Импульсный термошумовой термометр

 

. ИМПУЛЬСНЫЙ ТЕРМОШУМОВОП ТЕРМШЕТР, содержащий термошумовой датчик, подключеннь .к первым входам двух усилителей, выходы которых через формирователи импульсов подключены к входам первой схемы И, отличающийся тем, что, с цепью повьшения точности измерения, в него введены вторая схема И, схема ИЖ, линия задержки, реверсивный счетчик со схемой регистрации нулевого состояния шумового компенсирующего напряжения, причем первый усилитель выпсшнен суммируюцин, а второй - дифференциальным , при этом вторые входы усилителей соединены с источником шумового компенсирумцего напряжения, а выходы соответственно соединены с входом аналогового инвертора и первым входом второй схемы И, второй вход которой соединен с выходом аналогового .инвертора, а выход подключен к первым входам схемы управления и схемы ИШ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, и вторым входом схемы управления, а выход через линию задержки подключен к информационному входу реве{к:ивного счетчика, управляюцнй вход которого соединен с выходом схемы ущ авления. Од м i4i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„„1167450. 1 Н 6 01 К 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCIIOMY CBNBBIBIIBCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 36851 78/24-10 (22) 04.01.84 (46) 15. 07. 85. Бюл. Ф 26 (72) А.Г. Черевко, Н.И. Белкин, В.Д. Чирков, А.И. Романенко и А,P. Луковникова (71) Новосибирский электротехнический институт связи ии. Н.Д, Псурцева (53) 536.53(088.8) (54) (57). ИМПУЛЬСНЫЙ ТЕРМОШУМОВОЙ

ТЕРМОМЕТР, содержащий термошумовой датчик, подключенный .к первым входам двух усилителей, выходы которых через формирователи импульсов подключены к входам первой схемы И, о т л ич а ю шийся теи, что, с целью повышения точности измерения, в него введены вторая схема И, схема ИЛИ, линия задержки, реверсивный счетчик со схемой регистрации нулевого со- . стояния шумового компенсирующего напряжения, причем первый усилитель выполнен суммирующим, а второй - дифференциальным, при этом вторые входы усилителей соединены с источником шумового компенсирующего напряжения, а выходы соответственно соединены с входом аналогового инвертора и первым входом второй схемы И, второй вход которой соединен с выходом аналогового инвертора, а выход подключен к первым входам схемы управления и схеиы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, и Я вторыи входом схемы управления, а выход через линию задержки подключен к информационному входу реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с выходом схемы управления. Я

1167450

Изобретение относится к термометрии, в частности к термометрам, действие которых основано на измерении шумов теплового возбуждения регистров и проводников, и может быть использовано при измерении низких и сверхнизких температур веществ.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена функциональ- 10 ная схема устройства.

Термометр содержит термошумовой резисторный датчик 1, два усилителя

2. 1 и 2.2, две схемы 3. 1 и 3.2 формирования импульсов, две схемы И 15

4 ° 1 и 4.2, аналоговый инвертор 5, схему ИЛИ 6, линию 7 задержки, логическую схему 8, реверсивный счетчик

9, схему 10 компенсации, и схему регистрации нулевого состояния ревер- 20 сивного счетчика.

В качестве датчика температуры может быть использован резистор типа БЛП. Схема компенсации должна обеспечивать формирование шумового

-г напряжения (U ). Например, она может быть выполнена на шумовом диоде

ДВС. В этом случае средний квадрат

-2 напряжения U„ равен

0 = Рг2е Т,„лГ = К I, (1) ЗО где I — заряд электрона, — полоса частот, R — сопротивление нагрузки шумового диода, I — анодный ток диода. 35

Логическая схема 8 формирует на своем выходе сигнал, равный логической единице", при поступлении на ее вход сигнала с выхода первой схемы

И и сигнал логического нуля" при 40 поступлении на ее вход сигнала с второй схемы И. Она может быть выполнена, например, на основе логических элементов ИЛИ-НЕ.

Схема регистрации нулевого состоя-45 ния реверсивного счетчика может быть выполнена, например, в виде последовательно соединенных дешифратора, интегратора и вольтметра. Остальные элементы устройства могут быть выпол-SO иены на основе стандартных микросхем.

Термометр работает следующим образом.

При помещении датчика 1 в среду с температурой Т он генерирует шу- Ы мовое напряжение

Пы (2) где К вЂ” постоянная Больцмана;

R — величина сопротивления датчика; полоса частот — г

Шумовое напряжение П усиливается в фазе усилителями 2,1 и 2,2, напряжение компенсирующего шума усиливается в противофазе. С вьг<ода усилителей шумовое напряжение поступает на формирователи 3.1 и 3.2 импульсов соответственно.

