Пристрій для вимірювання температури

1 Пристрій для вимірювання температури, що містить двочастотний термозалежний генератор, виконаний на транзисторі за схемою ємнісної триточки з спільним колектором з послідовним LCконтуром забезпечення СТІЙКОСТІ двочастотних коливань і двочастотним термочутливим кварцовим резонатором у ланцюзі, що задає частоту, Винахід відноситься до галузі (області) техніки температурних вимірів, а саме до пристроїв для вимірювання температури за допомогою пьєзокварцевих перетворювачів, і може бути використаний для дослідження чи завдання закону зміни температурних полів різноманітних біологічних чи народногосподарських об'єктів ВІДОМІ пристрої для вимірювання температури (Ас СССР № 1747947 Пьезокварцевый преобразователь температуры / В Ф Солодовник, В А Шевелев, МЛЧебан и др//Бюл изобрет 1992 № 2 6 С 150 А с СССР № 1715034 Устройство для измерения температуры /А А Зеленский, В Ф Солодовник, В А Шевелев и др // Бюл изобрет 1992 № 7 С 152 А с СССР №1654680 Устройство для измерения температуры / В Я Баржин, А А Зеленский, В Ф Солодовник и др // Бюл изобрет 1991 № 21 С 100), що містять двохчастотний термозалежний генератор, виконаний на транзисторі за схемою ємнісної триточки зі спільним колектором з послідовним LC-контуром забезпечення СТІЙКОСТІ двохчастотних коливань і двохчастотним термочутливим кварцовим резонатором у ланцюзі, що задає частоту, а також такі пристрої (Ас СССР № 1715034 Устройство для измерения температуры /А А Зеленский, В Ф Солодовник, В А Шевелєв и др // Бюл изобрет лічильник, лічильний ВХІД ЯКОГО з єднаний з вихо дом фільтра нижніх частот, опірний вхід підключений до виходу подільника частоти, а вихід підключений до блока реєстрації, при цьому виходом двочастотного термозалежного генератора є точка з'єднання включених у ланцюг живлення генератора ВЧ кабелю і резистора, який відрізняється тим, що в нього введені амплітудний детектор і смуговий фільтр, які своїми виходами підключені до входів фільтра нижніх частот і подільника частоти, ВІДПОВІДНО, а входами підключені до виходу двочастотного термозалежного генератора 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що лічильник, подільник частоти і блок реєстрації виконані в мікросхемі однокристального процесора 1992 № 7 С 152), у яких виходом двохчастотного термозалежного генератора є точка з'єднання включених у ланцюг живлення генератора ВЧ кабелю і резистора Прототипом за пропонованого пристрою є відомий пристрій для вимірювання температури (А с СССР № 1654680 Устройство для измерения температуры / В Я Баржин, А А Зеленский, В Ф Солодовник и др // Бюл изобрет 1991 № 21 С 100), що містить двохчастотний термозалежний генератор, виконаний на транзисторі за схемою ємнісної триточки з спільним колектором з послідовним LC-контуром забезпечення СТІЙКОСТІ двохчастотних коливань і двохчастотним термочутливим кварцовим резонатором у ланцюзі, що задає частоту, лічильник, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом фільтра нижніх частот, опорний вхід підключений до виходу дільника частоти, а вихід підключений до блоку реєстрації, у якому виходом двохчастотного термозалежного генератора є, як це зроблено у відомому пристрої (А с СССР № 1715034 Устройство для измерения температуры /А А Зеленский, В Ф Солодовник, В А Шевелев и др //Бюл изобрет 1992 № 7 С 152), точка з'єднання включених у ланцюг живлення генератора ВЧ кабелю і резистора В основу винаходу поставлена задача вдоско 00 ю (О 46581 налення пристрою вимірювання температури шляхом введення в нього нових елементів та зв'язків, що зрештою дозволяє підвищити серійнопридатність пристрою при одночасному забезпеченні алгоритмічної обробки результатів вимірювання при використання винаходу Введення ВІДПОВІДНО до винаходу амплітудного детектора і смугового фільтра, що своїми виходами підключені до входів фільтра нижніх частот і дільника частоти, ВІДПОВІДНО, а входами підключені до виходу двохчастотного термозалежного генератора, приводить до того, що працездатність пропонованого пристрою забезпечується при ЗМІНІ транзисторів, кварцових резонаторів і ЗМІНІ режимів їхньої роботи в інтервалі вимірюваних температур двохчастотного термозалежного генератора, і, отже, підвищується серійнопридатність пристрою Виконання лічильника, дільника частоти і пристрою, що реєструє, у мікросхемі однокристального процесора зменшує КІЛЬКІСТЬ використовуваних мікросхем і, отже, дозволяє спростити конструкцію пристрою для вимірювання температури при одночасному забезпеченні алгоритмічної обробки результатів вимірювання На фіг 1 показанасхема пристрою для вимірювання температури (пристрій виготовлено на мікросхемі двохчастотного термозалежного генератора виробництва ПО "Моноліт", м Харків), на фіг 2 - можливий варіант застосованого в пристрої кварцового резонатора, залежності частот основних кварцованих коливань частот / і , /2 і різницеве коливання частоти / р двохчастотного генератора від температури Т і спектр коливань кварцованих (основних) частот/і,/2 (фіг 3,4) Пристрій для вимірювання температури містить двохчастотний термозалежний генератор 1, виконаний на транзисторі 2 за схемою ємнісної триточки з спільним колектором з послідовним LCконтуром 3 забезпечення СТІЙКОСТІ двохчастотних коливань і двохчастотним термочутливим кварцовим резонатором 4 у ланцюзі, що задає частоту, лічильник 5, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом фільтра 6 нижніх частот, опорний вхід підключений до виходу дільника 7 частоти, а вихід підключений до блоку 8 реєстрації, при цьому виходом двохчастотного термозалежного генератора 1 є точка з'єднання включених у ланцюг живлення генератора ВЧ кабелю 9 і резистора 10, а також введені амплітудний детектор 11 і смуговий фільтр 12, що своїми виходами підключені до входів фільтра 6 нижніх частот і дільника 7 частоти, ВІДПОВІДНО, а входами підключені до виходу двохчастотного термозалежного генератора 1, і лічильник 5, дільник 7 частоти і пристрій, що реєструє, 8 виконані в мікросхемі 13 однокристального процесора Пристрій для вимірювання температури працює в такий спосіб Термозалежний генератор 1 виконаний на біполярному транзисторі 2 за схемою ємнісної триточки зі спільним колектором Двохчастотний кварцовий резонатор 4 включений у ланцюг генератора, що задає частоту, між колектором і базою транзистора У пристрої використовується двохелектродний кварцовий резонатор ПЯ-среза, що серійно випускається промисловістю, у якого на частоті / і , що приблизно в 1,2 рази перевищує частоту основного коливання /2 з позитивним температурним коефіцієнтом, знаходиться ангармоніческий обертон з негативним температурним коефіцієнтом і динамічним опором, у 2 - 3 рази більшим, ніж на основному коливанні Можливе застосування кварцового резонатора (див фіг 2) з виконаним на тієї ж пьезопластші акустичне зв'язаним з першим і електричне закороченим другим кварцовим резонатором, що має два резонанси зв'язку на частотах /сі, /с2 і диференційно чутливим до змін температури, тому що частоти зв'язку визначаються в такий спосіб U - Ml + КС(Т)Щ, fc2 - Ml - KC(7)/2J. (1) Термозалежний генератор на основі триточечного генератора на транзисторі з ємнісним зв'язком виконаний двохчастотним, для чого емітер транзистора через послідовний LC-контур З з'єднаний із загальною шиною джерела живлення Тому колекторний струм і, отже, струм живлення генератора являють собою багаточастотне коливання, що містить спектр складових частот Ат^ЩҐі^п/г, (2) де m, n - ЦІЛІ числа, /і и /2 ( т = 1, п = 0 и т = 0, п = 1) - кварцовані частоти Комбінаційні складові частот / m n можуть мати різні амплітуди в залежності від робочої точки нелінійної характеристики, на якій відбувається нелінійне перетворення При цьому в генераторі 1 можливі ситуації, коли амплітуди складових зменшуються або складові цілком вироджуються Тому в устроі-прототипі при ЗМІНІ транзистора або кварцового резонатора, а також при ЗМІНІ режиму, зокрема, при ЗМІНІ параметрів транзистора чи резонатора в діапазоні температур можливі ситуації зменшення амплітуди або повне зникнення різницевого коливання частоти / р =/і - /г, що призводило до порушення працездатності устроюпрототипу У пропонованому пристрої багаточастотне коливання з виходу генератора 1 надходить на введений амплітудний детектор 11 У ньому здійснюється нелінійне перетворення многочастотного сигналу (2) і на виході формується різницеве коливання частоти /р, тому що робоча точка детектора 11 обрана на ДІЛЯНЦІ необхідної нелінійності і не залежить від параметрів транзистора або кварцового резонатора генератора 1 У зв'язку з цим працездатність пропонованого пристрою забезпечується для різних транзисторів, кварцових резонаторів і режимів їхньої роботи в інтервалі вимірюваних температур генератора 1, а отже, підвищується серійнопридатність пристрою Різницеве коливання є найбільш низькочастотним, тобто тому це коливання одфільтровується фільтром 6 нижніх частот і подається на лічильний вхід лічильника 5 На вхід дільника 7 частоти через смуговий фільтр 12 з невисокою вибірковістю надходить двохчастотне коливання частот / і , /2 Двохчастотне коливання являє собою коливання б и т в , тобто коливання, частота /б® якого промодульо 46581 вана з частотою / р =/і - /г і дорівнює де к=Аі/Аг - співвідношення амплітуд коливань частот/і, / 2 Дільник 7 частоти поділяє частоту /б на N і одночасно усереднює її в часі на періоді ВИХІДНОГО коливання При цьому частота ВИХІДНОГО коливання дільника частоти Таким чином, на виході дільника 7 частота/в коливання відрізняється від частоти /г/N на 7 відносну величину, що не перевищує k/N и 10 , причому при /pN//2 = 2л, де І = 0,1,2 , а /г//г = 0, тобто частота /б ВИХІДНОГО коливання дільника частоти точно дорівнює діленої на N частоті /г кварцованого коливання Це дозволяє для формування на опорному вході лічильника 5 опорного коливання частоти /2 використовувати перед дільником 7 частоти низьковиборний смуговий фільтр 12, задачею якого є відділення коливання б и т в частот / і , /2 від далеко віддалених від них по частоті різницевого і сумарного коливань частот /р, / с При цьому не потрібно виділяти це коливання з ланцюга кварцового резонатора, вносячи в ланцюг генератора, що задає частоту, нестабільність навантаження й у деяких випадках порушуючи умови регенерації і працездатність генератора 1, як це було в устроі-прототипі Тому введення смугового фільтра 12 також приводить до більш надійної роботи і, отже, до підвищення серійнопридатності пропонованого пристрою При застосуванні кварцового резонатора ПЯсреза з коливаннями основного й ангармонического обертонів чи акустичне зв'язаного кварцового резонатора (див Фіг 2) з коливаннями на двох частотах зв'язку частоти fi 1 /2 генератори 1 ЛІНІЙНО залежать від температури Т (див фіг 2, б) f,=k1T + F1, f2 = k2T+F2, kA2