Устройство для измерения температуры

 

Союз Советскик

Социапистическик Республик

OllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (183235? (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 18 ° 06.79 (21) 2801940/18-10 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 23.05.81 ° Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 25.05.81 (5I)M. Кл:

G 01 К 11/24

Йкударетввемй камитет

СССР ио двлам взабретеннк и еткрытнй (53) УДК 536.53 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. Н. Меркурьев, И. И. Кривоносо Ас танян

r.

Р (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии, а именно к ультразвуковым термометрам.

Известно. устройство для измерения температуры, содержащее датчик темЭ пературы, снабженньпЪ возбудителем и приемником,, источник питания, схему измерения jl).

Однако это устройство не обладает требуемой точностью измерения из-за

10 погрешности, возникающей при определении времени задержки ультразвукового импульса.

Наиболее близким к иэобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры с возбудителем и приемником, источники питания, операционные усилители., биполярные и полевые транзисторы, З1 емкости и резисторы (2).

Однако известное устройство не. обладает требуемой точностью измерения -из-за нелинейности зависимости выходного напряжения от измеряемой температуры.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены операционные усилители, светодиод, фоторезистор, биполярные транзисторы и сдвоенный полевой транзистор, причем возбудитель датчика соединен с затвором первого полевого транзистора, подключенного стоком к одному из контактов первой емкости, коллектору первого транзистора и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого закорочен с его выходом H соединен . с истоком второго полевого транзистора, затвор которого соединен с приемником датчика, а сток подключен .к первому контакту второй. емкости и неинвертирующему входу второгЬ операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму

832357

25 резистору, инвертирующему входу третьего операционного усилителя и катоду светодиода, связанному анодом электрически с выходом второго операционного усилителя и оптически 5 связанному с фоторезистором, подключенным одним контактом к инвертирующему входу и выходу третьего операционного усилителя, а вторым контактом — к неинвертирующему входу чет- 1О верного операционного усилителя и первому стоку сдвоенного полевого транзистора, вторым стоком связанноro с одной выходной клеммой и коллектором второго транзистора, а затвором связанного с выходом четвертого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с третьим резистором и коллектором третьего транзистора, база которого связана с четвертым резистором, одним электродом стабилитрона и базой второго транзистора, эмиттер которого соединен через пятый резистор, а эмиттер третьего транзистора — через шестой резистор со вторым электродом стабилитрона, и через седьмой резистор — с эмиттером первого транзистора, база которого подключена к базам второго и третьего транзисторов, при этом, втоЗО рой выходной клеммой устройства служит общая шина, к которой подключены исток первого полевого транзистора, истоки сдвоенного полевого транзистора1 вторые контакты первой и второй емкостей и вторые контакты второго, третье- З5

ro и четвертого резисторов.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит возбудитель 1 датчика температуры, полевой транзистор 2, конденсатор 3, транзистор 4, резистор 5, усилитель 6, полевой транзистор 7, приемник 8 датчика температуры, конденсатор 9, усилитель 10, светодиод 11, резистор 12, усилитель

13, фоторезистор 14, сдвоенный полевой транзистор 15, операционный усилитель 16, выходную клемму 17, транзистор 18, резистор 19, транзистор 20, резистор 21, стабилитрон 22, резисторы 5О

23 и 24, источники 25 и 26 питания.

Устройство работает следующим образом.

При подаче зондирующего импульса с возбудителя 1 конденсатор 3 разря- 55 жается полевым транзистором 2. После окончания действия этого импульса напряжение на конденеаторе 3 линейно нарастает по закону U--3(c 4 Ток 3 вырабатываемый транзистором 4, определяется напряжением на стабилитроне

22 и сопротивлением резистора 5.

Буферный усилитель 6 обеспечивает линейность нарастания напряжения на конденсаторе 3. При появлении на выходе приемника 8 датчика импульса, задержанного во времени по отношению к зопдирующему импульсу за счет прохождения ультразвуковой волны в исследуемой среде, открывается на время действия этого импульса полевой транзистор 7 и конденсатор 9 заряжается до напряжения U(t), пропорционально времени t. Это напряжение благодаря усилителю 1О остается практически постоянным в период времени между импульсами с приемника 8.

