SU898266A1 - Device for measuring temperature fields - Google Patents
Device for measuring temperature fields Download PDFInfo
- Publication number
- SU898266A1 SU898266A1 SU802925967A SU2925967A SU898266A1 SU 898266 A1 SU898266 A1 SU 898266A1 SU 802925967 A SU802925967 A SU 802925967A SU 2925967 A SU2925967 A SU 2925967A SU 898266 A1 SU898266 A1 SU 898266A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- output
- temperature
- amplifier
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
Изобретение относитс к измерител ной технике и может быть использовано дл измерени распределени и измене НИИ температуры в различных средах, например в грунте, при исследовани х тепловых процессов в вечной мерз лоте . Известны устройства дл измерени температуры, принцип действи которых основан на измерении изменени сопротивлени чистых металлов при изменении температуры и в которых наиболее широкое использование получили платиновые термометры 1. Эти устройства обладают широким диапазоном рабочих температур, хорошей линейностью, но весьма дорогие. Известны устройства дл измерени температуры, в которых используетс зависимость температурного потенциала L.p - п-перехода от температуры . Так, в датчике температуры LX 5700 фирмы National semiconductor (США ) измер етс разность напр жений AUpg база-эмиттер двух согласованных транзисторов, работающих при разных токах коллектора Ц и Дл двух идеально согласованных транзисторов, имеющих одинаковые температуры переходов, можно записать , 3м су 3, -посто нна Больцмана; -абсолютна температура; -зар д электрона. Из приведенной зависимости видно, что напр жение 41инейно св зано с температурой р - п-перехода .. Однако изготовить идеально согласованные транзисторы невозможно. Кроме того, изменение параметров двух диодов и транзисторов в результате старени , даже расположенных на одном кристалле, происходит различно, что вл етс другим фактором, ограничивающим точность этих.устройств. Именно этим можно объ снить большую долговременную погрешность + 3,8°С за 30 дней. Наличие теплового сопротивлени между р - п-переходами также увеличивает погрешность измерени . И,наконец, смещение нул и температурный дрейф последующих усилителей также снижает точность измерени . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению вл етс устройство дл измерени температуры, содержащее источник опорного напр жени ,. Масштабный резистор, соедин ющий источник опорного напр жени с диодом , и усилитель посто нного тока, подключенный к диоду, к выходу кото рого подключен индикатор ЗТ К недостаткам предлагаемого изоб ретени следует отнести разброс коэ фициентов пропорциональности между температурой и напр жением, снижени точности из-за смещени нул и дрей фа нул усилител . Кроме того, это устройство может работать только с одним диодом, так как при замене диода необходима настройка, возникнут весьма существенные ошибки из-за большого разброса начальны токов и объемных сопротивлений диодов . Целью изобретени вл етс повышение точности измерени температур Поставленна цель достигаетс те что в устройство дл измерени температурных . полей, содержащее индика тор, блок диодов, выходы которого подключены к коммутатору, св занному со входами предусилител , введены распределитель импульсов, управл емый преобразователь напр жениеток , избирательный усилитель, фазочувствительный выпр митель, вычисли тельный блок и компенсатор, причем выходы распределител импульсов св заны со входами вычислительного блока , компенсатора, с управл ющим входом фазочувствительного выпр мител и со входами преобразовател напр жение-ток , выходы последнего соеди .нены со входами предусилител , выход которого подключен к первому вхо ду избирательного усилител , к выхо .ду которого подключен вход фазочувст вительного выпр мител , св занного выходом со входом вычислительного блока, к выходам которого подключены вход индикатора и вход компенсатора, который выходом св зан со вторым входом избирательного усилител . Кроме того, вычислительный блок содержит первый и второй коммутаторы, первый и второй интеграторы и вычитающий блок, причем выходы первого коммутатора соединены со входами первого и второго интеграторов, выходы которых подключены ко входам вычитающего блока и входам второго коммутатора. Распределитель импульсов содержит генератор, источник опорного напр жени , первый, второй и третий масштабные резисторы, ключ и усилитель, причем выход источника опорного напр жени соединен с первым и вторым масштабными резисторами, при этом второй конец одного из резисторов Ьоединен с входом усилител непосред )ственно, а другого резистора - через ключ, управл ющий вход которого подключен к генератору, а третий масштабный резистор включен в цепи отрицательной обратной св зи усилител . На чертеже приведена функциональна схема устройства дл измерени температурных полей. Устройство дл измерени температурных полей содержит блок диодов 1, коммутатор диодов 2, управл емьй преобразователь напр жение-ток 3, предусилитель , избирательный усилитель 5, фазочувствительный выпр митель 6, вычислительный