Преобразователь разности температур в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК 9) К 7 16(51) ОБРЕТЕН КСАН ДЕТЕЛЬС ОРС КОМУ К ГОСУДАРСТВЕ ННЪЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский политехнический институт им, М,И,Калинина(56) Авторское свидетельство СССР Ф 1128125, кл, 6 01 К 7/16, 1984,Авторское свидетельство СССР М 1352248, кл, 6 01 К 7/16, 1987.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР В НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность преобразования температур в напряжение. В первом 2такте работы преобразователя с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов на управляющие входы первого и третьего ключей 3 и 7 поступает управляющий сигнал, в результате чего ключи 3 и 7 замыкаются, образуя цепь для протекайия тока от источника 2. Во втором такте работы преобразователя с инверсного выхода генератора 1 прямоугольных импульсов поступает управляющий сигнал, в результате чего ключи 3 и 7 размыкаются, а ключи 4 и 8 замыкаются, Первый и второй такты следуют один за другим, в результате чего на выходе преобразователя создается напряжение ступенчатой формы, амплитуда переменной составляющей которого пропорциональна разности температур. 1 ил.Изобретение относится к технике температурных измерений и предназначено для построения точных дифференциальных термометров.Известны измерительные преобразователи разности температур в напряжение, в которых в качестве первичных преобразователей температур используются терморезисторы,Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления, источник тока, два операционных усилителя и масштабирующий усилитель.Недостаток известного устройства обусловлен низкой точностью преобразования разности сопротивлений термопреобразователей в напряжение.Цель изобретения - повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы с двумя токовыми и двумя потенциальными выводами каждый, операционный усилитель. инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно с втоцым потенциальным выводом второго терморезистора и с общей шиной преобразователя, и масштабирующий усилитель, включенный между первым потенциальным выводом первого терморезистора и выходом преобразователя, введены первый, второй, третий и четвертый ключи и генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к управляющим входам первого и третьего ключей, а инвертирующим выходом - к управляющим входам второго и четвертого ключей, при этом источник тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными входами первого и второго ключей, подключенных своими выходами к первымтоковым выводам соответственно первого и второго терморезисторов, подключенных своими вторыми токовыми выводами через соответственно третий и четвертый ключи к выходу операционного усилителя, а второй потенциальный вывод первого термореэистора соединен с первым потенциальным выводом второго терморезистора.На чертеже представлена функциональная схема преобразователя,Преобразователь содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, источник 2 тока, первъгй 3 и второй 4 ключи, первый 5 и второй 6 терморезисторь 1, третий 7 и четвертый 8 ключи, операционный усилитель 9, масштабирующий усилитель 10, первый по тенциальный вывод 11, первый токовый вывод 12, второй токовый вывод 13 и второй потенциальный вывод 14 первого терморезистора., первый потенциальный вывод 15,5 10 первый токовый вывод 16, второй токовый вывод 17 и второй потенциальный вывод 18 второго терморезистора и выход 19 преобразователя.Источник 2 тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными между собой входами первого 3 и второго 4 ключей. Выход первого ключа 3 соединен с первым токовым выводом 12 первого терморезистора, первый потенциальный вывод 11, второй токовый вывод 13 и второй потенциальный вывод 14 которого соединены соответственно с входом масштабирующего 15 усилителя 10; входом третьего ключа 7 и с первым потенциальным выводом 15 второго терморезистора, Первый токовый вывод 16,20 второй токовый вывод 17 и второй потенциальный вывод 18 второго терморезистора соединены соответственно с выходом второго ключа 4, входом четвертого ключа 8 и с инвертирующим входом операционного усилителя 9, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине преобразователя. Выходы третьего 7 и четвертого 8 ключей объединены между собой и соединены с выходом операционного усилителя 9, Управляющие входы первого 2 и третьего 7 30 ключей подключены к выходу генератора 1 прямоугольных импульсов, к инвертирующему выходу которого подключены управляющие входы второго 4 и четвертого 8 35 ключей. Вход масштабирующего усилителя 10 соединен с выходом 19 преобразователя,Преобразователь имеет двухтактный алгоритм работы,В первом такте с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов поступает сигнал "1" на управляющие входы первого 3 и третьего 7 ключей, а с инвертирующего выхода генератора 1 прямоугольных импуль- сов поступает сигнал "0" на управляющие входы второго 4 и четвертого 8 ключей, в результате чего первый 3 и третий 7 ключи находятся взамкнутом состоянии, а второй 4 и четвертый 8 ключи находятся в разо 40 45 выражением 0111 - 0141 = 1 В 1, (1) где 011 Ц- потенциал первого потенциального вывода 11 первого термореэистора в первом такте; 50 мкнутом состоянии. Ток, создаваемый источником тока 2, протекая через замкнутый ключ 3, первый терморезистор 7 и замкнутый ключ 7; создает на первом термореэисторе 5 падение. напряжения, определяемое(10) О 141 - потенциал второго потенциального вывода 14 второго термореэистора в первом такте;1 - выходной ток источника 2 тока;В 1 - сопротивление первого терморезистора 5.Операционный усилитель 9 поддерживает потенциал второго потенциального вывода 14 первого терморезистора равным нулю:0141 = 0 (2) Потенциал первоо потенциального вывода 11 первого терморезистора усиливается масштабирующим усилителем 10,Напряжение 0191 на выходе 19 преобразователя в первом такте определяется выражением0191 = ОВ 1, (3) где К - коэффициент усиления масштабирующего усилителя.Во втором такте на управляющие входы первого 3 и третьего 7 ключей поступает сигнал "0", а на управляющие входы второго 4 и четвертого 8 ключей - сигнал "1", При этом первый 3 и третий 7 ключи находятся в . разомкнутом, а второй 4 и четвертый 8 ключи - в замкнутом состоянии, Выходной ток 1 источника 2 тока протекает через замкнутый ключ 4, второй термореэистор б и замкнутый ключ.8, в результате чего на втором терморезисторе б создается падение напряжения, описываемое формулой0182 - 0182 = 1 Вг, (4) где 0182 - потенциал первого потенциального вода 15 второго термореэистора во втором такте;0 182 - потенциал второго потенциальногс вывода 18 второго терморезистора во втором такте;Вг - сопротивление второго терморезистора б.С помощью операционного усилителя 9 потенциал второго потенциального вывода 18 второго термореэистора поддерживается равным нулю:0182 = О. (5) Поскольку выходной ток источника 2 тока во втором такте не протекает по первому термореэистору 5. потенциал первого потенциального вывода 11 первого терморезистора равен потенциалу первого потенциального вывода 15 второго терморезистора, а выходное напряжение преобразователя 0192 во втором такте определяется выражением0192 = К 1 Вг (6) Первый и второй такты преобразованияимеют одинаковые длительности и следуют 6друг за другом, в результате чего на выходе 19 преобразователя создается напряжение ступенчатой формы, амплитуда Оа переменной составляющей которого пропорциональна разности сопротивлений 5 терморезисторов:Оа = - (0191 - 0192) = - к 1(В 1 - Вг) (7)1 12 2 Терморезисторы.5 и 6 имеют идентич 10 ные линейные зависимости сопротивленийот температуры следующего вида:В(Т ) = Во 1+А (Т - То) , (8)где В(Т) - сопротивление термореэисторапри температуре Т;15 Во - сопротивление термооезисторапри температуре То, .А - относительная чувствительностьтермореэистора к изменению температуры,20 Следовательно, амплитуда переменнойсоставляющей выходного напряжения преобразователя пропорциональна разноститемператур терморезисторов:Оз - 2 ИоА(Т 1 Тг),1(9)где Т 1 - температура первого термореэистора 5;Тг - температура ворого терморезистора б.30 Вследстви неидеальности операционного усилителя 9 и масштабирующего усилителя 10 преобразователь имеетаддитивную погрешность, которая определяется входными токами, но не зависит от35 напряжений смещений усилителей:ЛО, КВг(19+11 о),1 где ЬОа - абсолютное значение погрешно сти, приведенное к вь ходу преобразователя:19 - выходной ток инвертирующего входа операционного усилителя 9;11 о - входной ток масштабирующего уси лителя 10.Формула изобретения Преобразователь разности температурв напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы с двумя 50 токовыми и двумя потенциальными выводами каждый, операционный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно, с вторым потенциаль ным выводом второго термо резистора и с общей шиной преобразователя,и масштабирующий усилитель, включенный между первым потенциальным выводом первого терморезистора и выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью1744520 Составитель Д,ИвановТехред М.Моргентал Корректор Т,Палий Редактор А.Огар 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 повышения точности преобразования, в него,введены первый, второй, третий и четвертый ключи и генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к управляющим входам первого и третьего ключей, а инвертирующим выходом - к управляющим входам второго и четвертого ключей, при этом источник тока включен между общей шиной преобразователя и объединенными входами первого и второго ключей,подключенными своими выходами к первым токовым выводам соответственно первого и второго терморезисторов, подключенных своими вторыми токовыми выводами че рез соответственно третий и четвертыйключи к выходу операционного усилителя, а второй потенциальный вывод первого терморезистора соединен с первым потенциальным выводом второго терморезисто ра.