Исследование схемы измерения температуры на основе термисторов и диодов

Внедрение: 2019 г.

Повышение надежности и увеличение ресурса радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов связывают с возможностью непрерывного контроля температурных полей печатных плат. В контексте этой тематики авторы статьи [1] исследовали патентованный метод многоканального измерения температуры с использованием термисторов и диодных пар, включенных в последовательные звенья [2]. В исследованиях применялись модули LTR11, LTR34, LTR27.

Предложенный в патенте [2] метод основан на измерении с помощью термочувствительных элементов Ti, состоящих из соединенных друг с другом одинаковых диодов DDi и двух одинаковых резисторов R (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема измерений в патенте.

Источник постоянного напряжения 1 подключен к термочувствительным элементам проводами U1 и U3. Источник гармонического напряжения 2 и регистратор сигналов 3 соединены проводами U1 и U2. Источник постоянного напряжения 1 подключен к делителю напряжения из 2N одинаковых резисторов с сопротивлением R. Изменение тока через диодную пару измеряется записывающим устройством 3 и обрабатывается. Сигнал дифференцируется, и температура термочувствительного элемента Ti, номер которого определяется порядком следующих пиков, вычисляется по амплитуде пика производной.

В исследуемой схеме измерения (рисунок 2) термисторы рассматривались как датчики температуры Rx₁, …, Rx_N, а диодные пары используются для фиксации момента, когда напряжение пилообразного сигнала Up_i совпадает с напряжением Ux_i в соответствующей точке делителя напряжения. Резистор Rx₀ действует как калибровочное сопротивление. Сигнал Ux₀ от резистора Rx₀ дифференцируется, и напряжение между двумя термисторами определяется максимальной амплитудой пика производной.

Рисунок 2. Схема измерений в эксперименте.

Пилообразное напряжение Up и постоянное напряжение на делитель U₀ = 10 В подавались от модуля ЦАП LTR34-8. Напряжение Up и Ux₀ на калибровочном сопротивлении измерялось модулем АЦП LTR11 (рисунок 3).

Рис. 3. Результаты измерения Up и Ux₀ (мкВ) в зависимости от времени. Зелёным цветом показана производная по времени dUx₀/dt измеренного сигнала в увеличенном масштабе. 

В экспериментах также был применён контрольный термистор ТП018‑02, приклеенный к основанию конструкции. Его сопротивление измерялось субмодулем H‑27R‑100 в составе модуля LTR27.

Предложенный вариант трехпроводной схемы подключения датчиков температуры в нескольких точках проверен экспериментально, в том числе и при отрицательных температурах. Использование термисторов в качестве датчиков температуры и диодных пар, определяющих адресацию измерительных элементов, позволяет реализовать трехпроводную схему измерения температуры в диапазоне от –10 °С и выше с погрешностью менее 4 %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности в рамках проекта № 18‑47‑242005.

Источник:

1. Деревянко В.А., Макуха А.В. Измерение распределения температуры с помощью трехпроводной системы датчиков на основе термисторов // Сибирский журнал науки и технологий. – 2019. – Т. 20, № 3. – С. 334‑343. Doi: 10.31772/2587-6066-2019-20-3-334-343.
2. Пат. RU2079822 C1. Устройство измерения пространственного распределения температуры / А.Г. Баширова, Ю.К. Евдокимов, В.В. Краев, Ф.Х. Натфулов; заявитель КНИТУ‑КАИ. № 94038391/28; заявл. 11.10.1994; опубл. 27.03.1997.

Разработчик: Деревянко В.А., Макуха А.В. (Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск)