Устройство для измерения температуры

Авторы патента:

G01K7/16 - с использованием резистивных термоэлементов (резисторы как таковые H01C,H01L)

Владельцы патента RU 2447412:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрической системе и системе терморегулирования космических аппаратов. Заявлено устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС) и задающий резистор (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), шесть электронных ключей (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), три усилителя. Дополнительно в устройство введен RC-фильтр. ЭК разбиты на три группы ЭК по два ЭК в каждой группе. В устройство также введен запоминающий конденсатор, который одним выводом подключен к объединенным между собой выходам ЭК второй группы ЭК, а другим - к входу первого усилителя. Технический результат: повышение помехоустойчивости устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрической системе и системе терморегулирования космических аппаратов.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, образцовые резисторы, переключатели, дифференциальный сумматор, схему линеаризации, источник тока, повторитель напряжения, блок управления, селекторы, источник опорного напряжения (авт. свид. СССР №1154553).

Однако это устройство для измерения температуры недостаточно надежно, так как содержит большое количество элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, вычитающий усилитель, усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, генератор прямоугольных импульсов, стабилизатор тока, ключи и компенсационный резистор, который по сути является задающим резистором, определяющим начальную точку измерительного температурного (авт. свид. СССР №717566), которое выбрано в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются недостаточно высокие помехоустойчивость, т.к. усилитель переменного тока усиливает помехи, и надежность из-за большого количества элементов, в первую очередь связанная с тем, что в нем применен источник стабильного тока, гальванически не связанный с шинами питания устройства, что требует применения дополнительного вторичного источника питания и, как следствие, увеличивает количество элементов и габариты устройства минимум в два раза.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение помехоустойчивости и надежности при сохранении точностных параметров прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС), задающий резистор (ЗР), генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), три усилителя, дополнительно введены два ЭК и RC-фильтр; ЭК разбиты на три группы ЭК по два ЭК в каждой группе - первый и второй, входы управления первых ЭК всех групп ЭК подключены к прямому выходу ГПИ, а входы управления вторых ЭК всех групп ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ, ГСТ включен между общей шиной устройства и входами ЭК первой группы ЭК, выход первого ЭК первой группы соединен с входом первого ЭК второй группы и ТС, выход второго ЭК первой группы ЭК соединен с входом второго ЭК второй группы ЭК и ЗР, введен запоминающий конденсатор, который одним выводом подключен к объединенным между собой выходам ЭК второй группы ЭК, а другим - к входу первого усилителя на операционном усилителе (ОУ), включенному по схеме повторителя, выход первого усилителя подключен к входу второго усилителя на ОУ, включенному по схеме инвертирующего усилителя, выход второго усилителя подключен к объединенным между собой входам ЭК третьей группы, выход первого ЭК третьей группы ЭК подключен к входу первого усилителя, выход второго ЭК третьей группы ЭК подключен к входу RC-фильтра, выход RC-фильтра подключен к входу третьего усилителя на ОУ, включенному по схеме повторителя, выход третьего усилителя подключен к выходу устройства.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения температуры.

Устройство для измерения температуры содержит: термометр сопротивления ТС (1); задающий резистор ЗР (2), который определяет начальную точку измерительного диапазона; три группы электронных ключей ЭК (3), (4) и (5): в каждой группе два ЭК - первый А и второй В (на фиг.1 для наглядности они изображены как контакты реле); генератор прямоугольных импульсов ГПИ (6), прямой выход которого подключен ко входам управления А всех групп ЭК, а инверсный - ко входам управления В всех групп ЭК (на фиг.1 для упрощения рисунка выходы ГПИ показаны условно одной пунктирной линией); генератор стабильного тока ГСТ (7), который включен между общей шиной устройства и объединенными входами ЭК первой группы (3); выход ЭК ЗА соединен с входом ЭК 4А и первым выводом ТС1, второй вывод ТС1 соединен с общей шиной; выход ЭК 3В соединен с входом ЭК 4В и с первым выводом ЗР (2), второй вывод ЗР (2) соединен с общей шиной; выходы ЭК 4А и 4В объединены и подключены через запоминающий конденсатор (8) к входу усилителя на операционном усилителе ОУ (9), включенному по схеме повторителя напряжения; выход усилителя на ОУ (9) подключен к входу усилителя на ОУ (10), включенному по схеме инвертирующего усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, определяющим верхнюю точку измерительного температурного диапазона; выход усилителя на ОУ (10) подключен к входам ЭК 5А и 5В; выход ЭК 5А подключен к входу усилителя на ОУ (9); выход ЭК 5В подключен к входу RC-фильтра (11); выход RC-фильтра (11) подключен к входу усилителя на ОУ (12), включенному по схеме повторителя; выход усилителя на ОУ (12) является выходом устройства.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом: при подаче питания ГПИ (6) выдает импульс на открытие ЭК А во всех группах ЭК (3), (4), (5); при этом на ТС (1) относительно общей шины создается падение напряжения от протекания тока от ГСТ (7), равное:

U_TC1=I_ГCT·R_TC1,

где U_TC1 - падение напряжения на ТС (1);

I_ГCT - ток ГСТ (7);

R_TC1 - сопротивление ТС.

Падение напряжения U_TC1 через открытый ЭК 4А прикладывается к обкладке, соединенной с выходом ЭК 4А запоминающего конденсатора (8); на другой обкладке конденсатора (8), которая соединена с входом ОУ (9) и выходом ЭК 5А за счет обратной связи поддерживается потенциал, близкий к нулю и приблизительно равный сумме напряжений смещения ОУ (9) и ОУ (10), т.е. (U_CM9+U_CM10) и, таким образом конденсатор (8) зарядится до U_C8=(U_TC1-U_CM9-U_CM10).

При переключении ГПИ (6) в противоположное состояние ЭК А закрываются, а ЭК В во всех группах ЭК открываются, при этом ток от ГСТ (7) создает на ЗР (2) падение напряжения, равное U_ЗР2=(I_ГCT·R_ЗР2), которое прикладывается через заряженный конденсатор (8) к входу усилителя на ОУ (9) и ОУ (10) и будет равно:

ΔU_вх=U_ЗP2-U_СM9-U_СМ10-(U_TC1-U_СM9-U_CM10)=U_ЗP2-U_TC1=I_ГТС·(R_ЗP2-R_TC1).

Усилитель на ОУ (9) и ОУ (10) инвертирует напряжение ΔU_вх и усилит его в k-раз, это напряжение через ЭК 5В поступит на вход RC-фильтра (11), а с его выхода через повторитель напряжения на ОУ (12) на выход устройства.

При переключении ГПИ (6) процессы повторяются.

Предложенное устройство проще, так как содержит меньше элементов и, следовательно, его надежность выше, помехоустойчивость устройства повышена за счет введения RC-фильтра (11), точность устройства обеспечивается введением запоминающего конденсатора (8), на котором приведенное к входу эквивалентное напряжение смещения усилителя на ОУ (9) и ОУ (10) складывается с разными знаками, т.е. происходит компенсация.

Было изготовлено 30 опытных устройств, все они отличались хорошей повторяемостью, точностью и линейностью не хуже 0,5%. Опытные образцы устройства были собраны на микросхемах 140УД17А, 544УД1А, 564КТ3В, резисторах - С2-29В.

Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС) и задающий резистор (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), три усилителя, отличающееся тем, что дополнительно введены два ЭК, RC-фильтр, ЭК разбиты на три группы ЭК по два ЭК в каждой группе - первый и второй, входы управления первых ЭК всех групп ЭК подключены к прямому выходу ГПИ, а входы управления вторых ЭК всех групп ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ, ГСТ включен между общей шиной устройства и входами ЭК первой группы ЭК, выход первого ЭК первой группы соединен с входом первого ЭК второй группы и ТС, выход второго ЭК первой группы ЭК соединен с входом второго ЭК второй группы ЭК и ЗР, введен запоминающий конденсатор, который одним выводом подключен к объединенным между собой выходам ЭК второй группы ЭК, а другим - к входу первого усилителя на операционном усилителе (ОУ), включенному по схеме повторителя, выход первого ОУ подключен к входу второго усилителя на ОУ, включенному по схеме инвертирующего усилителя, выход второго усилителя подключен к объединенным между собой входам ЭК третьей группы, выход первого ЭК третьей группы ЭК подключен к входу первого усилителя, выход второго ЭК третьей группы ЭК подключен к входу RC-фильтра, выход RC-фильтра подключен к входу третьего усилителя на ОУ, включенному по схеме повторителя, выход третьего усилителя подключен к выходу устройства.

