Преобразователь разности температур в напряжение

СОЮЗ, СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17445 А 1 1 К 7/О 51)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.06,92. Бюл. М 2471) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина72) В,С.Гутников, Д.А,Иванов, А,В,Клементьев и М.Я,Кубланов(56) Авторское свидетельство СССР Кт 779824, кл, 6 01 К 7/16, 1980.Авторское свидетельство СССР К. 838414, кл. 6 01 К 7/16, 1981 аеавЬ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕПЕРАТУР В НАПРЯЖЕНИЕ. (57) Изобретение относится к термометриии позволяет повысить точность преобразования разности температур в напряжение.Блок 1 управления вырабатывает на своих выходах логические сигналы, с помощью которых реализуется циклический четырехтактный алгоритм управления ключами 6 - 13, а также управление выпрямитеяем 5 и ключом 14. С помощью ключей в каждом из тактов работы преобразователя подключаются к входу усилителя 2 терморезисторы, выходные сигналы которых пропорциональны температуре, Напряжение на выходе М- фильтра 17 нижних частот пропорционально измеряемой разности температур, 1 ил.,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для построения прецизионных дифференциальных термометров.Известны устройства для измерения разности температур, в которых первичными преобразователями температур являются проволочные термореэисторы.Наиболее близким к предлагаемому изобретению(прототипом) является устройство для измерения разности температур, которое содержит стабилизатор тока, два последовательно соединенных термометра сопротивления. четыре пары ключей, два конденсатора, дополнительный ключ, усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, масштабный резистор. резисторы обратной связи и генератор.Недостаток устройства - большая погрешность преобразования разности температур в напряжение, обусловленная термоЭДС ключей и переносом зарядов в каналы ключей через параэитные емкости между каналами ключей и цепями управления,Цель изобретения - повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь разности температур в напряжение, содержащий последовательно соединенные первыми токовыми выводами первый и второй терморезисторы, последовательно соединенные усилитель и фазочувствительный выпрямитель, первый- девятый ключи, источник тока, подключенный к первым выводам первого и седьмого ключей, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно, второго и восьмого ключей, вторые выводы третьего и пятого ключей, соединены соответственно с вторыми выводами четвертого и шестого ключей, а второй токовый вывод второго терморезистора соединен с общей шиной преобразователя, введены второй источник тока, подключенный к первым выводам второго, четвертого, шестого и восьмого ключей; фильтр нижних частот, выход которого является выходом преобразователя, и устройство управления, подключенное первым - десятым выходами соответственно к управляющим входам фазочувствительного выпрямителя, девятого, первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого клЮчей,при этом выход фазочувствительного выпрямителя соединен с фильтром нижних частот через девятый ключ, выход первого источника тока подключен к первым выводам.третьего и пятого ключей, второй токовый вывод первого терморезистора подключен к входу усилителя, выполненного в виде усилителя переменного напряжения, потенциальные выводы первого терморезистора подключены к вторым выводам первого и третьего ключей, а потенциальные выводы второго терморезистора подключены к вторым выводам пятого и седьмого ключей.На чертеже изображена функциональная схема преобразователя.Преобразователь содержит устройство 1 управления, усилитель 2 переменного напряжения, первый 3 и второй 4 источники токов, фаэочувствительный выпрямитель 5, первый - девятый ключи 6 - 14, первый 15 и второй 16 терморезисторы, фильтр 17 нижних частот, второй токовый вывод 18, второй потенциальный вывод 19, первый потенциальный вывод 20 и первый токовый вывод 21 первого терморезистора, первый токовый вывод 22, первый потенциальный вывод 23, второй потенциальный вывод 24 и второй токовый вывод 25 второго терморезистора, выход 26 преобразователя.