RU2255313C1 - Способ измерения температуры и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ измерения температуры и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2255313C1 RU2255313C1 RU2004109288/28A RU2004109288A RU2255313C1 RU 2255313 C1 RU2255313 C1 RU 2255313C1 RU 2004109288/28 A RU2004109288/28 A RU 2004109288/28A RU 2004109288 A RU2004109288 A RU 2004109288A RU 2255313 C1 RU2255313 C1 RU 2255313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- output
- voltage
- channel
- thermistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электрическим схемам включения с терморезистором, имеющим отрицательный температурный коэффициент. Способ включает преобразование температуры в напряжение с прямой и обратной температурными характеристиками. После чего получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре. Устройство содержит источник опорного напряжения, два канала преобразования температуры в напряжение и алгебраический сумматор. Изобретение направлено на повышение точности измерения температуры за счет повышения линейности характеристики преобразования при обеспечении возможности взаимозаменяемости термочувствительных элементов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электрическим схемам включения с сопротивлением (терморезистором), имеющим отрицательный температурный коэффициент, для линеаризации и униформирования шкал в приборах для измерения температуры.
Известен способ измерения температуры, реализованный в устройстве [1], основанный на суммировании характеристик термистора и позистора. Этот способ отличается значительными неудобствами, связанными с подбором термистора и позистора по характеристикам, выбором величины сопротивления потенциометра для обеспечения требуемой нелинейности температурной характеристики датчика, а также снижением чувствительности датчика с повышением линейности.
Известен способ измерения температуры, реализованный в устройстве [2], основанный на формировании импульсов частоты, обратно пропорциональной разности коэффициентов двух терморезисторов. Метод имеет существенные функциональные ограничения, связанные с тем, что при равенстве коэффициентов термочувствительности термисторов значение выходной частоты стремится к бесконечности.
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения температуры, реализованный в устройстве [3], основанный на использовании моста Уинстона с формированием разности напряжения питания и сигнала с выхода моста. Указанный метод имеет недостатки, связанные с взаимозаменяемостью термисторов, поскольку обеспечивает точное униформирование, если величина коэффициентов униформированных термисторов одинакова. Отмеченные недостатки известных способов не позволяют достичь высокой точности измерения температуры при высокой линейности функции преобразования в широком диапазоне температур.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения температуры за счет повышения линейности характеристики преобразования при обеспечении возможности взаимозаменяемости термочувствительных элементов.
Технический результат, реализуемый в способе измерения температуры, достигается тем, что преобразуют температуру в напряжение U1(T) с прямой температурной характеристикой по одному каналу. Затем преобразуют температуру в напряжение с обратной температурной характеристикой по второму каналу. Затем напряжение второго канала U2(T) масштабируют с коэффициентом
где TС - температура точки суммирования, равная средней температуре измеряемого диапазона. После этого получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре:
Uвых(T)=U1(T)-kU2(T)=KT+δ н(T)
где К - коэффициент термочувствительности; δ н(T) - зависимость погрешности нелинейности от температуры.
Устройство для измерения температуры содержит источник опорного напряжения и один канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя первый операционный усилитель, первый терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления, постоянный резистор и два подстроечных резистора. Кроме того, в устройство введен другой канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя второй операционный усилитель, идентичный первому второй терморезистор, постоянный резистор и два подстроечных резистора. 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 соединен 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.
Суть способа измерения температуры заключается в следующем. Формируют два канала преобразования температуры в напряжение. Для линеаризации температурной характеристики создают на основе двух однотипных терморезисторов один канал с прямой, а другой - с обратной температурной характеристикой. Проводят два одновременных измерения температуры, а терморезисторы закрепляют таким образом, чтобы расстояние между их термочувствительными элементами было минимальным. При этом на выходах прямого и обратного каналов преобразования получают соответственно напряжения U1(T) и U2(T). Затем напряжение U2(T) масштабируют с коэффициентом
После этого напряжения алгебраически суммируют и получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре (фиг.1):
где К - коэффициент термочувствительности; δ н(T) - зависимость погрешности нелинейности от температуры.
