Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Реферат

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.