Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2451913

(19)

RU

(11)

2451913

(13)

C1

(51) МПК G01K7/22 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010153002/28, 23.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

23.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 23.12.2010

(45) Опубликовано: 27.05.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2255313 C1, 27.06.2005. RU 150 U1, 25.11.1994. SU 1068737 A1, 23.01.1984. EP 773437 В1, 12.05.2004. JP 2010043900 А, 25.02.2010.

Адрес для переписки:

392000, г.Тамбов, ул.Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Фесенко Александр Иванович (RU),

Ищук Игорь Николаевич (RU),

Набатов Константин Александрович (RU),

Хохлов Дмитрий Юрьевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Реферат:

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, в частности к термометрии. Заявлено устройство для измерения температуры, в которое дополнительно введены аналоговый перемножитель и третий постоянный резистор, что позволило произвести операцию логарифмирования сигнала от терморезистора и реализовать операцию деления. В результате выполнения данных преобразований на выходе устройства сигнал имеет прямую зависимость от температуры. Технический результат: повышение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерений. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, и в частности к термометрии.

Известно устройство, в котором линеаризация выходного напряжения достигается за счет способа суммирования характеристик термистора и позистора. Это устройство имеет значительные недостатки, связанные со сложностью подбора термистора и позистора по характеристикам, выбором величины сопротивления потенциометра для обеспечения требуемой величины нелинейности температурной характеристики датчика, а также со снижением чувствительности датчика с повышением линейности преобразования (а.с. СССР 369430, кл. G01K 7/22, бюл. 10 от 08.11.1973).

Известно также устройство для измерения температуры (патент RU 2255313, кл. G01K 7/22), принятое за прототип, содержащее источник опорного напряжения, один канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя первый операционный усилитель, первый терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления, постоянный резистор и два подстроечных резистора, а также другой канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя второй операционный усилитель, идентичный первому, второй терморезистор, постоянный резистор и два подстроечных резистора, причем неинвертирующие входы операционных усилителей через постоянные резисторы подключены к выходу источника опорного напряжения, а через подстроечные резисторы - к общей шине, выход первого операционного усилителя через первый терморезистор соединен со своим инвертирующим входом, который через подстроечный резистор подключен к выходу источника опорного напряжения, выход второго операционного усилителя через подстроечный резистор со своим инвертирующим входом, который через второй терморезистор подключен к выходу источника опорного напряжения, выходы операционных усилителей соединены с входами алгебраического сумматора, выход которого является выходом устройства, при этом терморезисторы закрепляют таким образом, что расстояние между их термочувствительными элементами было минимальным.

Недостатком прототипа является необходимость использования двух терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления для измерения температуры в одной точке.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является измерение одним терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления температуры в одной точке при линейной характеристике преобразования.

Предлагаемое устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, два операционных усилителя, инвертирующий вход одного из них через терморезистор подключен к выходу источника опорного напряжения, а также два постоянных резистора, один из которых первым выводом соединен с суммирующим входом второго операционного усилителя, дополнительно снабжено полупроводниковым диодом, катодом, подключенным к выходу первого операционного усилителя, а анодом к инвертирующему входу этого же усилителя, суммирующий вход которого связан с общей шиной, а выход соединен со вторым входом интегрального аналогового перемножителя, первый вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй постоянный резистор соединен с выходом второго дополнительно введенного источника опорного напряжения, при этом второй вывод первого постоянного резистора связан с общей шиной, а дополнительно введенный третий постоянный резистор подключен между выходом интегрального аналогового перемножителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя. Аналоговый перемножитель может быть выполнен на интегральных микросхемах 525ПС1 и 525ПС2.

На фигуре представлена схема устройства для измерения температуры.

Устройство для измерения температуры содержит полупроводниковый терморезистор 1, которой второй клеммой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 2 и через последовательно соединенный полупроводниковый диод 3 связан с выходом усилителя 2, суммирующий вход которого подключен к общей шине, а выход при этом соединен со вторым входом интегрального аналогового перемножителя 4, первый вход которого связан с выходом операционного усилителя 5 и выходом устройства, при этом выход перемножителя 4 через последовательно соединенный резистор 6 соединен с инвертирующим входом усилителя 5, а суммирующий вход усилителя 5 через резистор 8 связан с общей шиной, при этом терморезистор 1 первой клеммой подключен к источнику 9 опорного напряжения U 1 , а инвертирующий вход усилителя 5 через последовательно соединенный резистор 7 подключен к источнику 10 опорного напряжения U 2 .

Назначение элементов 1-10 понятно из их названий.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

Измеряемая температура Т преобразуется терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления 1 в изменение его сопротивления по следующему закону (например, терморезисторы СТ1-18 и СТ1-19):

где А, В - постоянные;

Т - измеряемая температура [K].

Выходное напряжение логарифмирующего усилителя 2 зависит от R T :

Где k - постоянная Больцмана; е - заряд электрона; I обр - обратный ток диода 3; U 1 - источник первого опорного напряжения; Т' - температура диода 3.

При этом - тепловой потенциал (при Т'=300 K, T =0,026 В).

Выходное напряжение операционного усилителя 2 (на основании (1)) описывается выражением:

Устанавливая опорное напряжение U 1 , например, с помощью потенциометра (условно не показано) равным U 1 =AI обр , получим:

Напряжение поступает на второй вход интегрального аналогового перемножителя 4, выход которого подключен через резистор 6 к инвертирующему входу усилителя 5. При масштабном коэффициенте K 1 =-R 1 /R 2 выходное напряжение усилителя 5:

;

Устанавливая опорное напряжение U 2 , например, с помощью потенциометра (условно не показано) равным U 2 =В T , получим выходное напряжение, линейно зависящее от измеряемой температуры:

где с=10 n , n - коэффициент размерности (целое число).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет производить измерение одним терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления температуры в одной точке при линейной характеристике преобразования и возможности взаимозаменяемости полупроводниковых терморезисторов.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее первый источник опорного напряжения, первый и второй постоянные резисторы, первый и второй операционные усилители, инвертирующий вход первого операционного усилителя через терморезистор, являющийся входом устройства, подключен к выходу первого источника опорного напряжения, при этом первый постоянный резистор первым выводом соединен с суммирующим входом второго операционного усилителя, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым источником опорного напряжения и интегральным аналоговым перемножителем, третьим постоянным резистором, полупроводниковым диодом, катодом подключенным к выходу первого операционного усилителя, а анодом - к инвертирующему входу этого же усилителя, суммирующий вход которого связан с общей шиной, а выход соединен со вторым входом интегрального аналогового перемножителя, первый вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй постоянный резистор соединен с выходом второго дополнительно введенного источника опорного напряжения, при этом второй вывод первого постоянного резистора связан с общей шиной, а дополнительно введенный третий постоянный резистор подключен между выходом интегрального аналогового перемножителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя, являющегося выходом устройства.

РИСУНКИ