[go: up one dir, main page]

RU2405131C1 - Temperature difference metre with thermistor transducers - Google Patents

Temperature difference metre with thermistor transducers Download PDF

Info

Publication number
RU2405131C1
RU2405131C1 RU2009143053/28A RU2009143053A RU2405131C1 RU 2405131 C1 RU2405131 C1 RU 2405131C1 RU 2009143053/28 A RU2009143053/28 A RU 2009143053/28A RU 2009143053 A RU2009143053 A RU 2009143053A RU 2405131 C1 RU2405131 C1 RU 2405131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
switch
thermistor
current
adc
reference voltage
Prior art date
Application number
RU2009143053/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Дмитриевич Леонов (RU)
Сергей Дмитриевич Леонов
Александр Алексеевич Максимчук (RU)
Александр Алексеевич Максимчук
Юрий Валентинович Троицкий (RU)
Юрий Валентинович Троицкий
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
Priority to RU2009143053/28A priority Critical patent/RU2405131C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2405131C1 publication Critical patent/RU2405131C1/en

Links

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making. ^ SUBSTANCE: proposed device comprises two thermistor transducers, two current sources and ADC with external reference voltage source. Closed element of the first switch is connected with the second switch normally open element and first power source output, while normally-closed element of the second switch is connected with normally-open element of the first switch and second current source output to allow sequential connection of current sources to thermistor transducers. Extra resistor is connected to connection point of said thermistor to allow total current of both sourced to flow there through. Voltage drop at said resistor is used as ADC reference voltage which makes the sum of two sequential temperature difference measurements independent of current source instability. ^ EFFECT: higher accuracy of measurements. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах сбора данных в технологических устройствах, а также в медицинской практике.The invention relates to measuring equipment, can be used in data acquisition systems in technological devices, as well as in medical practice.

Известны устройства для измерения разности температуры, использующие электрический мост с двумя терморезистивными датчиками с управляющими электродами и схемой уравновешивания моста [Коробов P.M., Брусенцов Ю.А., Королев А.П., Фесенко А.И. Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт). Устройство измерения разности температуры. Патент (11)2254559. Опубл. 20.06.2005; Фесенко А.И., Ищук И.Н., Чудинов Ю.В. Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт). Устройство измерения разности температуры. Патент (11)2006106082. Опубл. 20.09.2007]. Недостатками устройств являются сложность используемых схем управления, использование дорогостоящих терморезистивных датчиков с управляющими электродами, ограничивающими точность измерения и быстродействие измерителя.Known devices for measuring the temperature difference using an electric bridge with two thermoresistive sensors with control electrodes and a bridge balancing circuit [Korobov P.M., Brusentsov Yu.A., Korolev A.P., Fesenko A.I. Tambov Higher Military Aviation Engineering School of Radio Electronics (Military Institute). Temperature difference measuring device. Patent (11) 2254559. Publ. 06/20/2005; Fesenko A.I., Ischuk I.N., Chudinov Yu.V. Tambov Higher Military Aviation Engineering School of Radio Electronics (Military Institute). Temperature difference measuring device. Patent (11) 2006106082. Publ. September 20, 2007]. The disadvantages of the devices are the complexity of the control circuits used, the use of expensive thermoresistive sensors with control electrodes that limit the measurement accuracy and speed of the meter.

Известно устройство [АВТЭКС Санкт-Петербург, http://www.autexspb.da.ru, стр.7.13], [AnalogDevice], измеряющее температуру, содержащее последовательно соединенные терморезистивный датчик, дополнительный резистор и источник тока, выводы терморезистора подключены к измерительному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выводы дополнительного резистора - ко входам внешнего опорного напряжения АЦП.A device is known [AVTEX St. Petersburg, http://www.autexspb.da.ru, p. 7.13], [AnalogDevice], measuring a temperature, containing a thermistor sensor in series, an additional resistor and a current source, the terminals of the thermistor are connected to the measuring input analog-to-digital Converter (ADC), and the findings of the additional resistor to the inputs of the external reference voltage of the ADC.