С выхода первого формирователя 3.1 шумовые импульсы поступают непосредственно на один из входов схем. И

4.1 и 4.2 с выхода второго формирователя 3.2. шумовые импульсы поступают. непосредственно на другой вход первой схемы И 4. 1 и через инвертор на другой вход этой схемы 4.2 И.

При поступлении на входы первой схемы И 41 шумовых импульсов Уи„, превышающих пороговое напряжение схемы И 4.1, импульс с выхода этой схемы поступает на схему ИЛИ 6 и на вход логической схемы 8, с выхода последней положительный импульс подго— тавливает реверсивный счетчик к операции "Суммирование" импульса схемы

И 4,1, прошедшего через схему ИЛИ 6 и линию 7 задержки.

При поступлении на входы схемы

И 4,1 шумовых импульсов 11 к „ превышающих пороговое напряжение, выходное напряжение схемы И 4.1 равно нулю, поскольку U противофазны, При поступлении на входы схемы

И 4.1 шумовых импульсов U „ è U „ иш1

Ц ц и Пи или Пиш и ид1 или 1- иш, H U, HJIH U, и П или Пи, и Уии ик и ходное напряжение схемы И 4. 1 так;., равно нулю, поскольку указанные им пульсы некоррелированы, и, следовательно, неодновременные.

Таким образом, счетчик термометра суммирует только импульсы шума датчика, поступающие на вход первой схемы И 4.1.

При поступлении на входы второй схемы И 4.2 импульсов U превыша-. ющих пороговое напряжение схемы, импульс с выхода этой схемы поступает на схему ИПИ 6 и на вход логической схемы 8, нулевое напряжение на выходе последней подготавливает реверсивный счетчик к операции "Вычитание" импульса схемы И 4.2, прошедшего через схему ИЛИ и линию 7 задержки. При поступлении на входы схемы 4.2 И импульсов Пи, превьш аю11674

Составитль В. Куликов

Техред С.Мигунова

Корректор О. Тигор

Редактор М. Келемеш

Заказ 4424/39

Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щих пороговое напряжение, выходное напряжение схемы И 4.2 равно нулю, поскольку U „ противофазно, и при поступлении на входы схемы И 4.2 импульсов U„ и Uucu, или Uи и U, 5

" 1 г Hm1 или Би„, и U„ или Пиа и Пи

2 иА 2

U>щ и U„„; или U > и U » выходное наШ2 пряжение схемы,4.2 И также равно нулю, поскольку указанные импульсы некоррелированы и, следовательно, 10 неодновременные.

Таким образом, счетчик термометра вычитает только импульсы компенсирующего шума, поступающие на вход второй схемы 4.2 И.

Показания реверсивного счетчика за интервал времени равно n = n -é„„ где и»- число импульсов шума датчика,а n — число импульсов компенсирующего напряжения, поступивших в ревер- 20 сивный счетчик за интервал времени

При измерении температуры величину компенсирующего шума изменяют до тех пор пока показание на выходе ревер/ сивного счетчика не будет равно нулю, 25 что регистрируется схемой регистрации нулевого состояния реверсивного —,г счетчика. В этом случае U = U „ и компенсирующее напряжение U служит г мерой шумового напряжения датчика, 30

Если в качестве источника шумового напряжения исПользуется шумовой диод, то величина его тока будет однозначно связана с измеряемой температурой 1 =ВТ (I), где В определяет- 35

5О 4 ся калибровкой термометра при известной температуре.

Устройство позволяет повысить точность измерения температуры, поскольку исключает ошибки, связанные с нестабильностью коэффициентов усиления и порогового напряжения, исключает требования к идентичности коэффициентов усиления каналов.

Число импульсов зарегистрированных реверсивным счетчиком, равно

-(Ч„Ч /2,т „,) и =(й„,--й.„)=(Э, ™ 1 где 7„,Ч вЂ” пороговые напряжения первой и второй схем И соответственно;

К, К вЂ” коэффициенты усиления первого и второго усилительного тракта;

-2

U — средний квадрат компенсик

- рующего шумового напряжения.

При точной компенсации й=О и, как следует из (3), cT=U2 ошибка в числе импульсов, связанная с нестабильно-. стью К,, К2 и Ч, V определится через производные дифференцируя (4) и учитывая условие компенсации получим dn=O.