Устройство для измерения температуры

(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН св У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 07 НРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРВ 754229, кл. О О 1 К 7/16, 1978.Авторское свидетельство СССРФ 1015266, кл, 6 О 1 К 7/16, 1981.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее поспедова"тельно соединенные термопреобразо"ватель сопротивления и образцовыйрезистор, два инвертора, интегратор,блок регистрации, аналоговые ключи,выходы которых подключены к входуинтегратора, и источник напряжения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью новьппения точности измеренийбыстро меняющихся температур, в неговведены два усилителя, аналоговый перемножитель, два компаратора, КЯ-триогер, два токозадающих резистора исхема сравнения, входы которой соответственно подключены к источникунапряжения и выходу аналогового перемножителя, а выход соединен с выводом термопреобразователя сопротивления, подключенным к неинвертирующему входу первого усилителя, инвертирующий вход которого подключен к нулевой шине, а выход через первый инвертор соединен с первым входом аналогового перемножителя и через первый токозадающий резистор подключен к входу первого аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом КБ-.триггера, входы которого соединены с выходами компараторов, а прямой выход подключен к блоку регистрации и управляющему входу второго аналогового ключа, вход которого через второй( токоэадающий резистор подключен к выходу первого усилителя, при этом точка соединения термопреобразователя сопротивления и образцового резистора подключена к инвертирующему входу второго усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к нуле вой шине, а выход связан с противоположным выводом образцового резистора и подключен к второму входу аналогового перемножителя,к инвертиоуюп(ему входу первого компаратора и через второй инвертор к неинвертирующему входу второго компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора и неинвертирующим входом первого компаратора, 190208Изобретение относится к температурным измерениям, а именно устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивления, и может быть использовано при измерении быстро меняющихся температур.Цель изобретения - повышение точности измерений быстро меняющихся температур за счет уменьшения само- разогрева термопреобраэователя сопротивления путем стабилизации на минимальном уровне мощности, рассеиваемой термопреобраэователем во всем диапазоне измеряемых температур1 а,1 ы 1 .приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на выходе интегратора устройства.Устройство для измерения температуры содержит источник 1 напряжения, последовательно соединенные термопреобразователь 2 сопротивления и образцовый резистор 3, первый 4 и второй 5 усилители, первый 6 и второй 1 инверторы, аналоговый перемножитель 8, схему 9 сравнения, аналоговые ключи 10 и 11, выходы которых объединены, токозадакщие резисторы 12 и 3, интегратор 14, первый 15 и второй 16 компараторы, КБ-триггер 17 и блок 18 регистрации.Устройство для измерения температуры работает следующим образом.Источникнапряжения вырабатывает стабильное напряжение, поступающее на прямой вход схемы 9 сравнения. В начальный момент напряжение на инверсном входе схемы 9 сравнения равно нулю, вследствие чего напряжение на ее выходе возрастает. Через термопреобразователь 2 сопротивления при этом начинает протекать ток, который вызывает падение напряжения на термопреобразователе 2, пропорциональное его сопротивлению. Это напряжение усиливается первым усилителем 4 и через инвертор 6, который необходи для изменения полярности напряжения, поступает на первый вход аналогового перемножителя 8. Термопреобразователь 2 сопротивления подключается к схеме устройства с помощью четырехпроводной линии, Образцовый резистор 3 включается в цепь обратной связи втс рого усилителя 5, напряжение на ин 50 вертирующем входе которого поддерживается равным нулю относительнокорпуса за счет обратной связи. Приэтом на выходе усилителя 5 образует ся напряжение, равное падению напряжения на образцовом резисторе 3 ипропорциональное току через термопреобразователь, которое поступает навторой вход аналогового перемножи О тепя 8. На выходе последнего формируется сигнал, пропорциональный произведению тока, протекающего черезтермопреобразователь 2, и напряжения, падающего на нем, т.