RU2796191C1 - Device for measuring the temperature of a controlled object - Google Patents
Device for measuring the temperature of a controlled object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796191C1 RU2796191C1 RU2023100024A RU2023100024A RU2796191C1 RU 2796191 C1 RU2796191 C1 RU 2796191C1 RU 2023100024 A RU2023100024 A RU 2023100024A RU 2023100024 A RU2023100024 A RU 2023100024A RU 2796191 C1 RU2796191 C1 RU 2796191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- thermal resistance
- temperature
- current
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения температуры контролируемого объекта с помощью термосопротивления. Устройство может найти применение для измерения температурных параметров механизмов, жидкостей и газов, и использоваться в летательных аппаратах, транспортных объектах, кораблях и др.The invention relates to the field of measuring technology and is intended for measuring the temperature of a controlled object using a thermal resistance. The device can be used to measure the temperature parameters of mechanisms, liquids and gases, and be used in aircraft, transport facilities, ships, etc.
Известен микропроцессорный терморегулятор из патента РФ №2112224 с датой приоритета 26.06.1996, который содержит в своем составе термосопротивление, измерительный мост, дифференциальный усилитель, выход которого соединен со входом преобразователя напряжения в частоту. Выход источника питающего тока соединен с измерительным мостом. Входы мультиплексора подключены к выходам измерительного моста, а выход соединен со входом дифференциального усилителя. Энергонезависимое постоянное запоминающее устройство подключено к цифровому блоку управления. Выход преобразователя напряжения в частоту соединен со счетным входом цифрового блока управления. Управляющие линии цифрового блока управления соединены с адресными входами мультиплексора. Терморегулятор микропроцессорный относится к устройствам измерения и контроля температуры и может быть использован для измерения температуры и ее стабилизации в заданном диапазоне значений, а также для включения в состав аппаратуры управления технологическими процессами.Known microprocessor temperature controller from the patent of the Russian Federation No. 2112224 with a priority date of 06/26/1996, which contains a thermal resistance, a measuring bridge, a differential amplifier, the output of which is connected to the input of a voltage-to-frequency converter. The output of the power supply is connected to the measuring bridge. The inputs of the multiplexer are connected to the outputs of the measuring bridge, and the output is connected to the input of the differential amplifier. The non-volatile read-only memory is connected to the digital control unit. The output of the voltage-to-frequency converter is connected to the counting input of the digital control unit. The control lines of the digital control unit are connected to the address inputs of the multiplexer. The microprocessor temperature controller belongs to temperature measurement and control devices and can be used to measure temperature and stabilize it in a given range of values, as well as to include it in process control equipment.
Недостатком известного микропроцессорного терморегулятора являются низкие надежность и достоверность измерений, связанные с отсутствием резервирования в каналах формирования сигнала датчика тока и измерений.The disadvantage of the known microprocessor temperature controller is the low reliability and reliability of measurements associated with the lack of redundancy in the channels of the signal generation of the current sensor and measurements.
Известен измеритель температуры из патента РФ №2165600 с датой приоритета 26.05.1999, содержащий источник опорного напряжения, содержащий усилитель постоянного тока на основе операционного усилителя, диод на основе широкозонного полупроводника, биполярный транзистор, два токозадающих резистора. Причем база транзистора соединена с анодом диода и выводом второго токозадающего резистора, эмиттер транзистора с первым токозадающим резистором и входом усилителя постоянного тока, выход усилителя постоянного тока соединен с коллектором транзистора и вторым выводом второго токозадающего резистора, вторые выводы диода и первого токозадающего резистора соединены с общим проводом схемы. В устройство дополнительно вводят второй биполярный транзистор, третий резистор, второй усилитель постоянного тока на основе второго операционного усилителя и индикатор. Первый резистор выполнен в виде делителя напряжения. База второго биполярного транзистора соединена с эмиттером биполярного транзистора, а его эмиттер - с третьим резистором и инвертирующим входом второго усилителя постоянного тока, коллектор второго биполярного транзистора связан с выходом первого усилителя постоянного тока. Третий вывод первого резистора, выполненного в виде делителя напряжения, соединен с неинвертирующим входом второго усилителя постоянного тока, выход которого связан с индикатором; второй вывод третьего резистора соединен с общим проводом схемы.A temperature meter is known from RF patent No. 2165600 with a priority date of 05/26/1999, containing a reference voltage source containing a DC amplifier based on an operational amplifier, a diode based on a wide-gap semiconductor, a bipolar transistor, two current-setting resistors. Moreover, the base of the transistor is connected to the anode of the diode and the output of the second current-setting resistor, the emitter of the transistor with the first current-setting resistor and the input of the DC amplifier, the output of the DC amplifier is connected to the collector of the transistor and the second output of the second current-setting resistor, the second terminals of the diode and the first current-setting resistor are connected to a common circuit wire. The second bipolar transistor, the third resistor, the second DC amplifier based on the second operational amplifier and the indicator are additionally introduced into the device. The first resistor is made in the form of a voltage divider. The base of the second bipolar transistor is connected to the emitter of the bipolar transistor, and its emitter is connected to the third resistor and the inverting input of the second DC amplifier, the collector of the second bipolar transistor is connected to the output of the first DC amplifier. The third output of the first resistor, made in the form of a voltage divider, is connected to the non-inverting input of the second DC amplifier, the output of which is connected to the indicator; the second terminal of the third resistor is connected to the common wire of the circuit.
