Цифровой измеритель температуры
Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений температуры при использовании терморезистивных термопреобразователей с линейной градуировочной характеристикой. Измеритель содержит источник тока 1, термометр сопротивления 2, включенный по четырехпроводной схеме, резисторы 3, 6-8, операционный усилитель 4 и аналого-цифровой преобразователь 5. Выходной сигнал измерителя пропорционален измеряемой температуре и не зависит от величины измерительного тока, проходящего через термометр сопротивления 2, а значит, и от стабильности источника тока 1. Схема измерителя позволяет осуществлять компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составляющих градуировочной характеристики термопреобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5J)5 С 01 К 7/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4390449/24-10 (22) 10.03.88 (46) 07,10,90.Бюл. № 37 (72) А,И.1Делканов (53) 536,53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1015256, кл, G 01 К 7/16, 1981, Авторское свидетельство СССР № 1191754, кл, С 01 К .7/16, 1983, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений температуры при использовании терморезистивных термопреобразователей с линейной градуиро" вочной характеристикой. Измеритель
„„Я0„„1597602 А 1
2 содержит источник 1 тока, термометр
2 сопротивления, включенный по четы ° рехпроводной схеме, резисторы 3 - 8, операционный усилитель 4 и аналогоцифровой преобразователь 5. Выходной сигнал измерителя пропорционален измеряемой температуре и не зависит от величины измерительного тока, проходящего через термометр 2 сопротивления, а значит, и от стабильности источника 1 тока, Схема измерителя позволяет осуществлять компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составляющих градуировочной характеристики термопреобразователя, 1 s ° п,ф-лы, 1 ил
159 7602
Изобретение относится к измерениям м те мпе р ат уры и давления, а именно к цифровым измерителям температуры и давления, работакщим совместно с термометрами сопротивления и мостовыми тензометрическими преобразователями, например, структуры кремний— с апфир, Цель изобретения - повышение точности измерений, На чертеже приведена принципиальная схема предложенного цифрового измерителя температуры, Измеритель содержит источник 1 то- )5 ка, датчик (термометр сопротивления)
2, второй токовый вывод которого соединен через переменный резистор 3 с выходом операционного .усилителя (ОУ)
4 и вторым входом опорного напряжения -U „ аналого-цифрового преобразователя (ЛЦП) 5. Последовательная цепь, состоящая из потенциометра
6, первого 7 и второго 8 образцовых резисторов, включена между шинами пи- 25 тания -Е „ и +E, Параллельно второму образцовому резистору 8 подключены управляющие входы источника 1 тока, Точка соединения потенциометра
6 и первого эталонного резистора 7 30 подсоединена к второму сигнальному входу -U к„АЦП 5, первый сигнальный вход которого +Uq„ соединен с первым потенциальным выводом датчика 2, Движок потенциометра 6 подключен к неинвертирующему входу ОУ 4, инвертирующий вход которого соединен с вторым потенциальным выводом датчика 2, Точка соединения второго токового вывода датчика 2 с переменным 40 резистором 3 подключена к первому входу опорного напряжения +Uo„ AÖÏ 5, Источник 1 тока реализует функцию линейного преобразования напряжения . на управляющих входах в выходной ток 45 и выполнен на операционном усилителе 9, выход которого соединен с затвором полевого транзистора 10, Инвертирующий вход ОУ 9 соединен с истоком полевого транзистора 10, а через резистор 11 — с первым управляющим входом источника, вторым управляющим входом является .неинвертирующий вход ОУ 9. Сток полевого транзистора
10 — выход источника 1 тока, 55
Цифровой измеритель температуры работает следующим образом, При подаче напряжения питания на клеммь1 +E и -E „на потенциальных выводах датчика 2 устанавливается напряжение, равíîе
1+Е!+1-Еп! КЗ
R1+R2+R3 R4 где R l, К2, КЗ, К4 — сопротивления потенциометра 6, образцовых резисторов 7 и 8 и резис" тора 11
К() — сопротивление датчика 2 при температуре 0 .
С учетом относительного положения движка o(потенциометра 6 напряжение U< на сигнальных входах AIJII 5
Вх определяется выражением
„В !+Еп! +1-En! .„1
R I+R2+R3 (2)
Напряжение на выводах переменного резистора 3 U0ä и, соответственно, на входах опорного напряжения АЦП 5, определяется величиной то ка, пит ающего датчик 2, умноженной на величину сопротивления переменного резистора 3, Выразив величину тока через напряжения шин питания и сопротивления резисторов и потенциометра мож— но записать выражение для опорного напряжения Б „ АЦП 5 .в следующем виде . !