блок 7, компенсатор 8, индикатор 9, распределитель импульсов 10. Выходы блока диодов 1 соединены со входами коммутатора диодов 2, который выходами св зан с выходами преобразовател напр жение-ток 3 и со входами предусилител k, последний выходом подключен к первому входу избирательного усилител 5 к выходу которого подключен сигнальный вход фазочувствительного выпр мител 6, св занного выходом со входом вычислительного блока, который выходами соединен со входом индикатора и со входом компенсатора 8, выход последнего подключен ко второму входу избирательного усилител 5. Выходы распределител импульсов 10 св заны со входами фазочувствительного выпр мител 6, компенсатора 8, 58 вычислительного блока 7, управл емого преобразовател 3 напр жение-ток. Вычислительный блок 7 содержит первый коммутатор 11, выходами соеди ненный со входами первого 12 и второ го 13 интеграторов, выходы которых подключены ко входам второго коммутатора Tt и ко входам вычитающего блока 15. Распределитель импульсов 10 содержит генератор 16 источник опорного напр жени 17, к выходу которого подключены объединенные концы первого и второго масштабных резисторов 18 и 19 последний вторым концом св зан со входом ключа 20, выход которого соединен со входом первого усилител 21, в цепи отрицательной обратной св зи которого установлен третий масштабный резистор. Компенсатор 8 содержит четвертый, п тый и шестой масштабные резисторы 23 25. второй и третий усилители 2б и 27, первый и второй полевые транзисторы 28 и 29 и конденсатор 30 Устройство дл измерени температурных полей работает следующим образом. Опорное напр жение источника опорного напр жени 17 поступает на вход первого усилител 21 через первый масштабный резистор 18,и, через последовательно соединенные второй масштабный резистор 19 и ключ 20. На управл ющий вход ключа 20 поступает с выхода генератора 16, модулирующий сигнал Uc-f с частотой f . На выхо де усилител 21 образуетс пульсирующее напр жение с частотой f , которое поступает на вход управл емого преобразовател 3 напр жение-ток. Крутизна преобразовател 3 зависит от сигнала на управл ющем входе, на который с выхода генератора 16 поступает модулирующий сигнал UcjB виде меандра с частотой f, котора много меньше частоты f , Таким образом, преобразователь 3 попеременно принимает два значени крутизны преобразовани и на выходе преобразовател формируетс пульсирующий ток, у которого отношение максимального тока к минимальному , измен емого с частотой f , посто нно , а среднее значение измен етс с частотой f, С помощью коммутатора диодов 2, управл емого извне или по прог рамме, осуществл етс подключение требуемого диода к выходам преобразовател напр жение-ток 3. выходной 6 ток которого проход через диод, вызывает соответствующее падение на р - ппереходе диода. Переменна составл юща усиливаетс предусилителем , с выхода которого поступает на первый вход избирательного усилител 5, на второй вход которого подаетс напр -. жениё с выхода компенсатора 8, наход щеес в противофазе и разность между ними усиливаетс избирательным усилителем 5, выходной сигнал которого детектируетс фазочувствительным выпр мителем 6. В зависимости от того кака величина больше (сигнал с предусилител Ц или с выхода компенсатора 8) пол рность сигнала на выходе фазочувствительного выпр мител мен етс , который, проходит через первый кеммутатор 11 на вход первого или второго интегратора 12 и 13, в зависимости от величины управл ющего сигнала Ujj , , вызывает уменьшение или увеличение напр жени на выходе интегратора . Выходное напр жение интегратора через 2-й коммутатор И, переключаемый синхронно с первым коммутатором, поступает на вход второго усилител 26, вызыва соответствующее изменение коэффициента передачи компенсатора, что уменьшает разностный сигнал, усиливаемый избирательным усилителем 5. Этот процесс идет до тех пор, пока разностный сигнал не станет равным нулю, т.е. пока не сравн ютс напр жени на первом и втором входах избирательного усилител . При изменении значени управл ющего сигнала происходит изменение крутизны преобразовател 7 напр жение-ток 3 и к выходу фазочувствительного выпр мител подключаетс вход другого интегратора, выход которого соедин етс вторым коммутатором со входом второго усилител 2б, а другой интегратор переходит в режим хранени , и процесс измерени повтор етс с частотой fa. Напр жени с выходов интеграторов 12 и 13 поступают на входы вычитающего блока 15, где определ етс разность между напр жением на выходе первого интегратора 12 и промасштабированным напр жением второго интегратора 13, а полученна разность поступает на индикатор 9. В качестве индикатора может быть использован вольметр и/1и аналогоцифровой преобразователь с и-ндикацией. На выходе первого усилител напр жение принимает два занчени 7 k К и Upp- Kg, где К и коЗГф фициенты передачи, кодга кЛюч 20 зак рыт и открыт соответственно. Выходной ток преобразовател напр жениеток 3 равен 1„ , и 1 где S и S2 - крутизна преобразова тел , управл ема сигналом .Напр жение на диоде Цд в зависимости от величин управл емых сигналов U принимает четыре значени : Т cnKie.Rg;. V М и..