Зависимость δ н(T) минимизируют таким образом, чтобы максимальное значение δ н(T)макс≤ ε доп, где ε доп - допустимое значение погрешности преобразования, путем подбора идентичных характеристик каналов преобразования температуры.
На фиг.2 представлено устройство для измерения температуры, реализующее предлагаемый способ измерения.
В состав устройства входят: 1, 6 - операционные усилители; 2, 7 - полупроводниковые терморезисторы; 3, 8 - постоянные резисторы; 4, 5, 9, 10 - подстроечные резисторы; 11 - источник опорного напряжения; 12 - общая шина; 13 - алгебраический сумматор; 14 - выход устройства.
Предлагаемое устройство содержит один канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя первый операционный усилитель 1, первый терморезистор 2, постоянный резистор 3 и подстроечные резисторы 4, 5. Кроме того, в устройство введен другой канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя второй операционный усилитель 6, второй терморезистор 7, постоянный резистор 8 и подстроечные резисторы 9, 10. Неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно через постоянные резисторы 3 и 8 подключены к выходу источника опорного напряжения 11, а через подстроечные резисторы 5 и 10 соответственно - к общей шине 12.
Выход первого операционного усилителя 1 через первый терморезистор 2 соединен со своим инвертирующим входом, который через подстроечный резистор 4 подключен к выходу источника опорного напряжения 11. Выход второго операционного усилителя 6 через подстроечный резистор 9 соединен со своим инвертирующим входом, который через второй терморезистор 7 подключен к выходу источника опорного напряжения 11. Выходы операционных усилителей соединены с входами алгебраического сумматора 13, выход которого является выходом устройства 14.
Устройство функционирует следующим образом. Измеряемая температура полупроводниковыми терморезисторами 2 и 7 преобразуется в напряжения U1(T) и U2(T) на выходах операционных усилителей 1 и 6. На основе операционных усилителей (ОУ) 1 и 6 построены два канала преобразования температуры, причем ОУ 1 обеспечивает преобразование с прямой температурной характеристикой, а ОУ 6 - с обратной (фиг.1) за счет соответствующего включения терморезисторов 2 и 7. Инвертирующие входы обоих операционных усилителей запитываются от источника опорного напряжения 11, причем для ОУ 1 - через подстроечный резистор 4, а для ОУ 6 - через терморезистор 7. Неинвертирующие входы обоих операционных усилителей запитываются от источника опорного напряжения 11, причем для ОУ 1 - через делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 3 и подстроечного резистора 5, а для ОУ 6 - через делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 8 и подстроечного резистора 10. Подстроечные резисторы 5 и 10 соединены с общей шиной 12. В цепь обратной связи ОУ 1 включен терморезистор 2, а в цепь обратной связи ОУ 6 - постоянный резистор 9. С выходов операционных усилителей напряжения U1(T) и U2(T) подаются на входы алгебраического сумматора 13, на выходе 14 которого, являющегося выходом устройства, формируется разностное выходное напряжение в соответствии с (2) Uвых(T)=КТ+δ н(Т), пропорциональное измеряемой температуре.
Для обеспечения заменяемости терморезисторов по значению начального сопротивления введены подстроечные резисторы 5 и 10, которые варьируются таким образом, чтобы при некоторой температуре Тн, являющейся нижней границей рабочего диапазона, значения выходных напряжений U1(TН) и U2(TH) были равны нулю. Масштабирование напряжения U2(T) с коэффициентом k в соответствии с (1) осуществляется в алгебраическом сумматоре по вычитающему входу.
Для обеспечения заменяемости терморезисторов по значению коэффициента преобразования в масштабирующих усилителях предусмотрены регулировки коэффициентов усиления (подстроечные резисторы 4 и 9), изменением которых добиваются того, чтобы значение выходного напряжения Uвых(T) при некоторой температуре Tн, являющейся верхней границей рабочего диапазона, было равно некоторому заданному значению.
В результате предусмотренных регулировок обеспечивается минимизация функции погрешности нелинейности δ н(T) таким образом, чтобы ее максимальное значение δ н(T)макс≤ ε доп, где ε доп - допустимое значение погрешности преобразования.