е . пропор циональный мощности РЗ, рассеиваемойна термопреобразователе:ВЫХ 16 (1)где П - напряжение на выходе анаВылогового перемножителя 8;20 П - напряжение на выходе усилителя 5;К - коэффициент передачи аналогового перемножителя 8;Б - напряжение на выходе пер 625 вого инвертора 6.Сигнал с выхода аналогового перемножителя 8 поступает на инверсныйвход схемы 9 сравнения. Если в начальный момент времени мощность, расЗ 0 сеиваемая на термопреобразователе 2,ниже значения, поддерживаемого схемой в стационарном режиме, то на инверсном входе схемы 9 сравнения, соединенном с выходом аналогового перем ножителя 8, уровень напряжения ниже,чем на прямом входе, соединенном свыходом источника 1 напряжения.При этом на выходе схемы сравне.ния появляется сигнал, пропорциональ ный разности напряжений на ее входах, что вызывает увеличение тока через термопреобраэователь и, соответственно, мощности, рассеиваемой натермопреобразователе, а следователь но и напряжения на выходе перемножителя 8Скорость изменения напряжения навыходе аналогового перемножителя 8ограничена инерционностью усилителей4 и 5, инвертора 6 и аналогового перемножителя 8, По мере приближенияуровня напряжения с выхода аналогового перемножителя 8 к уровню напряжения, поступающего с выхода источ ника 1 напряжения, разность междуэтик уровнями уменьшается, что приводит к уменьшению скорости нарастания напряжения на выходе аналогового3 1190перемножителя 8. Процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на вы-,ходе аналогового перемножителя 8 нестанет равным напряжению, поступающему на прямой вход схемы 9 сравнения с источника 1 напряжения беэучета астатической ошибки регулирования ). Таким образом, мощность,рассеиваемая на термопреобразователе по истечении времени переход- иного процесса, принимает значение,определяемое напряжением с источника 1 напряжения.При изменении сопротивления термопреобразователя веледствии изменения 15измеряемой температуры, благодаряналичию цепи отрицательной обратной связи, образованной усилителями 4 и 5, инвертором 6, аналоговымперемножителем 8, схемой 9 сравнения и источником 1 напряжения, токчерез термопреобраэователь изменяется таким образом,что обеспечивает постоянство мощности, рассеиваемой натермопреобразователе. 25Формирование частотного сигнала,пропорционального сопротивлениютермопреобразователя, осуществляется следующим образом,Пусть в начальный момент КЯ-триг- ЗОгер 17 устанавливается в одно изустойчивых состояний, в.котором,например, на его инверсном выходе формируется логический сигнал "О", ана прямом выходе - логический сигнал "1". Наличие логического сигнала "1" на прямом выходе КЯ-триггера 17 приводит к открыванию второго аналогового ключа 11, вследствие чего выход первого усилителя фо4 через второй токозадающий резистор 13 соединяется с входом интегратора 14, который выполнен такимобразом, что его входное сопротивле.ние практически равно нулю, а выход Зное напряжение пропорционально количеству заряда с обратным знакомпротекшему через его входную клемму.Поскольку входное сопротивление интегратора 4 практически равно нулю, Мто напряжение на его входе такжеможет быть принято равным нулю. Учитывая малую величину падения навряжения на аналоговом ключе 11, можно считать, что ток через второй Мтокозадающнй резистор 13 определяется в этот момент времени толькозначением напряжения на выходе пер 208 4вого усилителя 4, имеющего положительную полярность, и номиналом токозадающего резистора 13.