Недостатком устройства является то, что измеряется падение напряжения на полном сопротивлении датчика Rt=Rt(0)(1-α·t), а не на приращении ΔRt=a·t, вызываемом приращением измеряемой температуры, что приводит к неэффективному использованию диапазона преобразования АЦП. Последнее особенно важно при медицинских измерениях, где из-за относительно малых измеряемых температур приращение ΔRt невелико, и, соответственно, используется лишь малая часть диапазона преобразователя, что не позволяет обеспечить высокое разрешение измерения температуры.The disadvantage of this device is that the voltage drop is measured at the sensor impedance Rt = Rt (0) (1-α · t), and not at the increment ΔRt = a · t caused by the increment of the measured temperature, which leads to inefficient use of the ADC conversion range . The latter is especially important in medical measurements, where, due to the relatively small measured temperatures, the increment ΔRt is small, and, accordingly, only a small part of the transducer range is used, which does not allow for a high resolution of temperature measurement.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [АВТЭКС Санкт-Петербург, http://www.autexspb.da.ru, стр.7.14], измеряющее разность температур, содержащее два источника тока, один из которых соединен с первым терморезистивным датчиком, а второй - с образцовым резистором, вместо которого может использоваться второй терморезистивный датчик, выводы этих резисторов подключены к дифференциальному входу АЦП. Устройство лишено соответствующего недостатка предыдущей схемы.The closest in technical essence to the claimed is a device [AVTEX St. Petersburg, http://www.autexspb.da.ru, p.7.14], which measures the temperature difference, containing two current sources, one of which is connected to the first thermoresistive sensor, and the second with a model resistor, instead of which a second thermoresistive sensor can be used, the outputs of these resistors are connected to the differential input of the ADC. The device is devoid of the corresponding drawback of the previous scheme.

Недостатком данного устройства является наличие погрешности, вносимой отклонением токов от номинала.The disadvantage of this device is the presence of an error introduced by the deviation of the currents from the nominal value.

Целью настоящего изобретения является обеспечение независимости результатов измерения от нестабильности токов питания.The aim of the present invention is to ensure independence of the measurement results from the instability of the supply currents.

Достижение цели достигается введением переключателей в токовые цепи последовательно с каждым терморезистивным датчиком и введением дополнительного резистора, включенного между точкой объединения терморезисторов и общей точкой схемы, выводы внешнего опорного напряжения АЦП подключены к выводам этого резистора.Achieving the goal is achieved by introducing switches into the current circuits in series with each thermoresistive sensor and introducing an additional resistor connected between the combining point of the thermistors and the common point of the circuit, the terminals of the external reference voltage of the ADC are connected to the terminals of this resistor.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой, представленной на чертеже.The invention is illustrated by the functional diagram shown in the drawing.

Устройство содержит два источника тока 1 (I1) и 2 (I2), два переключателя 3, 4, коммутирующие элементы которых соединены с выводом первого терморезистивного датчика 5 (Rt1) и второго терморезистивного датчика 6 (Rt2), нормально замкнутый элемент первого переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом второго переключателя и выходом источника тока 1, а нормально замкнутый элемент второго переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом первого переключателя и выходом источника тока 2, точки соединения источников тока и терморезистивных датчиков 5, 6 соединены с дифференциальными входами аналого-цифрового преобразователя 8, вторые входы резисторов объединены и соединены с выводом дополнительного резистора 7 (RД) и с входом внешнего опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя (REF+), второй вывод резистора подключен к общей точке и ко второму входу внешнего опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя (REF-).The device contains two current sources 1 (I 1 ) and 2 (I 2 ), two switches 3, 4, the switching elements of which are connected to the output of the first thermoresistive sensor 5 (Rt1) and the second thermoresistive sensor 6 (Rt2), a normally closed element of the first switch connected to the normally open element of the second switch and the output of the current source 1, and the normally closed element of the second switch is connected to the normally open element of the first switch and the output of current source 2, connection points of the current sources and thermoresis stivnyh sensors 5, 6 are connected to differential inputs of analog-to-digital converter 8, the second inputs of the resistors are combined and connected to the terminal of the additional resistor 7 (R D) and to the input of an external reference voltage analog-to-digital converter (REF +), the second terminal of the resistor connected to the general point and to the second input of the external reference voltage of the analog-to-digital converter (REF-).