Недостатком известного измерителя температуры является низкая надежность схемы и сниженная достоверность измерений, обусловленные тем, что отсутствует резервирование схемы формирования опорного тока, а также для осуществления измерения используется единственный выход.A disadvantage of the known temperature meter is the low reliability of the circuit and the reduced reliability of measurements due to the fact that there is no redundancy of the circuit for generating the reference current, and a single output is used to carry out the measurement.
Известно устройство измерения разности температуры c терморезистивными датчиками из патента РФ №2405131 с датой приоритета 20.11.2009 (прототип). Устройство включает в себя два терморезистивных датчика, два источника тока и аналого-цифровой преобразователь с внешним источником опорного напряжения. Замкнутый элемент первого переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом второго переключателя и выходом первого источника тока, а нормально замкнутый элемент второго переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом первого переключателя и выходом второго источника тока, что обеспечивает возможность последовательного подключения источников тока к терморезистивным датчикам. К точке объединения этих датчиков веден дополнительный резистор, через который протекает суммарный ток обоих источников. Падение напряжения на этом резисторе используется в качестве опорного напряжения АЦП, за счет чего результат суммы двух последовательных измерений разности температур не зависит от нестабильности источников тока.A device for measuring the temperature difference with thermoresistive sensors from RF patent No. 2405131 with a priority date of 20.11.2009 (prototype) is known. The device includes two thermoresistive sensors, two current sources and an analog-to-digital converter with an external reference voltage source. The closed element of the first switch is connected to the normally open element of the second switch and the output of the first current source, and the normally closed element of the second switch is connected to the normally open element of the first switch and the output of the second current source, which makes it possible to connect the current sources to thermistive sensors in series. An additional resistor is connected to the junction point of these sensors, through which the total current of both sources flows. The voltage drop across this resistor is used as the ADC reference voltage, so that the sum of two successive temperature difference measurements is independent of current source instability.
Недостатками данного устройства также являются низкая надежность схемы и сниженная достоверность измерений, обусловленные тем, что отсутствуют измерения тока каждого источника тока отдельно, результаты измерений могут быть искажены из-за разброса параметров двух терморезисторов, а также отсутствует резервирование источников тока.The disadvantages of this device are also the low reliability of the circuit and the reduced reliability of measurements, due to the fact that there are no measurements of the current of each current source separately, the measurement results can be distorted due to the spread of the parameters of the two thermistors, and there is no redundancy of current sources.
Технической проблемой является создание устройства для измерения температуры контролируемого объекта с повышенной надежностью и достоверностью результатов измерений.The technical problem is the creation of a device for measuring the temperature of a controlled object with increased reliability and reliability of the measurement results.
Технические результаты заявляемого изобретения заключаются в повышении надежности формирования стабилизированных токов, протекающих через термосопротивление, и увеличении достоверности результатов измерений.The technical results of the claimed invention are to increase the reliability of the formation of stabilized currents flowing through the thermal resistance, and increase the reliability of the measurement results.
Для достижения указанных технических результатов заявляемое устройство для измерения температуры контролируемого объекта содержит два идентичных, соединенных параллельно между собой канала измерения, основной и резервный, в которых производится формирование стабилизированных токов, протекающих через термосопротивление, сопротивление которого пропорционального температуре контролируемого объекта. Основной и резервный каналы идентичны по своей структуре; каждый из них содержит стабилизированный источник тока, к выходу которого подключен резистивный токовый шунт для измерения тока. К выводам резистивного токового шунта подключен инструментальный усилитель. Выход инструментального усилителя подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (далее - АЦП), встроенного в микроконтроллер. Токовый шунт подключен к стоку ключа, выполненного на полевом транзисторе с низким сопротивлением канала. Затвор транзисторного ключа подключен к выходу микроконтроллера. Исток транзистора подключен к одному из крайних выводов термосопротивления. К этому же выводу подключен исток транзистора другого (резервного) канала измерения, схема которого полностью идентична. Другой вывод термосопротивления подключен к общему выводу устройства измерения.To achieve these technical results, the claimed device for measuring the temperature of a controlled object contains two identical, parallel-connected measurement channels, the main and the backup, in which the formation of stabilized currents flowing through a thermal resistance, the resistance of which is proportional to the temperature of the controlled object. The main and backup channels are identical in their structure; each of them contains a stabilized current source, to the output of which a resistive current shunt is connected to measure the current. An instrumentation amplifier is connected to the outputs of the resistive current shunt. The output of the instrumental amplifier is connected to the input of an analog-to-digital converter (hereinafter - ADC) built into the microcontroller. The current shunt is connected to the drain of a switch made on a field-effect transistor with a low channel resistance. The gate of the transistor switch is connected to the output of the microcontroller. The source of the transistor is connected to one of the extreme terminals of the thermal resistance. The source of the transistor of another (reserve) measurement channel is connected to the same output, the circuit of which is completely identical. The other output of the thermal resistance is connected to the common output of the measuring device.
