Устройство для линейного преобразования температуры в частоту

 

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 зтого в устройство введен источник смещения 4, а резистор 6 выполнен термочувствительным. Устройство содержит также источник 1 опорного напряжения, усилитель 2 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 3, резисторы 5, 12, 15 и 16, полупроводниковый терморезистор 7, генератор 8, блок 9 сравнения , злемент 10 задержки, конденсатор 11, аналоговый ключ 13 и операционный усилитель 14. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет произвести за счет соответствующего выбора величины временной задержки , независимой от измеряемой температуры , устранение дополнительной погрешности, обусловленной наличием S входного тока на инвертирующем входе усилителя 2 постоянного тока, а также наличием порога чувствительности блока 9 сравнения. 2 ил. (Я с: 1 Ю Э О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU 1224613 A (51) 4 С 01 К 7/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) 3800471/24-10 (22) 09.10.84 (46) 15.04.86. Бюл. У 14 (72) Л.А.Демидов (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1068738, кл. G 01 К 7/22, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 943538, кл. G 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 1 опорного 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 новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет произвести за счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от измеряемой температуры, устранение дополнительной погрешности, обусловленной наличием Ж входного тока на инвертирующем входе рр усилителя 2 постоянного тока, а также %У У наличием порога чувствительности блока 9 сравнения. 2 ил.

12? 4613

Изобретение относится к технике измерения и предназначено для измерения температуры с использованием промежуточного преобразования ее в частоту следования импульсов. 5

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг.1 показана структурная схема устройства для линейного преобразования температуры в частоту; на 1О фиг.2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 опроного напряжения, усилитель 2 постоянного тока, выполненный на опе- 15 рационном усилителе 3, источник 4 смещения, подключенный через первый резистор 5 к инвертирующему входу операционного усилителя 3, второй резистор 6, одним из контактов, явля- О ющимся входом усилителя 2 постоянного тока, подключенный к выходу источника 1 опорного напряжения и другим— к инвертирующему входу операционного усилителя 3, в отрицательную обратную связь которого включен полупроводниковый терморезистор 7, выход операционного усилителя 3, являющийся выходом усилителя 2 постоянного тока, соединен с третьим входом гене-. ратора 8 экспоненциально убывающего напряжения, выход которого подключен к одному из входов блока 9 сравнения, другой вход блока 9 сравнения соединен с источником 1 опорного напряже- ° ния, а выход — непосредственно и че35 рез элемент 10 задержки с первым и вторым входами генератора 8 экспоненI, циально убывающего напряжения. Генератор 8 экспоненциально убывающего напря4О жения может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных конденсатора 11, одна из обкладок которого является входом генератора 8, и резистора 12, причем точка соединения другой обкладки конденсатора 11 и одного из выводов резистора 12 является выходом генератора 8, при этом другой выход резистора 12 подключен к шине нулевого потенциала. Кроме того, генератор 8 может содержать триггер 13, входы которого являются первым и вторым входами генератора 8.

Выход триггера соединен с управляющим входом аналогового ключа 14, причем ключ 14 подключен параллельно 55 конденсатору 11. Блок 9 сравнения может быть выполнен, например, в виде операционного усилителя 15, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а к инвертирующему одними из контактов подключены резисторы 16, другие контакты которых являются входами блока сравнения, а выход операционного усилителя l5 — выходом блока сравнения.

Устройство работает следуюшим обоазом.

Под действием измеряемой температуры,, временная диаграмма которой представлена на графике 17, изменяется сопротивление терморезистора 7, что вызывает изменение выходного напряжения операционного усилителя 3, временная диаграмма которого приведена на графике 18. Выходное напряжение U„„, операционного усилителя 3 определяется выражением

U = -(U + I R ) †- + (t +

R опт ь 8„ь ьм ь

+gR)(1+т)U(1+

+ Rò К

Sx cn R, см R

rpe U„- величина напряжения опорногс источника 1;

R — величина сопротивления терт морезистора 7;

R — величина сопротивления резись тора 6;

I — величины входных токов соот Ь, ibx ветственно инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя 3;

1 „- величина ЗДС смещения усилителя 3;

R, — величина сопротивления резистора 5

U — величина напряжения источнисм ка 4 смещения.

Величину напряжения источника 4 смещения устанавливают в соответствии с выражением U,„= -(1,„+ I R Ä), тогда (U+l R) л

R л7 ь Ву о

Напряжение П„„„подается на третий вход генератора 8 экспоненциально убывающего напряжения, при этом его выходное напряжение U,, временная

1Н диаграмма которого для U, < 0 представлена на графике 19, изменяется по закону

U =U ум чтчт л

1224613 или при

Rьл вх

R (U + I R х т о Ьл

-U

"эм

А Р(т р );

R, оэ

U„ где Е

t — х.п ) (—,— — - — — )-

U. + I R„A и с учетом погрешности Qt определе10 ния момента t, обусловленной наличием порога чувствительности у блока 9 сравнения, определяемой формулой л

L где Т—

АиВ— л

Л (U о

U

Гун

При этом величина тока, протекаю щего на одном из входов блока 9 сравнения, подключенного к выходу

20 генератора 8 через резистор 16, определяется выражением

Л

U, эн R 25

I ио

При достижении током,,„ значения, при котором i, + i = 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 t,, прошедшее от начала генерирования зкспоненци.ально убывающего напряжения до момента закорачивания обкладок конден55 сатора 11, можно определить из равенства

Если выбрать — 1п(tax "

i + i = 0 ио основание натурального лога- . рифма; текущее время; постоянная RC-цепочки, состощей из конденсатора 11, и параллельно включенных резисторов 12 и 16. и с учетом К = А текущая температура; постоянное терморезистора 7.

3 /т †(U + I R ) ----- Г Г о вл о R а величина тока на другом входе блока 9, подключенном к источнику 1 опорного напряжения где Е, К „ — величины сопротивлений соответственно резисторов 16. В г . U R c

t + ЬС = — — =1fn —.-- — )- +—

Т (b, Е R,А Ц, Через время определяемое величиной временной задержки t элемента

10 задержки, сигнал на его выходе, временная диаграмма которого приведена на графике 21, вернет триггер 13 генератора 8 в исходное состояние.

Выходной сигнал триггера13, 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 выражения

t = t1+et + t х В получим

Т

Таким 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 частотой

Т вЂ” прямо пропорциональной измеряемой температуре, При этом в предлагаемом устройстве эа счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от иэмеряе13 лЙ Н

Составитель Н.Макаров

Техред И. Попович Корректор М. Шароши

Редактор Н.Киштулинец

Заказ 1941/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп. Проектная,4

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 обретения !

О

Устройство для линейного преобразования температуры в частоту, содержащее источник опорного напряжения, через первый резистор подключенный к инвертирующему входу усилителя пос- 15 тоянного тока со вторым резистором в цепи его отрицательной обратной связи, генератор экспоненциально убывающего напряжения, выход которо о подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу генератора экспоненциально убывающего 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 него введен источник смещения, через третий резистор подключенный к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, выход источника опорного напряжения подключен к второму входу блока сравнения, выход усилителя постоянного тока связан с третьим входом генератора экспоненциально убывающего напряжения,, а второй резистор выполнен термочувствительным.