Первый - десятый выходы устройства 1 управления соединены соответственно с управляющими входами фазочувствительного выпрямителя 5, девятого 14 и первого - восьмого ключей 6 - 13. Первые выводы первого 6, третьего 8, пятого 10 и седьмого .12 ключей подключены к выходу первого источника 3 тока, Первые выводы второго 7, четвертого 9, шестого 11 и восьмого 13 ключей подключены к выходу второго источника 4 тока, Вторые выводы первого 6 и второго 7 ключей соединены с вторым потенциальным выводом 19 первого термореэистора, второй токовый вывод 18, первый потенциальный вывод 20 и первый токовый вывод 21 которого соединены соответственно с входом усилителя 2 переменного напряжения, с объединенными между собой вторыми выводами третьего 8 и четвертого 9 ключей и с первым токовым выводом 22 второго терморезистора, Вторые выводы пятого 10 и шестого 11 ключей соединены с первым потенциальным выводом 23 второго терморезистора, второй потенциальный вывод 24 и второй токовый вывод 25 которого соединены соответственно с обьединенными между собой вторыми выводами седьмого 12 и восьмого 13 ключей и общей шиной преобразователя. Выход усилителя 2 переменного напряжения соединен с входом фазочувствительного выпрямителя 5, выход которого соединен с первым выводом девятого ключа 14, второй вывод которого соединен с входом фильтра 17 нижних частот, выход которого соединен с выходом 26 преобразователя,Преобразователь разности температурв напряжение работает следующим образом.Устройство 1 управления вырабатываетна своих выходах логические сигналы, с помощью которых реализуется циклический 5четырехтактный алгоритм управления ключами 6-14 и фазочувствительным выпрямителем 5.Каждый из девяти ключей, входящих вструктуру преобразователя, находится в 10замкнутом состоянии, если на на управляющий вход ключа поступает логический сигнал "1", Если на управляющий вход ключапоступает логический сигнал "0", ключ находится в разомкнутом состоянии. 15В первом такте замкнуты ключи 6 и 13,а ключи 7 - 12 разомкнуты,Во втором такте замкнуты ключи 7 и 12,а ключи 6, 8 - 11 и 13 разомкнуты.В третьем такте замкнуты ключи 8 и 11, 20ключи 6, 7, 9, 10, 12 и 13 разомкнуты,В четвертом такте замкнуты ключи 9 и10, а ключи 6 - 8, 11 - 13 разомкнуты.В каждом из тактов выходные токи источников 3 и 4 токов протекают по каналам 25замкнутых ключей, первые выводы которыхсоединены с выходами соответствующихисточников токов, и далее по цепям, подключенным между вторыми выводами замкнутых ключей и общей шиной преобразователя. 30Выходные сопротивление источников 3 и 4токов и выходное сопротивление усилителя 2бесконечно велики по сравнению с суммарным сопротивлением терморезисторов 15 и16 и проводов линии связи. Поэтому напряжение на выводе 18 первого терморезистора оп, ределяется одним из следующих выражений0181 = 1(В 1 + В 21 + В 22 + В 2 + В 25) + 2 В 25, (1)0182= 2(В 1 + В 21 + В 22 + В 2 + В 25) " 1 В 25, (2)500183 = 1(В 21 + В 22 + В 2 + В 25) + 2(В 2 ++В 25) (4)55где 018) - напряжение на выводе 18 первого терморезистора в -м такте,= 1, 2, 3, 4;1 - выходной ток первого источника 3тока;2 - выходной ток второго источника 4тока;В 1 - сопротивление первого термореэистора 15;йг - сопротивление второго терморезистора 16;Вг - сопротивление провода линии связи, соединяющего первый терморезистор 5015 с выводом 21; В 22. В 25 - сопротивление проводов линии связи, соединяющих второй терморезистор 16 с выводами 22 и 25 соответственно,Выходное напряжение усилителя 2 равно усиленной переменной составляющей напряжения, поступающего на вход усилителя 2 с вывода 18 первого терморезистора02 И = 018 Ц - 018, (5) где 021 - напряжение на выходе усилителя 2 в -м такте,= 1, 2, 3, 4;1 - коэффициент усиления усилителя 2;О 8 - среднее значение напряжения на выводе 18 первого терморезистора.