Описание осуществления изобретения может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания его сущности и изложено со ссылками на фигуру, приложенную к настоящему описанию. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность изобретения, а сделать ее более ясной.The description of the invention can be used as an example for a better understanding of its essence and is set out with reference to the figure attached to the present description. However, the following details are intended not to limit the essence of the invention, but to make it more clear.
На фиг. 1 представлена схема устройства измерения температуры контролируемого объекта, где:In FIG. 1 shows a diagram of a device for measuring the temperature of a controlled object, where:
1 – основной канал измерения;1 – main measurement channel;
2 – резервный канал измерения;2 – backup measurement channel;
3 – термосопротивление;3 - thermal resistance;
4 – микроконтроллер 1;4 – microcontroller 1;
5 – микроконтроллер 2;5 – microcontroller 2;
6 – стабилизированный источник тока 1;6 – stabilized current source 1;
7 – стабилизированный источник тока 2;7 - stabilized current source 2;
8 – токовый шунт 1;8 – current shunt 1;
9 – токовый шунт 2;9 – current shunt 2;
10 – инструментальный усилитель 1;10 – instrumental amplifier 1;
11 – инструментальный усилитель 2;11 – instrumental amplifier 2;
12 – АЦП 1, вход 1;12 – ADC 1, input 1;
13 – АЦП 2, вход 1;13 – ADC 2, input 1;
14 – выход управления 1;14 – control output 1;
15 – выход управления 2;15 – control output 2;
16 – АЦП 1, вход 2;16 – ADC 1, input 2;
17 – АЦП 2, вход 2;17 – ADC 2, input 2;
18 – транзисторный ключ 1;18 - transistor switch 1;
19 – транзисторный ключ 2.19 - transistor switch 2.
При измерении используется связь между температурой контролируемого объекта и величиной сопротивления датчика температуры. The measurement uses the relationship between the temperature of the controlled object and the resistance value of the temperature sensor.
На схеме устройства измерения температуры контролируемого объекта ток, протекающий через датчик температуры на основе термосопротивления, формируется двумя независимыми стабилизированными источниками тока. Каждый из этих двух источников формирует стабилизированный ток. Этот ток проходит через токовые шунты, усиливается инструментальными усилителями и измеряется аналого-цифровыми преобразователями (далее – АЦП), встроенными в микроконтроллеры. Это измерение позволяет знать величину тока, протекающего через термосопротивление. Далее этот ток проходит через транзисторный ключ и термосопротивление. Измерение напряжения на термосопротивлении осуществляется двумя независимыми каналами измерения, что позволяет не потерять данные при отказе одного из каналов измерения, а также повысить достоверность этих измерений. Данное напряжение измеряется на одном из выводов термосопротивления и преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП, встроенных в микроконтроллеры. Одновременно к термосопротивлению подключен только один из стабилизированных источников тока через транзисторный ключ. Другой канал измерения в это время также производит измерения напряжения на термосопротивлении, транзисторный ключ второго канала в это время закрыт. Если в канале, формирующем ток для термосопротивления в текущий момент, происходит отказ и через термосопротивление больше не протекает ток, то микроконтроллер другого канала после измерения напряжения на термосопротивлении открывает свой транзисторный ключ и подключает к термосопротивлению другой источник тока. Между установкой факта отсутствия напряжения на термосопротивлении и открытием транзисторного ключа есть фиксированная временная задержка. Эта задержка разная для основного и резервного каналов измерения, что исключает одновременное подключение двух источников тока к термосопротивлению. In the diagram of the device for measuring the temperature of the controlled object, the current flowing through the temperature sensor based on thermistor is formed by two independent stabilized current sources. Each of these two sources generates a stabilized current. This current passes through current shunts, is amplified by instrumentation amplifiers, and measured by analog-to-digital converters (hereinafter referred to as ADCs) built into microcontrollers. This measurement allows you to know the amount of current flowing through the thermistor. Further, this current passes through the transistor switch and the thermal resistance. The voltage measurement on the thermal resistance is carried out by two independent measurement channels, which allows not to lose data in case of failure of one of the measurement channels, as well as to increase the reliability of these measurements. This voltage is measured at one of the thermal resistance leads and converted to digital form using ADCs built into microcontrollers. At the same time, only one of the stabilized current sources is connected to the thermal resistance through a transistor switch. Another measurement channel at this time also measures the voltage on the thermal resistance, the transistor switch of the second channel is closed at this time. If a failure occurs in the channel that generates the current for the thermal resistance at the current moment and current no longer flows through the thermal resistance, then the microcontroller of another channel, after measuring the voltage on the thermal resistance, opens its transistor switch and connects another current source to the thermal resistance. There is a fixed time delay between setting the fact that there is no voltage on the thermal resistance and opening the transistor switch. This delay is different for the main and backup measurement channels, which excludes the simultaneous connection of two current sources to the thermal resistance.
