Датчик температуры

 

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах датчика температуры для ее измерения в электрических аппаратах с автономными источниками питания постоянного тока. Сущность изобретения: датчик температуры содержит источник питания, конденсатор, усилитель постоянного тока, имеющий выход и соединенный шиной питания через ограничитель тока с одним выходом источника питания и с одним выводом конденсатора, а общей точкой с другим выводом конденсатора. Датчик также снабжен резистивным делителем напряжения с выходом, диодом и регулятором тока. При этом резистивный делитель напряжения включен параллельно усилителю постоянного тока. Регулятор тока подключен параллельно источнику питания и соединен своими выходами соответственно с выходами усилителя постоянного тока и резистивного делителя напряжения. Диод включен последовательно с ограничителем тока между ним и шиной питания усилителя постоянного тока. Объединенные выводы диода и ограничителя тока связаны с выходом регулятора тока. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры в электрических аппаратах с автономными источниками питания постоянного тока.

Известен датчик температуры с усилителем постоянного тока [1] Недостатком этого устройства является ограниченная возможность по точности измерения и помехоустойчивости в связи со сложностью согласования с источниками питания постоянного тока, требующими введения дополнительных элементов для задания автогенераторного режима.

В качестве прототипа принят датчик температуры [2] содержащий источник питания, усилитель постоянного тока.

Недостатком существующего устройства является понижение помехоустойчивости и точности при работе от источника постоянного тока с широким диапазоном рабочих напряжений.

Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости за счет снижения погрешности считывания информации.

Цель достигается тем, что датчик температуры, содержащий источник питания, усилитель на транзисторе с резистивной нагрузкой, выход которого связан с его входом делителем напряжения на резисторах, при этом один выход источника питания связан шиной питания с выходом усилителя через ограничитель тока, а другой выход источника питания соединен с общей точкой усилителя, снабжен дополнительным резистивным делителем напряжения и конденсатором, включенными параллельно усилителю на транзисторе с резистивной нагрузкой через дополнительный резистор, диодом, включенным последовательно с ограничителем тока, регулятором тока, подключенным параллельно к источнику питания и соединенным своими входами соответственно с выходами усилителя и дополнительного резистивного делителя напряжения, причем один вывод диода объединен с выводом ограничителя тока и связан с выходом регулятора тока, а другой вывод диода с объединенными выводами дополнительного резистора, конденсатора и дополнительного резистивного делителя напряжения.

Эффективность работы устройства достигается за счет того, что резистивный делитель напряжения включен параллельно усилителю постоянного тока (на транзисторе с резистивной нагрузкой) и позволяет поддерживать заданный уровень напряжения на входе регулятора тока. Регулятор тока, в свою очередь, позволяет с высокой точностью поддерживать равенство выходных напряжений усилителя постоянного тока и резистивного делителя напряжения до долей милливольта ≈10^-4 В при крутизне температурной характеристики датчика температуры до 80 мВ/К и напряжении питания 30 В.

Диод дает возможность разделить по величине постоянные времени заряда конденсатора с целью обеспечения заданной частоты релаксации.

Взаимосвязь этих элементов обеспечивает более широкий диапазон изменения напряжения питания и температуры, обеспечивает симметричный для помех вход регулятора тока и режима постоянного тока.

На чертеже изображена структурно-электрическая схема датчика температуры.

Датчик состоит из усилителя 1 постоянного тока (на транзисторе с резистивной нагрузкой), резистивного делителя 2 напряжения, диода 3, компаратора 4, выполняющего функцию регулятора тока, источника 5 питания, резистора 6, используемого в качестве ограничителя тока, и конденсатора 7.

Включение конденсатора 7 параллельно усилителю 1 постоянного тока и дополнительному резистивному делителю 2 напряжения увеличивает помехоустойчивость устройства за счет создания заданных режимов заряда и разряда.

Вместо резистора 6 можно включить мостовую схему резистивного датчика, например Si-тензодатчика, и осуществлять температурную компенсацию его основной характеристики. В качестве регулятора тока, кроме компаратора, может быть использован операционный усилитель.

Принцип работы датчика температуры заключается в следующем.

Напряжение от источника 5 питания поступает через резистор 6 и диод 3 на конденсатор 7, усилитель 1 постоянного тока и резистивный делитель 2 напряжения, а также непосредственно на компаратор 4 к его шинам питания. При увеличении напряжения на конденсаторе 7 транзистор усилителя постоянного тока начинает отпираться, что приводит к относительному снижению по сравнению с выходным напряжением резистивного делителя выходного напряжения УПТ. При этом напряжение на выходе УПТ становится меньше выходного напряжения на резистивном делителе напряжения, что приводит к отпиранию компаратора 4, после чего прекращается заряд конденсатора 7 и начинается его разряд через включенные параллельно УПТ 1 и резистивный делитель 2.

Как только напряжение на выходе УПТ снизится до значения меньшего, чем на выходе резистивного делителя за счет запирания транзистора, компаратор запирается и процесс повторяется.

Информация о температуре поступает в виде уровня постоянного напряжения с конденсатора 7 и в виде импульсного сигнала с выхода компаратора 4. Таким образом, на выходе компаратора 4 относительно общей точки усилителя 1 и источника 5 питания формируется импульс, амплитуда которого равна постоянному напряжению на конденсаторе 7. Температурный коэффициент датчика температуры равен 1/273 и отрицателен по знаку.

Абсолютная крутизна температурной характеристики вычисляется по формуле U_m U_упр (А+1/B) ˙ 2, где U_упр напряжение на управляющем переходе транзистора УПТ; А коэффициент делителя напряжения плеча усилителя постоянного тока; В статический коэффициент усиления по току транзистора.

А= (R/r+1), где r резистор, включенный параллельно управляющему переходу транзистора УПТ; R другой резистор УПТ.

Крутизна температурной характеристики одного управляющего перехода транзистора составляет около 2 мВ/К с отрицательным знаком, полностью датчика температуры: 2А ˙ 2 80 мВ/К при напряжении питания 30 В и R=40 кОм; r=2 кОм; U_ЭБ=0,6 В.

Формула изобретения

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий источник питания, усилитель на транзисторе с резистивной нагрузкой, выход которого связан с его входом делителем напряжения на резисторах, при этом один выход источника питания связан шиной питания с выходом усилителя через ограничитель тока, а другой выход соединен с общей точкой усилителя, отличающийся тем, что в него введены дополнительный резистивный делитель напряжения и конденсатор, включенные параллельно усилителю на транзисторе с резистивной нагрузкой через дополнительный резистор, диод, включенный последовательно с ограничителем тока, регулятор тока, подключенный параллельно к источнику питания и соединенный входами соответственно с выходами усилителя и дополнительного резистивного делителя напряжения, причем один вывод диода объединен с выводом ограничителя тока и связан с выходом регулятора тока, а другой вывод с объединенными выводами дополнительного резистора, конденсатора и дополнительного резистивного делителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1