Устройство работает следующим образом. При исходном положении (а1, а2) переключателей 1, 2 через резистор Rt1 протекает ток I1, создавая на нем падение напряжения I1·Rt1, через резистор Rt2 протекает ток I2, создавая на нем падение напряжения I2·Rt2. Через дополнительный резистор RД протекает суммарный ток I1+I2, создавая падение напряжения UД=(I1+I2)·RД. При этом к входу IN1 будет приложено напряжение UIN1=I1·Rt1+(I1+I2)·RД, а к входу IN2 UIN2=I2·Rt2+(I1+I2)·RД. Дифференциальное напряжение, приложенное между двумя входами АЦП:The device operates as follows. At the initial position (a1, a2) of switches 1, 2, current I 1 flows through resistor Rt1, creating a voltage drop I 1 · Rt1 on it, current I 2 flows through resistor Rt2, creating a voltage drop I 2 · Rt2 on it. The total current I 1 + I 2 flows through an additional resistor R D , creating a voltage drop U D = (I 1 + I 2 ) · R D. In this case, the voltage U IN1 = I 1 · Rt1 + (I 1 + I 2 ) · R D will be applied to the input IN1, and the input IN 2 U IN2 = I 2 · Rt2 + (I 1 + I 2 ) · R D. Differential voltage applied between two ADC inputs:

Figure 00000001
Figure 00000001

Затем переключатели 1, 2 переводятся в положение (б1, б2). При этом положении переключателей через резистор Rt1 протекает ток (I2), создавая на нем падение напряжения I2·Rt1, через резистор Rt2 протекает ток (I1), создавая на нем падение напряжения I1·Rt2.Then the switches 1, 2 are transferred to the position (b1, b2). In this position of the switches, current (I 2 ) flows through resistor Rt1, creating a voltage drop I 2 · Rt1 on it, current (I 1 ) flows through resistor Rt2, creating a voltage drop I 1 · Rt2 on it.

Дифференциальное напряжение, приложенное между двумя входами АЦП, в этом случае будет:The differential voltage applied between the two ADC inputs in this case will be:

Figure 00000002
Figure 00000002

Среднеарифметическое значение результата двух измеренийThe arithmetic mean of the result of two measurements

Figure 00000003
Figure 00000003

Напряжение UД, прикладываемое к обоим входам АЦП, носит синфазный характер. Наличие положительного значения синфазного сигнала позволяет измерять с помощью АЦП как положительное, так и отрицательное значение сигналов ΔU.The voltage U D applied to both inputs of the ADC is in-phase. The presence of a positive value of the common-mode signal makes it possible to measure using the ADC both the positive and negative values of the signals ΔU.

В результате каждого аналого-цифрового преобразования сигналов ΔU мы получим:As a result of each analog-to-digital conversion of ΔU signals, we obtain:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Nmax - максимальное значение кода АЦП, UREF - опорное напряжение АЦП, I1 - значение тока первого источника, I2 - значение тока второго источника, Rt1 - сопротивление терморезистивного датчика 5 при температуре t1, Rt2 - сопротивление терморезистивного датчика 6 при температуре t2,where N max is the maximum value of the ADC code, U REF is the reference voltage of the ADC, I 1 is the current value of the first source, I 2 is the current value of the second source, Rt 1 is the resistance of the thermoresistive sensor 5 at t 1 , Rt 2 is the resistance of the thermoresistive sensor 6 at a temperature of t 2 ,

Figure 00000005
Figure 00000005

Соответственно, среднеарифметическое значение двух преобразований:Accordingly, the arithmetic mean value of two transformations:

Figure 00000006
Figure 00000006

Опорное напряжение в предлагаемом устройстве снимается с дополнительного резистора 7 (Rд):The reference voltage in the proposed device is removed from the additional resistor 7 (R d ):

Figure 00000007
Figure 00000007

Из выражений (5), (6) следует:From the expressions (5), (6) it follows:

Figure 00000008
Figure 00000008

Или, учитывая зависимость сопротивления терморезисторов от температуры Rt=Rt(0)(1-α·T):Or, given the dependence of the resistance of thermistors on temperature Rt = Rt (0) (1-α · T):

Figure 00000009
Figure 00000009

Полученное выражение показывает, что результат преобразования не зависит от стабильности источников токов 1 и 2.The resulting expression shows that the conversion result does not depend on the stability of the sources of currents 1 and 2.