+Е „! + -Eel КЗ
R1+К2+КЗ R4 где R5 — сопротивление переменного резистора 3 при определенном положении его движка, АЦП 5, в качестве которого может быть применен любой АЦП двухтактного интегрирования с дифференциальными
BYîöàìH или с устройствами выборкихранения, например микросхема аналого-цифрового преобразователя двух тактного интегрирования типа К572ПВ2, реализует выполнение операции деления величины напряжения на сигнальных входах на величину напряжения, поступакицего на входы опорного напряжения, С учетом этого для показаний цифрового измерителя температуры
N(0) имеет место выражение
1 К4 R I
11(8с R(e)
К5 (4) 02
6 пинают нулевые показания АЦП 5,. после чего датчик 2 помещают в кипящую во- ду и пер емеще ни е и движка пе р еменно го резистора 3 устанавливаются показания 100 0 Г
15976
К(В) = К,(1+ИВ), (5) 10 и(в) = р — — B
Re
R5 (7)
Анализ функции преобр азо вания (7) и функции преобразования известного измерителя по казы нает, что по грешность измерения предложенного измерителя определяется в основном разброУ 35 сом температурных коэффициентов сопротивления примененных резисторов и . составляет н варианте с медным термометром сопротивления, операционным усилителем 153УД5, АЦП 572ПВ2 и 4р резисторами С2-29Б около О, 1 С, Для того, чтобы известный измеритель имел подобные точностные параметры, необходимо использовать сложные термостабильные схемы источника тока и источника напряжения, цепи питания которых должны быть гальванически развязанными от источника питания АЦП, 50
Предположим, что аналитическое выражение для градуировочной характеристики датчика определяется выражением где R - сопротивление термопреобраэователя при 9 = 0 С;
7ь — температурный коэффициент.
Подставив (5) в (4), можно записать функцию преобразования цифрового измерителя температуры в следующем виде:
Rî R R4 R1
Д + К5 К5 КЗ (6) Пусть величины сопротивлений резисторов К1,R3, R4,RO удовлетворяют условию — — -о =R
R4. R1
Тогда выражение (6) примет вид:
Предложенная схема позволяет осуществлять комненсацшо технологического разброса аддитивной и мультипликативной составляющих градуировочной характеристики для конкретно примененного датчика. Для этого датчик температуры помещают н двухфазную систему вода — лед и путем перемещения движка потенциометра б устанав--.
Формул а изобретения
1, Цифровой измеритель температуры, содержащий анало ro-цифровой преобразователь, источник тока, выход которого подключен к первому токо; ному выводу термометра сопротивления, второй токовый вывод котброго соединен с первым выводом переменного резистора, последовательно соединенные первый образцовый резистор и .потенциометр, первый крайний вывод которого подключен к шине питания, а точка соединения второго крайнего вывода потенциометра и первого вывода первого образцового резистора соединена с одним сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя, другой сигнальный вход которого подключен к первому потенциальному выводу термометра сопротивления, отличающийся тем,что,с целью повышения точности измерения температуры, в него введены второй образцовый резистор, включенный между второй шиной питания и вторым выводом первого образцового резистора, и операционный усилитель, выход которо го соединен с вторым вынодом пе-ременного резистора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с движком потенциометра, а его инвертирующий вход - с вторым потенциальным выводом термометра сопротивления, к управляющим входам источника тока, выполненного р егулируемым подключен второй образцовый Резистор э а входы опорного напряжения аналогоцифроноro преобразователя соединены с выводами переменного резистора.
2. Измеритель по п, 1, о т л ич а ю шийся тем, что источник тока выполнен по схеме преобразователя напряжение-ток на втором опер ационном усилителе, постоянном резисторе и поленом транзисторе, затвор которого соединен с ° выходо м второ го о пер ационно го усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго образцового резистора, второй вывод которого соединен че1 597602
Составитель В, Голубев
Редактор А,Козориз Техред M.Ходанич Корректор С.Иевкун
Заказ 3043 Тираж 507 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 рез постоянный резистор с инверти" рукщим входом второго операционного усилителя и истоком полевого тран" зистора, сток которого соединен с первым токовым выводом термометра сопротивления,
