Устройство для измерения температуры
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее полупроводниковый термопреобразователь, источник опорного напряжения, подключенный к первому входу первого модулятора , последовательно соединенные фазочувствительньй выпрямитель, ин тегратор и индикатор, генератор тактирующих импульсов, выход которого соединен с управляющими входами фазочувствительного выпрямителя и модулятора , резисторы, полевой транзистор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения , в него введены два делителя напряжения, два дифференциальных усилителя, избирательный усилитель, сумматор, управляемый переключатель и второй модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход соединен с выходом интегратора, а выход через первый делитель напряжения подключен к первому входу сумматора, выход которого через избирательный усилитель подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, а второй вход соединен с выходом управляемого переключателя , входы которого соединены соответственно с общей шиной устройства и выходами второго делителя напряжения , вход которого подключен к выходу первого модулятора, при этом термопреобразователь , выполненный в ви-де последовательно соединенных дио§ дов , включен между инвертирующим входом и выходом первого дифференци (Л ального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, а точка соединения диодов подключена к-стоку полевого транзистора , затвор и исток которого подключены соответственно к выходу и инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого через первый,. второй и третий резисторы подключен соответственно к выходу модулятора, инвертирующему входу первого дифференциального усилителя и источнику опорного напряжения, соединенному через четвертый резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (st) 4 G О1 К 7/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3700677/24 — 10 (22) 15.02.84 (46) 15.08.85. Бюл. № 30 (72) И.К.Герасин, В.Н.Лапенко и В.А.Кустов (71) Московский институт электронной техники (53) 536.53(088.8) (56) Патент США ¹ 3812717, кл. 73-362, опублик. 1974.
Авторское свидетельство СССР № 922532, кл. G 01 К 7/00, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее полупроводниковый термопреобразователь, источник опорного напряжения, подключенный к первому входу первого модулятора, последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель, интегратор и индикатор, генератор тактирующих импульсов, выход которого соединен с управляющими входами фазочувствительного выпрямителя и модулятора, резисторы, полевой транзистор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два делителя напряжения, два дифференциальных усилителя, избирательный усилитель, сумматор, управляемый переключатель и второй модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход соединен
„„SU„„1173202 А с выходом интегратора, а выход через первый делитель напряжения подключен к первому входу сумматора, выход которого через избирательный усилитель подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, а второй вход соединен с выходом управляемого переключателя, входы которого соединены соответственно с общей шиной устройства и выходами второго делителя напряжения, вход которого подключен к выходу первого модулятора, при этом термопреобразователь, выполненный в ви.— де последовательно соединенных диодов, включен между инвертирукицим входом и выходом первого дифференциальногб усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, а точка соединения диодов подключена к-стоку полевого тран=- c opa, затвор и исток которого подключены соответственно к выходу и инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого через первый,. второй и третий резисторы подключен соответственно к выходу модулятора, инвертирующему входу первого диффе-.. ренциального усилителя и источнику опорного напряжения, соединенному через четвертый резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя.
1173202
Изобретение относится к темпера- турным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с полупроводниковым термопреобразователем. 5
Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.
На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения температуры. 1Î
Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, первый и второй модуляторы 2 и 3, управляемый переключатель 4, один из входов которого соединен с общей (земляной) шиной 15 устройства 5, сумматор 6„ избирательный усилитель 7, фазочувствительный выпрямитель 8, интегратор 9, индикатор 10, делители напряжения 11 и 12, генератор тактовых импульсов 13, по- 20 лупроводниковый термопреобразователь
14, выполненный в виде размещенных на одном кристалле и последовательно соединенных полупроводниковых диодов
15 и 16, точка соединения которых 25 является дополнительным третьим входом. Каждый из модуляторов 2 и 3 (на чертеже показана конструкция только модулятора 2) содержит два управляемых ключа 17 и 18, последовательно gp соединенных между входом и общей шиной, к точке соединения которых подключен повторитель напряжения 19.
Выходы первого модулятора и источника опорного напряжения через четыре резистора 20-23 подключены к входам первого 24 и второго 25 дифференциальных усилителей, выход второго усилителя 25 соединен с затвором полевого транзистора 26, исток транзис-„ тора соединен с инвертирующим входом второго усилителя 25, а сток подключен к точке соединения диодов.
В качестве термопреобразователя
14 можно использовать, например, диф-45
:ференциальную пару транзисторов (в диодном включении) типа 156 HT 1 или диодные сборки типа КДС 627А, параметры которых согласованы с большой точностью, т.е. они имеют равные зна-50 чения объемных сопротивлений базы.
Устройство для измерения температуры работает следующим образом.
