Устройство для измерения температуры
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3612630/24-10 (22) 25.04.83 (46) 23.01.86.Бюл. N 3 (71) Ленинградский гидрометеороло.гический институт (72) В.А.Степанюк (53) 536.53(088.8) (56) Заявка ФРГ У 2702815, N 779086, кл..G 01 К 7/24, опублик.23.07,81.
IEEE,Trans.Instrum.and Иеаз., 1981. V.ЗО. М 4. р.296-299. (54)(57) УСТРОЙСГВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ
ТЕИПЕРАТУРЫ, содержащее мультивибратор, выполненный на операционном усилителе, выход которого соединен . через резистор с его инвертирующим входом, к которому подключен один вывод конденсатора, и полупроводниковый терморезистор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем
„„SU„„1206628 А (5D4 G 0 К исключения нелинейности преобразования в устройство дополнительно введены две пары полупроводниковых диодов, в каждой из которых один диод подключен параллельно другому в обратном ему направлении, и второй полупроводниковый терморе-. зистор, при этом одна пара диодов включена между общим проводом и
BTopbM выводом конденсатора,к точке соединения которых одним выводом подключен первый терморезистор,, другой вывод подключен к выходу операционного усилителя и через второй терморезистор соединен с его неинвертирующим входом, который с общим проводом соединен через вторую пару диодов, причем терморезисторы выбраны так, что отношение их сопротивлений в заданном интервале изменяется по экспоненте °
206620 2
На фиг.2а показана форма симметричного выходного напряжения на выходе ОУ V<„, (й), уровни которого
Ugg u Upped практически дости+ гают напряжений Е и E что определяется свойствами выходного каскада ОУ.. Напряжение на неинвертирующем
ОУ Б „ (t) соответствует по форме выходному напряжению, но уменьшено
10 до величины напряжения на диодах
Д и Д„,определяемого при идентичности параметров всех диодов в схеме (что допустимо предполагать при использовании интегральных диодных мостов, например 2Д906) логарифмирующими свойствами полупроводниковых диодов иэ выражения
Ш, „1=э,t=1о,.И (Е. — ", ""-е„,)<, .(,> 0 где . и — постоянный множитель;
Ug — абсолютное значение выходного напряжения ОУ, — абсолютное значение тока утечки диодов.
Аналогичное напряжение развивается и на первой паре диОдов
К, - R " ехр где R„, R< — сопротивления первого и второго терморезисторов при.одинаковой температуре T(K) Ом 40
В1,  — соответственно Нх посто-. янные,зависящие от
I физических свойств полупроводникового материала, К.
Устройство работает следующим образом.
По своей сущности данное устройство является мультивибратором.Для уменьшения шунтирующего влияния резистора R на характеристику преобра. зования терморезистора R выбрано соотношение Ro)> К„.
Так как R > R Кч а К„((Кб (1) 1 1 Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в составе измерительных систем для измерения температуры всевозможных объектов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения нелинейности преобразования. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграм-. мы напряжений. Устройство для измерения температуры содержит мультивибратор на операционном усилителе (ОУ), времязадающая цель которого образована термонезависимым резистором с сопротив-лением Rð и конденсатором с емкостью С, точка соединения которых подключена к инвертирующему входу ОУ, второй вывод конденсатора соединен через первую пару диодов (диоды Д и Д ) с общим проводом схемы и через первый терморезистор с сопротивлени-. ем Е„ с выходом ОУ делитель положительной обратной связи образован! вторым терморезистором с сопротивлением Rg и второй парой диодов (диоды Д и Д ) средняя точка делителя подключена к неинвертирующему входу ОУ. Сопротивления полупроводниковых термореэисторов удовлетворяют условию При условии К„ы К можно пренебречь шунтирующим действием conðîòèâления резистора Rq на величину сопро тивления терморезистора R> и увеличением тока через диоды Д и Д . Иэ условия К c R< получают пре+ обладание величины 1Ц 1 над ве". личиной 10д,, Нд t, благодаря чему обеспечивается самовозбуждение устройства. Так как напряжение между входами ОУ в линейном режиме приближается к нулю усилитель меняет свое состоя- ние выхода лишь в тот момент когда напряжение на его инвертирующем входе достигает величины напряжения на другом его входе, т.