Фазочувствительный выпрямитель 5, управление которым осуществляется с помощью логического сигнала, поступающего на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя с первого выхода устройства 1 управления, в первом и во втором тактах работает как повторительнапряжения, а в третьем и четвертом тактах осуществляет инвертирование входного напряжения, При этом справедливы следующие равенства051) = 021), (6) 05 Р) = 0 22), (7) 053) = -023 (8)054) = -024 (9) где 05 Я - напряжение на выходе фаэочувствительного выпрямителя 5 в -м такте,= 1, 2, 3, 4.Иэ (1) -(9) следует, что среднее значение 05 выходного напряжения фаэочувствитель- ного выпрямителя определяется выражениемд . (05 = -05 Я = - (1+ 2) (В.1 - В 2), (10)4, 4Девятый ключ 14. на управляющий вход которого поступает стробирующий сигнал с второго выхода устройства 1 управления, предназначен для того, чтобы в начале каждого такта отключать выход фазочувствительного выпрямителя от входа фильтра 17 нижних частот на время, равное длительности стробирующего сигнала.Напряжение 028 на выходе преобразователя, который подключен к выходу фильтра 17 нижних частот, равно среднему значению напряжения, поступающего на вход фильтра 17026 = 05(1 - - ), (11) где- длительность такта;т - длительность стробирующего сигнала.1744516 Как следует из (10) и (11), выходное напряжение преобразователя определяется выражениемОгб = - (1- - ) (+ г) (В.- Вг) (12)4 1Зависимость сопротивления каждого из терморезисторов от температуры описывается формулойВ(Т) - В(То) ( 1 + А(Т - То)1 (13) последовательно соединенные усилитель и фазочувствительный выпрямитель, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый ключи, источ 5 10 15 20 восьмым, девятым и десятым выходами соответственно к управляющим входам фазочувствительного выпрямителя, девятого,первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого ключей, при этом выход фазочувствительного выпрямителя соединен с фильтром нижних частот через девятый ключ, выход первого источника тока подключен к первым выводам третьего и пятого ключей, второй токо 30 вый вывод первого терморезистора подключен к входу усилителя, выполненно 35 го в виде усилителя переменного напряжения, потенциальные выводы первого терморезистора подключены к вторым выводам первого и третьего ключей, а потенциальные выводы второго терморезистора подключены к вторым выводам пятого и седьмого ключей,40 Составитель Д,ИвановРедактор М.Коюылянская Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 2189 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,. Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101. где Т - температура термореэистора;В(Т) - сопротивление терморезисторапри температуре Т;В(То) - сопротивление терморезисторапри температуре Т,;А - постоянный коэффициент,Из (12) и (13) следует, что выходное напряжение преобразователя пропорционально разности температур первого 15 ивторого 16 термореэисторов.Огб =4 кАВ(То)(1-) (31.+ г) (Т 1 - Тг),(14)Достоинством преобразователя является отсутствие погрешности, обусловленнойтермоЭДС первого - восьмого ключей 6 -13, поскольку зти ключи используются длякоммутации токов, и термоЭДС этих ключей,включенные последовательно с бесконечнобольшими выходными сопротивлвиями источников токов, не вызывают токов через терморезисторы, приводящих к погрешностипреобразования,Благодаря стробированию выходногосигнала фазочувствительного выпрямителя5 отсутствует погрешность, обусловленнаяпереносом зарядов в каналы ключей черезпаразитные емкости между каналами ключей и цепями управления.Формула изобретенияПреобразователь разности температурв напряжение, содержащий последовательно соединенные первыми токовыми выводами первый и второй терморезисторы,ник тока, подключенный к первым выводам первого и седьмого ключей, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно второго и восьмого ключей, вторые выводы третьего и пятого .ключей соединены соответственно с вторыми выводами четвертого и шестого ключей, а второй токовый вывод второго терморезистора соединен с общей шиной преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй источник тока, подключенный к первым выводам второго, четвертого, шестого и восьмого ключей, фильтр нижних частот, выход которого является выходом преобразователя, и устройство управления, подключенное первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым,