполнен термочувствительным, устройство содержит также источник 1опорного напряжения, усилитель 2 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 3, резисторы 5, 12,15 и 16, полупроводниковый терморезистор 7, генератор 8, блок 9 сравнения, элемент 10 задержки, конденсатор 11, аналоговый ключ 13 и операционный усилитель 14, Введение новыхэлементов и образование новых связеймежду элементами устройства позволяет произвести за счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от измеряемой температурь 1, устранение дополнительнойпогрешности, обусловленной наличием Жвходного тока на инвертирующем входе ррусилителя 2 постоянного тока, а также %У Уналичием порога чувствительностиблока 9 сравнения, г ил.Изобретение относится к техникеизмерения и предназначено для измерения температуры с использованиемпромежуточного преобразования ее вчастоту следования импульсов. сЦель изобретения - повышение точности устройства,На фиг.1 показана структурнаясхема устройства для линейного преобразования температуры в частоту; на 1 Офиг.2 - временные диаграммы работыустройства.Устройство содержит источник 1опроного напряжения, усилитель 2постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 3, источник 4смещения, подключенный через первыйрезистор 5 к инвертирующему входуоперационного усилителя 3, второйрезистор 6, одним из контактов, явля- Оющимся входом усилителя 2 постоянного тока, подключенный к выходу источника 1 опорного напряжения и другим -к инвертирующему входу операционного усилителя 3, в отрицательнуюобратную связь которого включен полупроводниковый терморезистор 7, выходоперационного усилителя 3, являющийся выходом усилителя 2 постоянноготока, соединен с третьим входом гене-.ратора 8 экспоненциально убывающегонапряжения, выход которого подключенк одному из входов блока 9 сравнения,другой вход блока 9 сравнения соединен с источником 1 опорного напряжения, а выход - непосредственно и че 35рез элемент 10 задержки с первым ивторым входами генератора 8 экспонен 1,циально убывающего напряжения. Генератор 8 экспоненциально убывающего напря 4 Ожения может быть выполнен, например, ввиде последовательно соединенных конденсатора 11, одна из обкладок которогоявляется входом генератора 8, и резистора 12, причем точка соединениядругой обкладки конденсатора 11 иодного из выводов резистора 12 является выходом генератора 8, при этомдругой выход резистора 12 подключенк шине нулевого потенциала. Крометого, генератор 8 может содержатьтриггер 13, входы которого являютсяпервым и вторым входами генератора 8.Выход триггера соединен с управляющим входом аналогового ключа 14,причем ключ 14 подключен параллельноконденсатору 11. Блок 9 сравнения может быть выполнен, например, в видеоперационного усилителя 15, неинвертирующий вход которого соединен сшиной нулевого потенциала, а к инвертирующему одними из контактов подключены резисторы 16, другие контакты которых являются входами блокасравнения а выход операционногоусилителя 15 - выходом блока сравнения,Устройство работает следуюшимобразом.Под действием измеряемой температуры временная диаграмма которойпредставлена на графике 17, изменяется сопротивление терморезистора 7,что вызывает изменение выходногонапряжения операционного усилителя 3,временная диаграмма которого приведена на графике 18. Выходное напряжение П, операционного усилителя 3определяется выражениемв (П + 1 Б. ) в -е + ( + К Опт ь 8 ь я ьм ь+ Бт КЬх сь К,смгде Ы- величина напряжения опорногсисточника 1;к - величина сопротивления тертморезистора 7;К - величина сопротивления резисьтора 6;1 , Т - величины входных токов соотЬх Ьмветственно инвертирующегои неинвертирующего входовоперационного усилителя 3;1 - величина ЗДС смещения усилителя 3;К, - величина сопротивления резистора 5;П - величина напряжения источнисмка 4 смещения.Величину напряжения источника 4смещения устанавливают в соответствиис выражением П= -(1,+ 1 Р),тогда-(11+К) К чанг ь 8 ь р о Напряжение П подается на третий вход генератора 8 экспоненциально убывающего напряжения, при этом его выходное напряжение П, , временнаяГндиаграмма которого для Юь0 представлена на графике 19, изменяется по закону-УГм фА Р(т 1;к.