RU2451913C1

RU2451913C1 - Temperature measuring device

Info

Publication number: RU2451913C1
Application number: RU2010153002/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Фесенко (RU); Александр Иванович Фесенко; Игорь Николаевич Ищук (RU); Игорь Николаевич Ищук; Константин Александрович Набатов (RU); Константин Александрович Набатов; Дмитрий Юрьевич Хохлов (RU); Дмитрий Юрьевич Хохлов
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-05-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: disclosed is a device for measuring temperature, which further includes an analogue multiplier and a third constant resistor, which facilitates logarithmation of the signal from a thermistor and perform a division operation. As a result of performing said transformations, a signal which directly depends on temperature is obtained at the output of the device.

EFFECT: improved functional capabilities of the device and high measurement accuracy.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, и в частности к термометрии.The present invention relates to the field of measurement technology, and in particular to thermometry.

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).A device is known in which the linearization of the output voltage is achieved by a method of summing the characteristics of a thermistor and a posistor. This device has significant disadvantages associated with the difficulty of selecting a thermistor and a posistor according to its characteristics, the choice of the resistance value of the potentiometer to provide the required non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, and also with a decrease in the sensitivity of the sensor with an increase in linearity of conversion (AS USSR No. 369430, cl. G01K 7/22, Bulletin No. 10 of 11/08/1973).

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.Also known is a device for measuring temperature (patent RU No. 2255313, class G01K 7/22), adopted as a prototype, containing a reference voltage source, one channel for converting temperature to voltage, including a first operational amplifier, a first thermistor with a negative resistance coefficient, a constant resistor and two trim resistors, as well as another channel for converting temperature to voltage, which includes a second operational amplifier identical to the first, second thermistor, a constant resistor and two tuning resistors, the non-inverting inputs of operational amplifiers through constant resistors connected to the output of the reference voltage source, and through tuning resistors to a common bus, the output of the first operational amplifier through the first thermistor is connected to its inverting input, which is connected through the tuning resistor to the output of the reference voltage source , the output of the second operational amplifier through a tuning resistor with its inverting input, which is connected through a second thermistor to the output of the reference voltage source, the outputs of the operational amplifiers are connected to the inputs of the algebraic adder, the output of which is the output of the device, while the thermistors are fixed in such a way that the distance between their heat-sensitive elements was minimal.

Недостатком прототипа является необходимость использования двух терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления для измерения температуры в одной точке.The disadvantage of the prototype is the need to use two thermistors with a negative temperature coefficient of electrical resistance to measure temperature at one point.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является измерение одним терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления температуры в одной точке при линейной характеристике преобразования.The technical result of the invention is the measurement of a single thermistor with a negative temperature coefficient of electrical resistance at one point with a linear conversion characteristic.

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.The proposed device for measuring temperature, containing a reference voltage source, two operational amplifiers, inverting the input of one of them through a thermistor is connected to the output of the reference voltage source, as well as two constant resistors, one of which is connected to the summing input of the second operational amplifier by the first output, a semiconductor diode, a cathode connected to the output of the first operational amplifier, and an anode to the inverting input of the same amplifier, summing the input of the cat It is connected to a common bus, and the output is connected to the second input of the integrated analog multiplier, the first input of which is connected to the output of the second operational amplifier, the inverting input of which is connected through the second constant resistor to the output of the second additional input reference voltage source, while the second output of the first constant resistor connected to a common bus, and an additionally introduced third constant resistor is connected between the output of the integrated analog multiplier and the inverting input to orogo operational amplifier. The analog multiplier can be performed on integrated circuits 525PS1 and 525PS2.

На фигуре представлена схема устройства для измерения температуры.The figure shows a diagram of a device for measuring temperature.