Пример реализации заявляемого устройства. Работу устройства можно проиллюстрировать на примере построения разработанной и используемой экспериментальной установки для контроля неравномерности температуры различных участков кожного покрова пациентов при медицинских исследованиях.An example implementation of the inventive device. The operation of the device can be illustrated by the example of the construction of the developed and used experimental setup for monitoring the temperature unevenness of various sections of the skin of patients during medical research.

Простейшая реализация устройства осуществлялась с использованием аналого-цифрового преобразователя (8) микроконтроллера Atmega 16A, двух источников тока (1, 2) на транзисторной сборке СА3086, сдвоенного интегрального переключателя ADG436 (3, 4), терморезистивных датчиков (5, 6) типа ТСП100П. Обработка полученных результатов производилась с помощью микроконтроллера, входящего в состав микросхемы. Величина токов обоих источников задана равной 5 мА, что не приводит к саморазогреву датчиков. Дополнительный резистор (7) выбран равным 2.4 кОм. При этом на нем сформируется опорное напряжение для АЦП, равное 2.4 В. Для исследования неоднородности температурного поля кожного покрова примем максимальную разность температур (t1-t2)=5°С. Программируемый коэффициент усиления встроенного предусилителя АЦП выберем равным 200, для платинового терморезистивного датчика α=0,00385 (°С)-1. В этом случае в соответствии с выражением (6) коэффициент использования диапазона измерения АЦП (N2+N1)/Nmax=0.83. При использовании АЦП микроконтроллера в дифференциальном включении Nmax=255 (8 разрядов), разрешающая способность измерителя будет 5°С/(0.83·255)=0.02°С.The simplest implementation of the device was carried out using an Atmega 16A microcontroller analog-to-digital converter (8), two current sources (1, 2) on a CA3086 transistor assembly, an ADG436 dual integrated switch (3, 4), and TSP100P type thermoresistive sensors (5, 6). Processing of the results was carried out using a microcontroller, which is part of the microcircuit. The currents of both sources are set equal to 5 mA, which does not lead to self-heating of the sensors. An additional resistor (7) is chosen equal to 2.4 kOhm. At the same time, a reference voltage for the ADC equal to 2.4 V will be formed on it. To study the heterogeneity of the temperature field of the skin, we take the maximum temperature difference (t 1 -t 2 ) = 5 ° C. The programmable gain of the built-in preamplifier of the ADC is chosen equal to 200, for a platinum thermoresistive sensor α = 0.00385 (° С) -1 . In this case, in accordance with expression (6), the coefficient of use of the ADC measurement range (N2 + N1) / N max = 0.83. When using the ADC of a microcontroller in differential switching N max = 255 (8 bits), the resolution of the meter will be 5 ° С / (0.83 · 255) = 0.02 ° С.

Испытания схемы показали, что разброс токов по обоим каналам в пределах 20% (в пределах допустимого изменения опорного напряжения) на погрешность измерения не влияет.Tests of the circuit showed that the spread of currents on both channels within 20% (within the permissible change in the reference voltage) does not affect the measurement error.