Интенсивность излучения светодио— да ll прямо пропорциональна току, протекающему через него, определяется напряжением U(«) и величиной сопротив— ления резистора 12. При этом проводимость G фоторезистора 14 также пропорциональна U(t). Приложенное к фо— торезистору напряжение U(t) через операционный усилитель 13 вызывает протекание через него тока I =G U(t)-U (t), который протекая через один

2 из каналов сдвоенного полевого тран— зистора 15, образует падение напряжения U =JR, где R — сопротивление канала. Причем операционный усилитель

16 автоматически поддерживает это напряжение постоянным благодаря управлению сдвоенного полевого транзистора 15 таким образом, что напряжение на стоке первого канала равно падению напряжениями на резисторе 24, питаемого источником тока, выполненного на элементах 20-23. Через второй канал сдвоенного полевого транзистора 15 проходит ток 1 источника тока, выполненного на элементах 18,19, 22 и

23, причем сопротивление обоих каналов одинаково. Вследствие этого, падение напряжения на канале И. =U „3С/31. алых оп ос

Таким образом, напряжение на выхоре схемы U

Скорость распространения звука в газовой среде пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры среды. При фиксированном расстоянии между возбудителем 1 и приемником 8 датчика время прохождения ульт- развуковрго сигнала t= — Таким образом, 1 выходное напряжение пропорционально измеряемой температуре устройства

357

Формула изобретения

5 832

ОЕь -1/й Т, что способствует повышению точности измерения.

Кроме того, предлагаемое устройство технологично, позволяет упростить процесс определения температуры, просто реализуется, в нем повышаются метрологические качества, улучшаются эксплуатационные свойства, упрощается процесс расшифрования экспериментальных данных. Представляется возмож- 10 ность при использовании ЭВМ обеспечить минимальную загрузку памяти, так как градуировочная характеристика предлагаемого ультразвукового термометра описывается полиномом первой степени. !5

Устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры с возбудителем и приемником, источники ро питания, операционные усилители, биполярные и полевые транзисторы, резисторы и емкости, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство дополнительно 2S введены два операционных усилителя, светодиод фоторезистор,два биполярных транзистора и сдвоенный полевой транзистор, причем возбудитель датчика соединен с затвором полевого транзистора, под- щ ключенного стоком к одному из контактов первой емкости, коллектору транзистора и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого закорочен с его выходом и соединен с истоком второго полевого транзистора, затвор которого соединен с приемником датчика, а сток подключен к контакту второй емкости и неинвертирующему входу второго опе- 4 рационного усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму резистору, инвертирующему входу третьего операционного усилителя и катоду светодиода, соединенному анодом с выходом второго операционного усилителя и оптически связанному с фоторезистором, подключенным одним контактом к инвертирующему входу и выходу третьего операционного усилителя, а вторым контактом — к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя и первому стоку сдвоенного полевого транзистора, вторым стоком соединенного . с одной выходной клеммой и коллектором второго транзистора, а затвором связанного с выходом четвертого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с третьим резистором и коллектором третьего транзистора, база которого соединена с четвертым резистором, одним электродом стабилитрона и базой второго транзистора, эмиттер которого подключен через пятый резистор, а эмиттер третьего транзистора — через шестой резистор со вторым электродом стабилитрона, и через седьмой резистор — с эмиттером первого транзистора, база которого подключена к базам второго и третьего транзисторов, при этом второй выходной клеммой устройства служит общая шина, к которой подключены исток первого транзистора, истоки сдвоенного полевого транзистора, вторые контакты первой и второй емкостей и вторые контакты второго третьего и четвертого резисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Научные труды высших учебных заведений Литовской CCP Ультразвук.

1976, N - 8, с. 81-85.

2. Nauerrwnn Ф. UCtrascba_#_- Messuhg

schheEE чегаМегR coer castempemturen.

"цес1гонЖ 197, Н,S, >, 69-Т2 (пРототип)