Устройство для измерения температуры

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

O l1 И С А Н И Е ()958875

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.12.80 (21) 3249381/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 01 К 7/22

Гееудерстееиинй иенитет

СССР

Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.82 (53) УДК 536.53 (088.8) по делан иэееретеиий и OTNpbtTHH (72) Авторы изобретения

А. С. Баран, А. К. Баринов, Б. С. Голубь и Л. P. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к тем пературнь!м измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный логарифмирующий диод.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее транзисторный термочувствительный элемент, включенный в мостовую измерительную схему (1) .

Недостатком устройства является большой разброс напряжений на прямосмещенном эмиттерном переходе у различных экземпляров транзисторов, что ограничивает их взаимозаменяемость и приводит к низкой точности измерения даже при индивидуальной разбраковке на группы с близкими параметрами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее два источника тока с аналоговыми ключами и термочуввительный полупроводниковый диод, подюченный к логарифматору, вход которо2 го через аналоговые ключи соединен с источниками тока (2) .

Недостатком устройства является то, что часть напряжения выходного сигнала определяется объемным сопротивлением диода, разброс которого значителен у различных экземпляров даже однотипных диодов.

Это снижает точность измерения и ограничивает взаимозаменяемость термочувствительных диодов.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены реверсивный интегратор, задатчик временных интервалов, компаратор, третий источник тока с аналоговым ключом, источник опорного напряжения и аналоговый переключатель, соединенный с измерительным входом интегратора, выход которого через компаратор подключен к входу задатчика временных интервалов, первые три выхода которого соединены с входами управления соответствующих ключей, четвертый — с входом управления переключателя, а пятый — с входом управления интегратора, при этом третий ис958875 точник тока через аналоговый ключ подключен к входу логарифматора, а источник опорного напряжения — к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходом логарифматора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения температуры; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство для измерения температуры содержит источники тока !, 2 и 3, аналоговые ключи 4, 5 и 6, логарифматор 7 с термочувствительным логарифмирующим диодом 8, реверсивный интегратор 9, задатчик временных интервалов 10, источник опорного напряжения 11, аналоговый переключатель 12 и компаратор 13. Источники тока 1, 2 и 3 через аналоговые ключи 4, 5 и 6 подключены к логарифматору тока 7, в цепь которого включен диод 8. К интегратору 9 через переключатель 12 может быть подключен либо выход логарифматора 7, либо источник опорного напряжения 11.

Выход интегратора 9 соединен со входом компаратора 13, выход которого подключен к входу задатчика 10, первые три выхода задатчика управляют ключами 4, 5 и 6, четвертый выход управляет переключателем 12, а пятый — интегратором 9. Выходной сигнал устройства для измерения температуры снимается с выхода задатчика временных интервалов 10.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

В момент времени, предшествующий начальному, произведен сброс интегратора 9, а ключи 4, 5 и 6 разомкнуты. В начальный момент времени от задатчика 10 поступают сигналы на замыкание ключа 4 и перевод интегратора 9 в режим прямого интегрирования. Ток I! от источника тока

1 поступает на вход логарифматора тока 7.

При прохождении тока через диод 8 на нем возникает напряжение -)= ч 81" + о1! где К вЂ” постоянная Больцмана;

q — элементарный заряд;

8 в абсолютная температура;

I — характеристический ток диода;

Ro — объемное сопротивление диода.

Это напряжение подается с выхода логарифматора 7 на интегратор 9, на котором оно интегрируется в течение интервала времени T. К концу этого интервала напряжение на интеграторе равно

Ц 4 (01п — -+ R,I ) где Т вЂ” постоянная времени интегратора.

В момент времени t= от задатчика 10 поступает сигнал на выключение ключа 4 и включение ключа 5. На вход логарифматора тока 7 поступает ток I от источника тока 2. Возникшее на выходе логарифмато5 !

0 !

Зо

55 ра 7 напряжение Uz интегрируется в течение интервала времени от момента t = T. до момента t=2T. К моменту времени 27. на интеграторе напряжение равно иг = (< 61п г. + о(1!+1г) )+

В момент времен!! t = 2 Y. по сигналам от задатчика 10 происходит размыкание ключа 5, замыкание ключа 6 и реверс — переключение направления интегрирования реверсивного интегратора 9. На вход логарифматора 7 от источника 3 поступает ток

1 . Возникшее на выходе логарифматора напряжение Ug интегрируется интегратором

9 в течение интервала времени 2 от момента времени t =27. до момента t=4 i.

К концу этого интервала напряжение на реверсивном интеграторе 9 равно 4з = (!1п — г-+ о (1! + 1г — 21з) ) т (1)

Из выражения з(1) видно, что если выполняется условие

1,+I,— 21,=0, (2) то выходное йапряжение устройства (3) прямо пропорционально абсолютной температуре диода и не зависит от его конкретного объемного сопротивления.

В момент времени t =4 L. по сигналу от задатчика 10 переключатель 12 подключает вход интегратора к источнику опорного напряжения 11, на выходе задатчика 10, являющемся выходом устройства, появляется сигнал логической «1». При этом напряж: ние на выходе интегратора уменьшается до нуля за интервал времени Ы, который можно определить из равенства

У вЂ” ф- Ы=О (4) где U — опорное напряжение.

Через интервал времени, определяемый равенством, на выходе компаратора 13 формируется импульс, который инициирует начало нового цикла времени, а на выходе задатчика 10, являющемся выходом устройства, появляется сигнал логического нуля.

Из сопоставления выражений (1) и (4) с учетом (2) можно определить связь выходного интервала времени с температурой

Д1 = . 81ПЛФ

Ч о

Выходной сигнал в виде интервала времени Д t прямо пропорционален абсолютной температуре и не зависит от объемного сопротивления термочувствительного диода и от параметров времени интегрирования реверсивного интегратора.

В случае необходимости амплитудное значение выходного напряжения реверсивного интегратора, определяемое выражением (3), может быть использовано для индикации температуры.

В предлагаемом устройстве достигнута высокая точность измерения температуры, что в сочетании с временным выходом позволяет использовать его в цифровых контрольно-измерительных приборах.

958875

Формула изобретения

Фит.2

Составитель В. Баздырев

Редактор Н. Киштулинец Техред А. Бойкас Корректор М. Коста

Заказ 6770/55 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для измерения температуры, .содержащее два источника тока с аналоговыми ключами и термочувствительный полупроводниковый диод, подключенный к логарифматору, вход которого через аналоговые ключи соединен с источниками тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены реверсивный интегратор, задатчик временных интервалов, компаратор, третий источник тока с аналоговым ключом, источник опорного напряжения и аналоговый переключатель, соединенный с измерительным входом интегратора, выход которого через компаратор подключен к входу задатчика временных интервалов, первые три выхода которого соединены с входами управления соответствующих ключей, четвертый — с входом управления переключателя, а пятый — с входом управления интегратора, при этом третий источник тока через аналоговый ключ подключен к входу логарифматора, а источник опорного напряжения — к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходом логарифматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 361398, кл. G 01 К 7/22, 12.03.71.

2. Патент США № 3812717, кл. G 01 К 7/24, опублик. 28.05.74 (прототип) .