оф где 1 О 6 о с = - 8 п (- -д -- )-М1ви с учетом погрешностиопределе О ния момента С, обусловленной наличием порога чувствительности ублока 9 сравнения, определяемой фор- мулой л где Т -А и В 15 При этом величина тока, протекающего на одном извходов блока 9сравнения, подключенного к выходу20 генератора 8 через резистор 16, определяется выражением Л 3 ЦГэн 25.оК .ф 35 При достижении токомзначения, при котором д, += 0 выходное напряжение опер;.ционного усилителя 15, временная диаграмма которого приведена на графике 20, за счет высокого коэффициента усиления операционного усилителя в разомкнутом состоянии скачком изменяет свое значение. Этот сигнал, поступая на первый вход генератора 8, устанавливает триггер 13 в такое состояние, при котором ключ 14 замыкается и закорачивает обкладки конденсатора 11, последний, разряжаясь, устанавливает генератор 8 в исходное состояние, при этом генератор 8 переходит в режим ожидания. Время Т прошедшее от начала генерирования зкспоненци.ально убывающего напряжения до момента закорачивания обкладок конден 55 сатора 11, можно определить из ра- венства Если выбрать х,1А-1 по + л о+д =0 чо основание натурального лога- . рифма;текущее время;постоянная КС-цепочки, состощей из конденсатора 11, и параллельно включенных резисторов 12 и 16.и с учетом К = Атекущая температура; постоянное терморезистора 7.А- Й+ 1 К)ГалК а величина тока на другом входе блока 9, подключенном к источнику 1опорного напряжения где К , Кх - величины сопротивлений соответственно резисторов 16. В г Уо КС + ЬС = -- =1 п - . - )- + - Т (Ь 41 КА О Через время, определяемое величиной временной задержки й элемента 10 задержки, сигнал на его выходе, временная диаграмма которого приведена на графике 21, вернет триггер 13 генератора 8 в исходное состояние. Выходной сигнал триггера 13, временная диаграмма которого представлена на графике 22, поступая на управляющий вход аналогового ключа 14, размыкает его, прерывая режим ожидания генератора 8. В этот момент начинается очередной цикл генерирования экспоненциально убывающего напряжения. Общее время, прошедшее от начала генерирования экспоненциально убывающего напряжения до момента появления сигнала на выходе элемента 10 задержки, можно определить из выраженияС =С+АС+С х ВполучимТТаким образом, на выходе устройства, в качестве которого можно использовать выход блока 9 сравнения, выход элемента 10 задержки или вход триггера 13, формируется импульсная последовательность с частотойТ- прямо пропорциональной измеряемой температуре, При этом в предлагаемом устройстве эа счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от иэмеряе13 вающего напряжения, выход которо аподключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу генератора экспоненциальноубывающего напряжения и через элемент задержки - к его второму входу,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведен источник смещения, через третий резистор подключенный к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, выход источника опорногонапряжения подключен к второму входублока сравнения, выход усилителя постоянного тока связан с третьим входомгенератора зкспоненциально убывающего напряжения, а второй резисторвыполнен термочувствительным. Составитель Н.МакароРедактор Н,Киштулинец Техред И.Попович Корректор М.Шарош каэ 19 Подписнта СССР тий о к 4/ Рау ая ческое предп оизводственно-поли 5 12246 мой температуры, достигается устранение дополнительной погрешности обусловленной наличием входного тока на инвертирующем входе реального усилителя постоянного тока, а также наличием порога чувствительности реального блока сравнения. Формула из обретенияОУстройство для линейного преобразования температуры в частоту, содержащее источник опорного напряжения, через первый резистор подключенный к инвертирующему входу усилителя пос тоянного тока со вторым резистором в цепи его отрицательной обратной связи, генератор экспоненциально убы 9 Тираж 778 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Жг. Ужгород, уп. Проектная,4