Claims (1)

Устройство измерения разности температур, включающее два терморезистивных датчика, к каждому из которых подключен свой источник тока, аналого-цифровой преобразователь, дифференциальные входы которого подключены к точкам соединения источников тока и терморезистивных датчиков, отличающееся тем, что введены два переключателя, нормально 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, вторые выводы терморезистивных датчиков объединены и соединены с выводом дополнительного резистора и с входом внешнего опорного напряжения, второй вывод дополнительного резистора подключен к общей точке и ко второму входу внешнего опорного напряжения. A device for measuring the temperature difference, which includes two thermoresistive sensors, each of which is connected to its current source, an analog-to-digital converter, the differential inputs of which are connected to the connection points of current sources and thermoresistive sensors, characterized in that two switches are inserted, a normally closed element of the first switch connected to a normally open element of the second switch and the output of the first current source, and a normally closed element of the second switch is connected with the normally open element of the first switch and the output of the second current source, the second terminals of the thermoresistive sensors are combined and connected to the output of the additional resistor and to the input of the external reference voltage, the second output of the additional resistor is connected to a common point and to the second input of the external reference voltage.
RU2009143053/28A 2009-11-20 2009-11-20 Temperature difference metre with thermistor transducers RU2405131C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143053/28A RU2405131C1 (en) 2009-11-20 2009-11-20 Temperature difference metre with thermistor transducers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143053/28A RU2405131C1 (en) 2009-11-20 2009-11-20 Temperature difference metre with thermistor transducers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2405131C1 true RU2405131C1 (en) 2010-11-27

Family

ID=44057669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009143053/28A RU2405131C1 (en) 2009-11-20 2009-11-20 Temperature difference metre with thermistor transducers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2405131C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796191C1 (en) * 2023-01-09 2023-05-17 Акционерное общество "ЭЙРБУРГ" Device for measuring the temperature of a controlled object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2030717C1 (en) * 1991-06-13 1995-03-10 Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения Device for measuring temperature difference
RU2254559C1 (en) * 2003-12-17 2005-06-20 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Arrangement for measuring temperature difference
RU2269750C2 (en) * 2004-03-01 2006-02-10 Пензенский государственный университет Method of thermoresistant temperature measurement
RU2317531C2 (en) * 2006-02-26 2008-02-20 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Device for measuring temperature difference

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2030717C1 (en) * 1991-06-13 1995-03-10 Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения Device for measuring temperature difference
RU2254559C1 (en) * 2003-12-17 2005-06-20 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Arrangement for measuring temperature difference
RU2269750C2 (en) * 2004-03-01 2006-02-10 Пензенский государственный университет Method of thermoresistant temperature measurement
RU2317531C2 (en) * 2006-02-26 2008-02-20 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Device for measuring temperature difference

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796191C1 (en) * 2023-01-09 2023-05-17 Акционерное общество "ЭЙРБУРГ" Device for measuring the temperature of a controlled object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111263889B (en) Method for operating a battery sensor and battery sensor
US8845870B2 (en) Digital potentiostat circuit and system
CN103968969B (en) Temperature measurement device and programmable system-on-chip
CA2898377C (en) Sensor interface circuits
JP2013504250A (en) Multiplexer for detecting and correcting leakage current
CN101169341B (en) Temperature measuring circuit
CN103411699B (en) A kind of high precision measuring temperature instrument
TR202020541A1 (en) A TEMPERATURE SENSING SYSTEM WITH THE THERMISTOR
CN203216628U (en) Temperature measuring device
KR101375363B1 (en) Apparatus for measuring temperature using thermistor
KR101074599B1 (en) Temperature Detector and Measurement Method Of The Same
RU2008132748A (en) THERMOMETRIC BRAID AND ITS CALIBRATION METHOD
RU2405131C1 (en) Temperature difference metre with thermistor transducers
RU2586084C1 (en) Multi-channel converter of resistance of resistive sensors into voltage
CN109564139B (en) Sensor device
KR200417455Y1 (en) Resistance measuring device
CN103217567A (en) Current detection method and power detection circuit
CN203385494U (en) High-precision temperature measurer
RU2374709C1 (en) Temperature-voltage converter
CN114184856A (en) Thermal noise detection device based on fully differential structure and noise thermometer
RU2395060C1 (en) Frequency converter for disbalance signal of strain gauge bridge with low temperature error
RU2612200C1 (en) Resistance transducer and thermal electromotive force in tense
RU2666582C2 (en) Digital current meter
CN110987223B (en) An improved high-precision platinum resistance temperature measuring circuit
Suthar et al. Low Cost Signal Conditioning Technique for RTD Measurement.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121121