При этом напряжение, которое с выхода интегратора 14 поступает на неинвертирующнй вход первого компаратора 15 и на инвертирующий вход второго компаратора 6, начинает линейно падать. При достижении выходным напряжением интегратора 14 уровня, равного порогу переключения компаратора 15, пропорционального току, протекающему через термопреобразователь 2, так как его неинвертирующий вход соединен с выходом усилителя 5, компаратор 15 переключается в другое состояние, при котором на его выходе появляется напряжение,соответствующее уровню логического сигнала "0", которое поступает на К-вход КЯ-триггера 17. При этом КЯ-триггер 17 переключается в другое устойчивое состояние и на его прямом выходе устанавливается логический сигнал "0", а на инверсном выходе - логический сигнал "1". Напряжение логического сигнала "1" с инверсного выхода КЯ-триггера 17 поступает на управляющий вход первого аналогового ключа О, аналогичного второму ключу 11, и открывает его. Одновременно напряжение логического сигнала "О" с прямого выхода КЯ-триггера 17, поступающее на управляющий вход второго аналогового ключа 11, закрывает этот ключТаким образом, вход интегратора 14 через первый токозадающий резистор 12 и аналоговый ключ 10 соединяется с. выходом первого инвертора 6. Изменение полярности входного тока интегратора 14 после закрывания аналогово" го ключа 11 и открывания аналогового ключа 10 приводит к тому, что напряжение на его выходе начинает линейно нарастать, достигая уровня, равного дорогу срабатывания второго компаратора 16,пропорционального измерительному току термопреобраэователя 2, так как его неинвертирующнй вход через инвертор 7, подключен к выходу усилителя 5. При этом компаратор 16 переключается, на Я-вход КЯ-триггера 17 начинает поступать напряжение логического сигнала "0", что приводит к опрокидыванию триггера, который устанавливается в устойчивое состояние, при котором на его прямом вы 1190208ходе формируется логический сигнала на инверсном выходе - логический сигнал 0. Далее процесс повторяется.Временные диаграммы напряжения на выходе интегратора 14(фиг,2) показывают, что частота на выходе ЕБ-триггера 17 прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна току через термопреобразователь сопротивления.Допустим, что напряжения порогов срабатывания (+У; -У) компараторов 5 и 16 не изменяются вовремени. В этом случае (фиг,2 а) частота колебаний прямо пропорциональна скорости ,1 р,тстатнтя аттряжения на Выходе, т,;:.: 14, которая, в свою очередь, пропорциональна напряжению на гермоттреобразователе 2. При увеличснии наттряжения на термопреобразователе 2 в момент времени С период колебаний Т уменьшается (Т(Т ),2 с а частота соответственно увеличивается.Допустим, что скорость нарастания выходного напряжения интегратора 14 не изменяется во времени. Тогда период колебаний прямо пропорционален абсолютному значению пороговых напряжений комлараторов 15 и 16. Уменьшение пороговых напряжений (по абсолютному значению ) в момент времени тот значения (+Оп, -Пп) до (+021102 ) приводит к уменьше нию периода колебаний на выходе интегратора4 (Т 2 ( Т)и к соответственному увеличейию частоты (фиг.2 б) Частота колебаний в этом случае обратно пропорциональна току, протекающему через термопреобразователь2,В реальной схеме (фиг.1) мощность на термопреобразователе 2 стабилизирована и изменение его сопротивления в момент времени 1 влечетза собой как изменение тока, так и10 изменение напряжения на нем под воздействием температуры. Соответственно изменяются как пороги срабатывания компараторов 15 и 16, так и скорость нарастания выходного напряже 15 ния интегратора 14. В этом случае( фиг.2 в) частота колебаний пропорциональна скорости нарастания выходного напряжения интегратора 14,т.е. напряжению на термопреобразова 20 теле 2, и обратно пропорциональназначению пороговых напряжений компараторов 15 и 6, т.е. току через термопреобраэователь 2.Поскольку частота 1 вна выхо 25 де триггера 17 равна частоте пилообразного напряжения на выходе интегратора 14, тоо,(ч) ВЬХ(т) 30т.е. пропорциональна величине сопротивления термопреобразователя 2.Импульсы с выхода триггера 17 поступают на блок 18 регистрациикоторый преобразует поступающийсигнал в такой вид, который удобендля наблюдения или для использова ния в других устройствах регистрации и обработки информации.-Рп Составитель В.Куликоведактор Н.Бобкова Техред Л,Мартяшова Корректор В.Гирняк Закач 696ВН ого коми нии РПатент", г, Ужгород, ул.Проектная,3/43 Тираж ИИПИ Государственпо дедам изобрет 13035, Москва, ЖПодписноеета СССРрытийя наб д. 4/