Похожие патенты:

Резистивный термометр // 2426975

Изобретение относится к резистивному термометру, состоящему из множества компонентов, по меньшей мере, включающему: по меньшей мере, одну подложку (1), состоящую, в основном, из материала, коэффициент теплового расширения которого, в основном, выше 10.5 ppm/K; по меньшей мере, один резистивный элемент (4), расположенный на подложке (1); и, по меньшей мере, один электроизолирующий разделительный слой (2), расположенный, в основном, между резистивным элементом (4) и подложкой (1).

Устройство измерения разности температуры c терморезистивными датчиками // 2405131

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах сбора данных в технологических устройствах, а также в медицинской практике. .

Термометр сопротивления // 2404413

Изобретение относится к термометру сопротивления с по меньшей мере одним, зависящим от температуры электрическим элементом (1) сопротивления, который имеет по меньшей мере два соединительных контакта (8), основу (3), на которой элемент сопротивления имеет возможность закрепления таким образом, что он имеет возможность вхождения в хороший термический контакт с предметом, температура которого должна быть измерена, и с электрическими подводящими проводами (2, 5), которые предусмотрены для соединений электрических соединительных контактов (8) элемента сопротивления с измерительным прибором.

Устройство для измерения скорости движения и температуры потоков флюидов // 2395684

Изобретение относится к устройствам для измерения скорости движения потоков флюидов и может быть использовано в трубопроводном транспорте, а также при проведении геофизических и газодинамических исследований скважин.

Способ определения температуры и деформации детали // 2393425

Изобретение относится к способам определения термофизических величин и может быть использовано для определения температуры и деформации детали при их одновременном воздействии на деталь.

Устройство для измерения температуры теплоносителя // 2373502

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры движущейся среды - теплоносителя, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической, пищевой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве для измерения температуры среды, находящейся в трубопроводах, независимо от диаметра трубы.

Измеритель температуры, являющийся эквивалентом образцового резистора, и способ, реализуемый в нем // 2372592

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для создания устройств точного измерения температуры в различных областях и для построения эквивалента точного образцового резистора в измерительных цепях.

Цифровой измеритель температуры // 2365884

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля и измерения параметров теплового поля на заданной поверхности, возникающего в результате воздействия на окружающую среду распределенного источника воспламенения.

Способ и устройство измерения температуры // 2358245

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры жидких и газообразных сред. .

Схема измерения сопротивления датчика с гальванической развязкой // 2350003

Термокоса // 2448335

Изобретение относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначено для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначено для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов

Устройство для измерения температуры теплоносителя и беспроводной измеритель температуры // 2450250

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры как движущейся среды-теплоносителя в трубопроводах, так и для измерения температуры любой окружающей среды, например воздуха

Преобразователь температуры // 2461804

Устройство диагностики состояния фланцевой защитной гильзы термопреобразователя // 2467295

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности, в термометрии, особенно в быстротечных технологических процессах, и там, где можно быстро отреагировать на возможную разгерметизацию защитных гильз термопреобразователей путем измерения давления

Способ измерения температуры термопарами, измерительная информационная система для его осуществления и температурный переходник // 2475712

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства // 2476835

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства // 2476836

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов

Устройство для измерения температуры // 2492436

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов

Датчик температуры // 2492437

Изобретение относится к области термометрии может быть использовано для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях

Устройство для определения температуры сахаросодержащих корнеплодов // 2493545

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного определения температуры сахаросодержащих корнеплодов на двух различных глубинах обрабатываемого материала в процессе инфракрасной сушки. Аналоговые микроамперметры выполнены в виде двух карманных цифровых мультиметров. При этом устройство дополнительно снабжено предохранителем, двумя понижающими трансформаторами, четырьмя однофазными выпрямителями, двумя интегральными стабилизаторами напряжения, двумя операционными усилителями сигнала, шестью резисторами и восемью конденсаторами. Предохранитель установлен на входе цепи, трансформаторы скоммутированы с выпрямителями, выпрямители выполнены с возможностью взаимодействия со стабилизаторами напряжения и мультиметрами, а стабилизаторы напряжения с возможностью взаимодействия с микротерморезисторами и с усилителями, соединенными с мультиметрами, а также с резисторами, конденсаторами и диодами. Технический результат: повышение точности измерения температуры сахаросодержащих корнеплодов. 1 ил.