Ко J.ev,.,, § Y 9 и - Lg aUonSa :3о , где R. - объемное сопротивление дио да. Переменна , составл юща диод с частотой f , усиленна предусилителем Ц и поступающа на первый вход избирательного усилител 5, принимает два значени , которые измен ютс с частотой f : ( ,,) bUon,Rg-U2.-K,) Лио-4-и,,)к„-.еу,-. + Uon5iV i- l H где К - коэффициент передачи предусилител В установившемс режиме напр жение на выходе компенсатора U0 равно напр жению на выходе предусилител , следовательно 01 и . . Г Ч у 2-. Сопротивление канала первого полевого транзистора 28 в установившемс режиме с учетом того, что пол рность напр жени Ц, противоположна пол рности напр жени U и Ug на выходе интеграторов 12 и 13 равноThe invention relates to a measuring technique and can be used to measure the distribution and change of the scientific research institute of temperature in various media, such as in the soil, in studies of thermal processes in permafrost. Temperature measuring devices are known, the principle of action of which is based on measuring the change in resistance of pure metals with temperature and in which platinum thermometers 1 are most widely used. These devices have a wide range of operating temperatures, good linearity, but very expensive. Temperature measuring devices are known in which the temperature potential of the L.p - n junction is used as a function of temperature. Thus, the LX 5700 temperature sensor from National Semiconductor (USA) measures the difference in the AUpg base-emitter voltage of two matched transistors operating at different collector currents C and D for two ideally matched transistors having the same transition temperature, , permanently Boltzmann; - absolute temperature; - d d electron. From the above dependence it can be seen that the voltage 41 is linearly related to the temperature of the p – n junction. However, it is impossible to manufacture perfectly matched transistors. In addition, the change in the parameters of two diodes and transistors as a result of aging, even located on the same chip, occurs differently, which is another factor limiting the accuracy of these devices. This may explain the large long-term error of + 3.8 ° С in 30 days. The presence of thermal resistance between p-n junctions also increases the measurement error. Finally, the zero offset and temperature drift of subsequent amplifiers also reduces the measurement accuracy. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a device for measuring temperature, containing a source of reference voltage,. A scaling resistor connecting the voltage source with a diode and a DC amplifier connected to the diode, to the output of which the ST indicator is connected. The disadvantages of the proposed invention include the variation of the proportionality coefficient between temperature and voltage, reducing the accuracy of for offset zero and drif fa nu amplifier. In addition, this device can work only with one diode, since tuning is necessary when replacing a diode, very significant errors will occur due to the large scatter of the initial currents and volume resistances of the diodes. The aim of the invention is to improve the accuracy of temperature measurements. The goal is achieved by those that are in a temperature measuring device. fields containing an indicator, a diode unit whose outputs are connected to a switch connected to the preamplifier inputs, a pulse distributor, a controlled voltage converter, a selective amplifier, a phase-sensitive rectifier, a computing unit and a compensator, and the pulse distributor outputs are connected with the inputs of the computing unit, the compensator, with the control input of the phase-sensitive rectifier and with the inputs of the voltage-current converter, the outputs of the latter are connected to the inputs silicon, the output of which is connected to the first input of the selective amplifier, the output of which is connected to the phase-sensitive rectifier input connected to the input of the computing unit, the outputs of which are connected to the indicator input and the input of the compensator, which is connected to the second input of the selective input booster. In addition, the computing unit contains the first and second switches, the first and second integrators, and the subtracting unit, with the outputs of the first switch connected to the inputs of the first and second integrators, the outputs of which are connected to the inputs of the reading unit and the inputs of the second switch. The pulse distributor contains a generator, a reference voltage source, the first, second and third scale resistors, a switch and an amplifier, the output of the voltage source being connected to the first and second scale resistors, while the second end of one of the resistors is directly connected to the amplifier. and the other resistor through a switch whose control input is connected to the generator, and the third large-scale resistor is connected to the negative feedback circuit