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 U₁, а инвертирующий вход усилителя 5 через последовательно соединенный резистор 7 подключен к источнику 10 опорного напряжения U₂.The temperature measuring device comprises a semiconductor thermistor 1, by which the second terminal is connected to the inverting input of the operational amplifier 2 and connected through a series-connected semiconductor diode 3 to the output of the amplifier 2, the summing input of which is connected to a common bus, and the output is connected to the second input of the integral analog a multiplier 4, the first input of which is connected to the output of the operational amplifier 5 and the output of the device, while the output of the multiplier 4 through a series-connected ezistor 6 is connected to the inverting input of amplifier 5, and the summing input of amplifier 5 via the resistor 8 is connected to the common bus, the thermistor 1, the first terminal connected to the source 9 of reference voltage U _1, and the amplifier inverting input terminal 5 via a series connected resistor 7 is connected to a source 10 reference voltage U ₂ .

Назначение элементов 1-10 понятно из их названий.The purpose of elements 1-10 is clear from their names.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.A device for measuring temperature operates as follows.

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):The measured temperature T is converted by a thermistor with a negative temperature coefficient of electrical resistance 1 into a change in its resistance according to the following law (for example, thermistors ST1-18 and CT1-19):

где А, В - постоянные;where A, B are constants;

Т - измеряемая температура [K].T is the measured temperature [K].

Выходное напряжение логарифмирующего усилителя 2 зависит от R_T:The output voltage of the logarithmic amplifier 2 depends on R _T :

Где k - постоянная Больцмана; е - заряд электрона; I_обр - обратный ток диода 3; U₁ - источник первого опорного напряжения; Т' - температура диода 3.Where k is the Boltzmann constant; e is the electron charge; I _arr - reverse current of the diode 3; U ₁ is the source of the first reference voltage; T 'is the temperature of the diode 3.

При этом

- тепловой потенциал (при Т'=300 K, φ_T=0,026 В).Wherein

- thermal potential (at T '= 300 K, φ _T = 0.026 V).

Выходное напряжение операционного усилителя 2 (на основании (1)) описывается выражением:The output voltage of the operational amplifier 2 (based on (1)) is described by the expression:

Устанавливая опорное напряжение U₁, например, с помощью потенциометра (условно не показано) равным U₁=AI_обр, получим:By setting the reference voltage U ₁ , for example, using a potentiometer (not shown conditionally) equal to U ₁ = AI _arr , we get:

Напряжение

поступает на второй вход интегрального аналогового перемножителя 4, выход которого подключен через резистор 6 к инвертирующему входу усилителя 5. При масштабном коэффициенте K₁=-R₁/R₂ выходное напряжение усилителя 5:Voltage

goes to the second input of the integrated analog multiplier 4, the output of which is connected through a resistor 6 to the inverting input of the amplifier 5. With a scale factor K ₁ = -R ₁ / R _{2, the} output voltage of the amplifier 5:

;

Устанавливая опорное напряжение U₂, например, с помощью потенциометра (условно не показано) равным U₂=Вφ_T, получим выходное напряжение, линейно зависящее от измеряемой температуры:By setting the reference voltage U ₂ , for example, using a potentiometer (not shown conditionally) equal to U ₂ = Bφ _T , we obtain an output voltage that depends linearly on the measured temperature:

где с=10ⁿ, n - коэффициент размерности (целое число).where c = 10 ⁿ , n is the dimension coefficient (integer).

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.Thus, the proposed technical solution allows measurement by a single thermistor with a negative temperature coefficient of electrical resistance at one point with a linear conversion characteristic and the possibility of interchangeability of semiconductor thermistors.

Claims

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. A temperature measuring device containing a first reference voltage source, first and second constant resistors, first and second operational amplifiers, inverting the input of the first operational amplifier through a thermistor, which is the input of the device, is connected to the output of the first reference voltage source, while the first constant resistor is the first output connected to the summing input of the second operational amplifier, characterized in that it is additionally equipped with a second reference voltage source and an integral an analog multiplier, a third constant resistor, a semiconductor diode, a cathode connected to the output of the first operational amplifier, and an anode to the inverting input of the same amplifier, the summing input of which is connected to a common bus, and the output is connected to the second input of the integrated analog multiplier, the first input of which connected to the output of the second operational amplifier, the inverting input of which through the second constant resistor is connected to the output of the second additional input source of reference maskers, the second terminal of the first fixed resistor connected to the common bus, and further introducing a third fixed resistor connected between the output of the integral of the analog multiplier and the inverting input of the second operational amplifier is an output device.