Шумовой термометр

 

ШУМОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержа щА датчик температур, выполненный в виде резистора и соединенный через коммутатор с входом операционного усилителя с резистором в цепи обратной связи, выходом запоминающего устройства и входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к последовательно соединенным квадратичному детектору, интегратору и запоминающему устройству, выход которого через ключ подключен к входу интегратора, регистратор, подключенный к ВЫХОДУ операционного усилителя, отличающийся i тем, что, с целью повьшенйя точности измерения температуры, в него введен с/) резистор, включенный мезвду входом операционного усилителя и выходом запоминающего устройства. fO о о 00 /J

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NU

РЕСПУБЛИН (19) (1И

З 1Р G 01 К 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ь

1 и ABTOPCHOIMV СВИДЕТЕЛЪСТВУ (54) (57) ШУМОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий датчик темпвратурй, выполненный в виде резистора и соединенный через коммутатор с входом операционного усилителя с резистором B цепи обратной связи, выходом запоминающего устройства и входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к последовательно соединенным квадратичному детектору, интегратору и запоминающему устройству, выход которого через ключ подключен к входу интегратора, регистратор, подключенный к sbIxopó операционного усилителя, о т л и ч а ю щ И и с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введен резистор, включенный меяду входом операционного усилитепя и выходом запоминающего устройства.. (21) 3587637/18-10 (22) 04.05.83 (46) 07.08.84. Бкл. Р 29 (72) В.Ф, Гришко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 536.53 (088.8) (56) 1. Патент США Ф 3778723, кл. С 01 K 7/30, опублик. 1975.

2. Патент Великобритании

Р 1406770, кл. С 01 К 7/30, опублик.

1975.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 767565, кл. G 01 К 7/30, 1976 (прототип).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

07008

30 1 11

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к шумовой термометрии,и может быть использова»о в устройствах автоматического контроля и регулирования температур тепловых объектов в технике эксперимента и промышленности.

Известны шумовые термометры для измерений средних и высоких температур, содержащие датчик температурь!, выполненный в виде резистора, усилитель теплового шума, квадратичный детектор и регистрирующий прибор (1) и 023.

Недостатком этих термометров является низкая точность измерения температуры, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является шумовой термометр, содержащий датчик температуры, выполненный в виде резистора и соединенный через коммутатор с входом операционного усилителя с резистором в цепи обратной связи, выходом запоминающего устройства и входом нггирокополосного усилителя, выход которого подКлючен,к последовательно соединенным квадратичному детектору, интегратору и запоминающему устройству, выход которого через ключ подключен к входу интегратора, регистратор, подключенный к выходу операционного усилителя 3 г.

Недостатком этого устройства является наличие погрешности, обусловленной шунтирующим влиянием емкости Сь,, состоящей из емкости датчика температуры, емкости подводящих проводов и входной емкости широкополосного усилителя . Квадрат модуля коэффициента передачи входной цепи час— тотно зависим и определяется выраПель изобретения — повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в шумовой термометр, содержащий датчик температуры, выполненный в виде резистора и соединенный через коммутатор с входом операггионного усилителя с резистором в ггези обратной связи, выходом за10 помичающего устройства и входом п ирокополос наго усилителя, выход которого подключен к последовательно соединенным квадратичному детектору, интегратору и запоминающему устройству, выход которого через ключ подключен к входу интегратора, регистратор, подключенный к выходу операцио»»ого усилителя, введен резистор, включенный между входом операционного усилителя и выходом запоми»ающего устройства.

На чертеже приведена блок-схе«а шумового термометра.

Ц!умовой термометр содержит даr—чик 1 - емпературы, выполненный в виде резистора, последовательно соединенные широкополосный усилитель 2, квадратичный детектор 3, интегратор

4 и запоминающее устройство 5, резистор 6, операционный усилитель

7 с резистором 8 обратной связи, регистратор 9, ключ 10, соединяю щий выход запоминающего устройства

5 с входом интегратора 4, коммутаTop 11, включающий в себя ключи 12 и 13, соединяющие через датчик 1 выход запоминающего устройства 5 с входо« операционного усилителя 7, ключи 14 и 15, соединяющие датчик

1 с входами широкополосного усили— теля 2,и ключ 16, соединяющий входы широкополосного усилителя 2. жением

g = f К (Гг0) (= 1,."(1 ià1, Ñh! Р ) где R - сопротивле»ие датчика температуры;, — эквивалентная частота полосы, г которой измеряется 50 тепловой шум.

При изменении R происходит изменение К, что ведет к нелинейной зависимости выходного сигнала термо- 55 метра от измеряемой температуры, и, соответственно, к снижению точности измерения, Ц1у«овой термометр работает следующим образом.

В первом такте работы устройства ключи 10,12-15 разомкнуты, а ключ 16 замкнут. При этом напряжение собственных шумов усилителя 2 поступает на квадратичный детектор 3 и усредняется интегратором 4. После первого такта интегрирования t на

1 выходе запоминающего устройства 5 формируется напряжение

i 107008 где R@

Rg где

Составитель В. Куликов

Техред А,Бабинец Корректор С. Лыжова

Редактор Е. Папп

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5747/28

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

«й где U — средний квадрат напряжения собственных шумов усилителя;

U — напряжение дрейфа нуля

; квадратичного детектора и интегратора, — время первого такта интегрирования, — постоянная времени прямого

1О тракта интегрирования.

Во втором такте работы устройства ключи 12, 13 и 16 разомкнуты, а ключи 10, 14 и 15 замкнуты. При этом выход запоминающего устройства 5 подключен к входу интегратора 4.

После второго такта интегрирования

t на выходе запоминающего устройства

5 при выполнении условий t„ =t> и с учетом уравнения (1) формируется напряжение

1 а постоянная времени обратного такта интегрирования.

Согласно теореме Найквиста

Ош=4 с" 9с ьУ, — постоянная Больцмана; входная полоса усилителя, термодинамическая темпера35 тура.

В третьем такте работы устройства ключи 10, 14 и 15 разомкнуты, ключи

12 и 13 замкнуты.

При подаче напряжения с выхода запоминающего устройства 5 через параллельно соединенные резисторы 1 и

6 на вход усилителя 7, на его выходе устанавливается напряжение

tg 4 1 ьР4 1 - „, 45

4ы с 7.„1 „ Å, С ° „ /р(» — сопротивление резистора 6, — сопротивление резистора 8 обратной связи.

С выхода усилителя 7 напряжение

Uq, пропорциональное измеряемой температуре Т, поступает на регистратор 9.

Величина резистора R выбирается равной

Рщ -1 юзека R, .

/ (6) Тогда при малом диапазоне, изменения величины сопротивления датчика температуры величина ((1+Ц /Ц,„ )/(1

+M, C Я практически не зависит от температуры и выходной сигнал шумового термометра прямо пропорционален температуре °

В случае изменения сопротивления датчика температуры в широких пределах (например, для резисторов иэ платиновой проволокй) целесообразно разбиение диапазона изменения Кт на участки и определение значения Кш для каждого из участков.

В результате экспериментальных исследований установлено, что погрешность измерения, температуры в диапазоне от 600 до 900 К платиновым термошумовым преобразователем при введении одного шунтирующего резистора уменьшается в 6-7 раз. Преобразование теплового шума проводилось в полосе частот -10-140 кГц при входной емкости С = 250 пФ.

Введение в шумовой термометр нового элемента — резистора, соединяющего выход запоминающего устройства с входом операционного усилителя, выгодно отличает описываемьп шумовой термометр от известного, так как повышается точность измерения температуры при минимальных затратах, что позволяет расширить сферу применения шумового термометра.