В качестве стабилизированных источников тока могут использоваться операционные усилители OP284 со стабилитронами в цепи обратной связи. В качестве инструментального усилителя могут использоваться микросхемы INA828IDR. В качестве транзисторных ключей - оптроны G3VM-61VR(TR05). В качестве микроконтроллера – STM32F746VGT6.As stabilized current sources, operational amplifiers OP284 with zener diodes in the feedback circuit can be used. INA828IDR chips can be used as an instrumentation amplifier. As transistor switches - optocouplers G3VM-61VR (TR05). As a microcontroller - STM32F746VGT6.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796191C1 true RU2796191C1 (en) | 2023-05-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4142706A1 (en) * | 1991-12-21 | 1993-06-24 | Bosch Gmbh Robert | Temperature sensor, e.g. for exhaust of vehicle IC engine - has internal resistance with nonlinear temp. dependence and converts to near linear dependence, and has AC voltage source |
| RU2112224C1 (en) * | 1996-06-26 | 1998-05-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Microprocessor temperature controller |
| RU2165600C2 (en) * | 1999-05-26 | 2001-04-20 | Рязанский завод металлокерамических приборов | Temperature meter |
| RU2405131C1 (en) * | 2009-11-20 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию | Temperature difference metre with thermistor transducers |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4142706A1 (en) * | 1991-12-21 | 1993-06-24 | Bosch Gmbh Robert | Temperature sensor, e.g. for exhaust of vehicle IC engine - has internal resistance with nonlinear temp. dependence and converts to near linear dependence, and has AC voltage source |
| RU2112224C1 (en) * | 1996-06-26 | 1998-05-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Microprocessor temperature controller |
| RU2165600C2 (en) * | 1999-05-26 | 2001-04-20 | Рязанский завод металлокерамических приборов | Temperature meter |
| RU2405131C1 (en) * | 2009-11-20 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию | Temperature difference metre with thermistor transducers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7365559B2 (en) | Current sensing for power MOSFETs | |
| US10209143B2 (en) | Thermo wire testing circuit | |
| KR0169088B1 (en) | Circuit for measuring the internal resistance of a lambda sensor | |
| RU2796191C1 (en) | Device for measuring the temperature of a controlled object | |
| Delahaye | A double constant current source for cryogenic current comparators and its applications | |
| CN216433283U (en) | High-precision temperature acquisition system for lithium battery formation | |
| RU2313799C1 (en) | Mode of controlling reduction of resistance of insulation in a line of feeding voltage to a load and an arrangement for its execution | |
| US10742206B2 (en) | Switching circuit | |
| US3187576A (en) | Electronic thermometer | |
| Kochan et al. | Correcting measurement error due to heating by operating current of resistance temperature detectors | |
| Parks | A buildup method for determining the voltage coefficient of high voltage resistors | |
| Marzano et al. | A quantum Hall effect Kelvin bridge for resistance calibration | |
| US2440004A (en) | Root mean square voltage measuring circuit | |
| RU161928U1 (en) | MULTI-VALUED CONSTANT VOLTAGE MEASURE | |
| JPS62261968A (en) | Measuring instrument for physical quantity | |
| US3297939A (en) | Direct reading potentiometer | |
| RU2547882C2 (en) | Method to measure medium temperature | |
| Elangovan et al. | Simple Digitizing Circuit for Resistive Sensors in π-Network Form | |
| RU2602400C1 (en) | Device for measuring cryogenic temperatures | |
| RU2200304C2 (en) | Temperature converter | |
| US3495169A (en) | Modified kelvin bridge with yoke circuit resistance for residual resistance compensation | |
| SU396637A1 (en) | RESISTANCE METER | |
| Kim et al. | The establishment of high current DC shunt calibration system at KRISS and comparison with NRC | |
| JP2024092075A (en) | Temperature Sensor | |
| SU415612A1 (en) |