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения температуры, линейность преобразования и обеспечить взаимозаменяемость чувствительных элементов - терморезисторов.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №369430, кл. G 01 k 7/22.
2. Авторское свидетельство СССР №1068738, кл. G 01 k 7/22.
3. Патент СССР №345702, кл. G 01 k 7/24.
Claims (4)
1. Способ измерения температуры, основанный на преобразовании температуры в напряжение U1(T) с прямой температурной характеристикой по одному каналу, отличающийся тем, что преобразуют температуру в напряжение с обратной температурной характеристикой по второму каналу, затем напряжение второго канала U2(T) масштабируют с коэффициентом
где ТС - температура точки суммирования, равная средней температуре измеряемого диапазона, после чего получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре:
Uвых(T)=U1(T)-kU2(T)=KT+δ н(T),
где К - коэффициент термочувствительности; δ н(T) – зависимость погрешности нелинейности от температуры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зависимость погрешности δ н(T) минимизируют таким образом, чтобы максимальное значение δ н(T)макс≤ ε доп, где ε доп - допустимое значение погрешности преобразования, путем подбора идентичных характеристик каналов преобразования температуры.
3. Устройство для измерения температуры, 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 подстроенных резистора, отличающееся тем, что в устройство введен 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 соединен 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.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что терморезисторы закрепляют таким образом, чтобы расстояние между их термочувствительными элементами было минимальным.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (ru) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Способ измерения температуры и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (ru) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Способ измерения температуры и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2255313C1 true RU2255313C1 (ru) | 2005-06-27 |
Family
ID=35836741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (ru) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Способ измерения температуры и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2255313C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451913C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Устройство для измерения температуры |
RU2478940C1 (ru) * | 2011-08-26 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Способ определения теплопроводности материалов |
RU2488128C2 (ru) * | 2011-07-29 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН) | Терморезисторный преобразователь температуры в напряжение |
-
2004
- 2004-03-29 RU RU2004109288/28A patent/RU2255313C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451913C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Устройство для измерения температуры |
RU2488128C2 (ru) * | 2011-07-29 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН) | Терморезисторный преобразователь температуры в напряжение |
RU2478940C1 (ru) * | 2011-08-26 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Способ определения теплопроводности материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2128579B1 (en) | Arrangement for linearizing a non-linear sensor | |
US4646014A (en) | Hall effect field sensor circuit with temperature compensation using OP amplifier | |
KR100724095B1 (ko) | 정밀 전류, 전압 및 전력 측정장치 | |
KR101057555B1 (ko) | 유량계에 있어서의 온도계측회로 | |
RU2255313C1 (ru) | Способ измерения температуры и устройство для его осуществления | |
US4011746A (en) | Liquid density measurement system | |
KR20140012865A (ko) | 서미스터를 이용한 온도 측정 장치 | |
Hoge | Comparison of circuits for linearizing the temperature indications of thermistors | |
US3968685A (en) | Transistor anemometer | |
JP5488159B2 (ja) | 定電力制御回路 | |
RU2303273C1 (ru) | Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения | |
EP0618452B1 (en) | An average power detector circuit | |
RU2451913C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
RU2738198C1 (ru) | Способ снижения погрешности измерения температуры электрическим мостом и измерительный мост Уитстона-Капиноса | |
WO1987004788A1 (en) | Temperature measuring device capable of changing display unit | |
JP2675467B2 (ja) | 多点温度測定装置 | |
RU2732838C1 (ru) | Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа | |
RU1778556C (ru) | Устройство дл измерени разности температур | |
Filatov et al. | A Simple Digital Thermometer | |
JP2005241305A (ja) | 電力量計の位相調整回路 | |
JPH0624747Y2 (ja) | 温度/電圧変換回路 | |
KHAN | Linearization of thermistor thermometer | |
RU2025675C1 (ru) | Устройство для измерения температуры и разности температур | |
SU987415A1 (ru) | Цифровой измеритель температуры | |
JPH064307Y2 (ja) | 圧力計測器の温度補正回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060330 |