of the amplifier. The drawing shows a functional diagram of a device for measuring temperature fields. The device for measuring temperature fields contains a diode unit 1, a diode switch 2, a control voltage-current converter 3, a preamplifier, a selective amplifier 5, a phase-sensitive rectifier 6, a computing unit 7, a compensator 8, an indicator 9, a pulse distributor 10. The outputs of the unit the diodes 1 are connected to the inputs of the switch diodes 2, which by the outputs are connected to the outputs of the voltage-current converter 3 and to the inputs of the preamplifier k, the latter output is connected to the first input of the selective amplifier 5 to the output of which The signal input of the phase-sensitive rectifier 6 connected to the input of the computing unit, which outputs are connected to the indicator input and to the input of the compensator 8, is connected to the second input of the selective amplifier 5. The outputs of the pulse distributor 10 are connected to the inputs of the phase-sensitive rectifier 6 , the compensator 8, 58 of the computing unit 7, the controlled voltage-current converter 3. Computing unit 7 contains the first switch 11, the outputs connected to the inputs of the first 12 and second 13 integrators, the outputs of which are connected to the inputs of the second switch Tt and to the inputs of the subtracting unit 15. Pulse distributor 10 contains a generator 16 of the reference voltage source 17, to the output which connects the combined ends of the first and second large-scale resistors 18 and 19, the latter by the second end connected to the input of the switch 20, the output of which is connected to the input of the first amplifier 21, in the negative feedback circuit of which Added third scale resistor. Compensator 8 contains fourth, fifth, and sixth scale resistors 23-25. Second and third amplifiers 2b and 27, first and second field effect transistors 28 and 29, and capacitor 30 A device for measuring temperature fields operates as follows. The reference voltage of the voltage source 17 is fed to the input of the first amplifier 21 through the first scale resistor 18, and through the second scale resistor 19 and switch 20 connected in series to the control input of the switch 20 comes from the generator 16 output, the modulating signal Uc-f with frequency f. At the output of the amplifier 21, a pulsating voltage is formed with a frequency f, which is fed to the input of the controlled voltage-current converter 3. The slope of the converter 3 depends on the signal at the control input, to which the generator UcjB receives the modulating signal as a meander with the frequency f, which is much less than the frequency f. Thus, the converter 3 alternately takes two values of the conversion slope and a pulsating signal is generated at the output of the converter. current, whose ratio of maximum current to minimum, changing with frequency f, is constant, and the average value changes with frequency f, using a diode switch 2 controlled externally or by prog frame, the required diode is connected to the outputs of the voltage-current converter 3. The output 6 current which passage through the diode causes a corresponding drop on the p - junction of the diode. The variable component is amplified by a preamplifier, from the output of which is fed to the first input of the selective amplifier 5, to the second input of which is fed eg. The marriage from the output of the compensator 8, which is in antiphase and the difference between them, is amplified by a selective amplifier 5, the output of which is detected by the phase-sensitive rectifier 6. Depending on what value is greater (the signal from the preamplifier C or from the output of the compensator 8) the polarity of the signal is the output of the phase-sensitive rectifier varies, which passes through the first switch 11 to the input of the first or second integrator 12 and 13, depending on the magnitude of the control signal Ujj, causes a decrease or increase voltage at the output of the integrator. The output voltage of the integrator through the 2nd switch AND, switched synchronously with the first switch, is fed to the input of the second amplifier 26, causing a corresponding change in the gain ratio of the compensator, which reduces the difference signal amplified by the selective amplifier 5. This process goes on until the difference the signal will not become zero, i.e. until the voltages at the first and second inputs of the selective amplifier are compared. When the value of the control signal changes, the slope of the voltage-current converter 3 changes and the output of the phase-sensitive rectifier connects the input of another integrator, the output of which is connected by the second switch to the input of the second amplifier 2b, and the other integrator enters the storage mode, and the measurement process repeats at a frequency of fa. The voltages from the outputs of the integrators 12 and 13 are fed to the inputs of the subtracting