е. напряже+ Э ния U>„ÿà неинвертирующем входе. В остальное время конденсатор перезаряжается током, поступающим с выхода ОУ через резистор R . Учитывая, что изменение напряжения !Яд, 1 Бд1 на диодной паре Д„и Д происходит синхронно с выходным напряжением ОУ, переэаряд конденсатора С в кажпом иэ полупериодов происходит на величину ЬП, равную ) = Ии„(-lu*„f) (a) 3 1206628 4 Принимая также во внимание,что при учете реальных параметров элементов /U / « /uS„„ / и /eVC /= c / »к! (5) л о -и= N „ 1 (8 g,- и К;) I" ЬЫк! (6) 20 CR /Ь,-В А1 и=2 11 1 1- + " контактов реле) вместо терморезисто35 -ров эталонных резисторах, сопротивtu,,„„ 2.NCQ,(В,-8,) (s) 55 Подставляя выражения (2) и {3) s выражение (4), а полученное выражение в уравнение (5) получают Учитывая экспоненциальную зависимость сопротивлений полупроводниковых терморезисторов от темпераВ туры R =- А ех𠆄, где Т вЂ” температура, К, А и  — постоянные терморезистора Ом и К соответственно), получают зависимость длительности периода колебаний от, измеряемой температуры где А„и А, В„и  — постоянные первого и второго терморезисторов соответственно. При А = А, что обеспечивается при выборе сопротивлений терморезисторов согласно расчетной формуле, частота fg электрических колебаний устройства является линейной зависимостью от измеряемой температуры Т: При практической реализации устройства оба полупроводниковых тер- . морезистора помещаются в общем защитном штуцере, предохраняющем .их от воздействия дестабилизирующих параметров окружающей среды (давления, химических воздействий др.) и обеспечивающим одинаковое воздействие на них измеряемой температуры. Зависимость частоты электрических 1О 50 колебаний устройства от величины выходного напряжения операционного усилителя, приводящая к дополнительной погрешности измерения температуры при колебаниях питающих напряжений, легко устраняется ограничением выходного напряжения с помощью двуанодных стабилитронов (не показаны), например 2С162А вьиод усилителя через. токоограничительный резистор подключается к соединенному с общим проводом. схемы стабилитрону, а к точке .соединения этого резистора со стабилитроном подключается резистор Кр времязадающей цепи, целесообразно подключение.к этой же точке и обоих терморезисторов, благодаря чему расширается диапазон используемых номиналов последних 1 так как минимальное их значение ограничено максимальными током неискаженного логарифмирования полупроводниковых диодов, равным примерно 0,1 мА. Устранение остаточных погрешностей схемы устройства, связанных с влиянием на элементы схемы неинформативных параметров (температуры окружающей среды, старения и др.) также может быть обеспечено применением известного метода эталонирования (образцовых сигналов) — периодически производится контрольнбе измерение частоты выходного сигнала устройства при подключении (с помощью ление которых выбирается равным "опротивлению терморезисторов в одной из точек диапазона измеряемых температур,а отклонение измеренного контрольного значения частоты от ее номинального значения, измеренного при градуировке, используется для коррекции (соответствующего сдвига) характеристики преобразования устройства. Уменьшение шунтирующего влияния входных цепей операционного усилителя на процессы в схеме обеспечивается применением усилителей с высоким входным сопротивлением,например типа 140УДВ. Экспериментальная проверка макетных образцов устройства показала возможность достижения линейности характеристики преобразования с погрешностью,не превышающей 0,01 С, . в диапазоне от -20 до 50 С (253323 К) . 1206628 2 ОК». lip +++1 г Од О Составитель В.Голубев Редактор И.Николайчук Техред Т.Дубинчак Корректор А.Обурчар ч Заказ 8700/42 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий Ъ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