Опорное напряжение tJ и источника
1 оггорного напряжения поступает на 55 резисторы 20 и 23 и одновременно на первый ключ 17 модулятора 2. С генератора 13 тактовых импульсов на управляющий вход модулятора 2, т. е. на управляющие входы ключей 17 и 18, работающих в противофазе, поступает управляющее напряжение U np в виде меандра с частотой 1 . Это напряжение управляет работой модулятора
2 таким образом, что при наличии на выходе генератора 13 положительного перепада U qq первый ключ 17 открыт, а второй ключ 18 закрыт ° При этом вход повторителя напряжения 19 подключен к источнику 1 опорного напряжения. При появлении на выходе генератора 13 отрицательного перепада
О д первый ключ 17 закрыт, а второй ключ 18 открыт. При этом вход повторителя 19 подключен к общей шине с нулевым потенциалом. В результате на выходе модулятора 2 с частотой появляются импульсы напряжения, амплитуда которых равна Don . В качестве парафазных ключей 17 и 18 в модуляторах 2 и 3 могут быть использованы, например, двунаправленные ключи серии 590КНЧ, а в качестве повторителя напряжения 19, например, операционный усилитель типа 140 УД14. Такое построение модуляторов устраняет влияние остаточного сопротивления ключей и их изменений на работу модуляторов, так как входной ток повторителя напряжения, выполняющего функции согласующего каскада, очень мал.
При работе модулятора 2 напряжение в общей точке соединения резисторов 20-22 и на неинвертирующем входе усилителя 25 и соответственно падение напряжения на резисторе 22 принимают два значения с частотой 10:
0,--(1o„Ki1
I 0)
0 Оогг Кг у а падение напряжения на резисторе 23 принимает два значения:
" = "оп "on ) (г) (1 . "on-(1о. 1 т = 1)оп <1
Ф где K, K — коэффициенты передачи по напряжению делителя, образованного резисторами 20-22, в общую точку соединения этих резисторов, когда резистор 21 подключен к источнику 1 опорного напряжения и к общей шине устройства, йь R.Rú 1 г RòR 3
1173202
R2 R 5
R1R2 R»RRЗ" RR2" З где R 1< и R — сопротивления ре<» 2 зисторов 20, 21 и 22 соответственно.
При выполнении условия 1= g> - й
5 (4) (1 О<1 (5)
"О<1
1 R К<) 3 а ток через резистор 23, т.е. ток стока полевого транзистора 25 и дополнительный ток через диод 16, также принимает два значения:
I
О
1 = — кг ъ
OI< ОО (6)
25 з 2
4 где R4 — сопротивление резистора 23.
В результате через диод 16 периодически протекают токи II и ).2,. а через диод 16 соответствующие суммар- Зб ные токи:
kT К!(<< < 21 ьц = — 8п кг(<+ t,) (14 .
0 =Ц„К, ( В установившемся режиме перемен45 ная составлякщая напряжения на выходе сумматора 6 равна нулю. В результате напряжение на выходе интегратора 9 равно где — измеряемая температура, — постоянная Больцмана, заряд электрона, 61 + Ц» — объемное сопротивление базы диоды 15, KI — сопротивление кабеля, соединяющего инвертирующий вход усилителя 24 с диодом 15 термопреобразователя 14. На диоде 16 55 к <- — к н1 < R4 Ъ О, = — < в „„Ll»(K, н,g(<- — „ з 4 2t К! 4 (Ю О и2 О 2 R + Я Ro»2Rz Из (1) и (2) видно, что переменные составлякщие напряжений на резисторах 22 и 23 находятся в противофа- зах. При этом ток через резистор 22 и, соответственно, через диоды 15 и 16 принимает два значения: Этим токам через диоды 15 и 16 соответствуют переменные составляющие напряжений на них. На диоде 15 Н< k< — г Г()-(к - .1, (91 "це гг = r<;2l Rqz r<;2 — a 2 eMHOe C.o«11OTH eHHe 6азы диода 16, сопротивление кабеля, соединяющего выход усилителя 24 с диодом 16. При условии, что rb< à 2» н< 1<2 ) г Г2т (<< (1 и 3 2 4» (ы) втррые слагаемые в выражениях (9) и (10) равны (по модулю). Переменные составляющие напряжений на диодах 15 и 16 0 1 и (1 <6, . как и соответствующие им переменные составляющие на резисторах 22 и 23, находятся в противофазах. Подставив (12) и (11) в (10) и просуммировав последнее с (9), получим переменную составлякщую Ьц на выходе усилителя 24 Напряжение 0 на выходе управля" емого переключателя 4 находится в противофазе с напряжением а<) и равно: где к 411 — коэффициент передачи делителя 11 напряжения. Напряжение (16 на выходе делителя напряжения 12 равно 1 2 " (l6} )!i Как видно из выражений (16), напряжение на интеграторе и, соответственно, показания индикатора линейно связаны с температурой р -й-перехо. да и не зависят от объемного сопротивления базы диода, сопротивления 1173202 Составитель В. Куликов Редактор М.Циткина Техред M.Пароцай Корректор M.Ðoçìàí Заказ 5039/38 Тираж 897 Подписное ВЕ1ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 соединительного кабеля и их изменений и от наЧального тока, диода. С помощью переключателя 4 можно изменять величину напряжеиия О п К> я пэ обеспечивая тем самым задание опреде. 1 ленной начальной точки шкалы отсчета. Положениям "С", "Ф" и "К" переключателя 4 соответствуют шкалы Цельсия, Фаренгейта и Кельвина.