unit 15, where the difference between the voltage at the output of the first integrator 12 and the scaled voltage of the second integrator 13 is determined, and the resulting difference goes to the indicator 9. A volmeter can be used as an indicator and / 1 and analog-to-digital converter with i-indication. At the output of the first amplifier, the voltage takes two values of 7 k K and Upp-Kg, where the K and the coGG transmit factors, the K-code K-20, are closed and open, respectively. The output current of the voltage converter 3 is 1 „, and 1 where S and S2 are the slopes of the converters controlled by the signal. The voltage on the diode Dd depends on the values of the controlled signals U takes four values: T cnKie.Rg ;. V M i..Ko J.ev,. ,, § Y 9 and - Lg aUonSa: 3о, where R. is the volume resistance of the diode. The variable component of the diode with the frequency f, amplified by the preamplifier C and fed to the first input of the selective amplifier 5, takes two values that change with the frequency f: (,) bUon, Rg-U2.-K,) Lyo-4- and ,,) to „-. eu, -. + Uon5iV i- l H where K is the transfer coefficient of the preamplifier In steady state, the voltage at the output of the compensator U0 is equal to the voltage at the output of the preamplifier, hence 01 and. . GH y 2-. The resistance of the channel of the first field-effect transistor 28 in the established mode, taking into account the fact that the polarity of voltage C, is opposite to the polarity of voltage U and Ug at the output of integrators 12 and 13 is equal to
KtKt
и,and,
о Uon l Ka--ц-about uon l ka-c-
тающем блоке 15 равен К , то его выходнее напр жение и.-равноthawing block 15 is equal to K, then its output voltage is and is equal to
ы иГ к и аs ik k and a
Ог) Og)
Учитыва (12), получим и.Taking into account (12), we get and.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802925967A SU898266A1 (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Device for measuring temperature fields |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802925967A SU898266A1 (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Device for measuring temperature fields |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU898266A1 true SU898266A1 (en) | 1982-01-15 |
Family
ID=20896228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU802925967A SU898266A1 (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Device for measuring temperature fields |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU898266A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5064296A (en) * | 1989-06-23 | 1991-11-12 | Bronkhorst High-Tech B.V. | Integrated semiconductor circuit for thermal measurements |
-
1980
- 1980-05-16 SU SU802925967A patent/SU898266A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5064296A (en) * | 1989-06-23 | 1991-11-12 | Bronkhorst High-Tech B.V. | Integrated semiconductor circuit for thermal measurements |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6554469B1 (en) | Four current transistor temperature sensor and method | |
US20060193370A1 (en) | Integrated resistance cancellation in temperature measurement systems | |
US7083328B2 (en) | Remote diode temperature sense method with parasitic resistance cancellation | |
WO2021179212A1 (en) | Temperature sensor, electronic apparatus, and temperature measurement system | |
US4109196A (en) | Resistance measuring circuit | |
US5159277A (en) | Precision bridge circuit using a temperature sensor | |
US2857569A (en) | Thermal converter | |
CN1086012A (en) | Pulsed pressure sensor circuit and using method thereof | |
Pradhan et al. | An improved lead compensation technique for three-wire resistance temperature detectors | |
SU898266A1 (en) | Device for measuring temperature fields | |
CN109029791A (en) | A kind of temperature sensor calibration method of anti-reflective to Early effect | |
Samitier et al. | A current-mode interface circuit for a piezoresistive pressure sensor | |
Sundqvist | Simple, wide-range, linear temperature-to-frequency converters using standard thermistors | |
EP2921850B1 (en) | Read-out circuit for resistive sensor | |
Wyngaard et al. | A constant temperature hot-wire anemometer | |
Yonce et al. | A DC autonulling bridge for real-time resistance measurement | |
US3892281A (en) | Temperature measuring system having sensor time constant compensation | |
US5096303A (en) | Electronic circuit arrangement for temperature measurement based on a platinum resistor as a temperature sensing resistor | |
Vlassis et al. | Pressure sensors interfacing circuit with digital output | |
US4045734A (en) | Differential thermal wattmeter | |
JPH039023Y2 (en) | ||
SU1112316A1 (en) | Device for measuring concentration of charge carriers in conductive materials | |
Nobbs | Linearisation of the response from a platinum resistance thermometer | |
SU954907A1 (en) | Device for measuring constant magnetic field magnetic induction | |
Freire et al. | A pn junction temperature sensor with switched current excitation |