Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к шумовой термометрии. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термошумовой преобразователь 1, коммутатор 7, усилитель 12, усредняющий аналого-цифровой преобразователь 15, преобразователь 18 сопротивление-код , ключ 19, регистратор 20 и блок 21 управления. Введение образцового резистора 2, переключателя 3, усилителя 13, перемножителя 14, сумматора 16 и делителя -17 и образование новых связей между элементами устройства позволяют при обработке общего шумового сигнала применять коммутационные методики, что исключает из общего шумового сигнала составляющие собственного шума усилителей 12 и 13, внешние помехи, мультипликативные составляющие на выходе перемножителя 14. 2 ил. с (Л 0 05 ГО CD сд

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 А1 (51)4 С 01 К 7 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4097346/24-10 (22) 26.05.86 (46) 30.12.87. Бюл. Ф 48 (72) О.И.Чайковский, Б.И.Стаднык, П.Г.Столярчук, З.А.Колодий и И.И.Киц (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 767565, кл. G 01 К 7/30, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 966506, кл. G 01 К 7/30, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к шумовой термометрии. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит термошумовой преобразователь

1, коммутатор 7, усилитель 12, усредняющий аналого-цифровой преобразователь 15, преобразователь 18 сопротивление-код, ключ 19, регистратор 20 и блок 21 управления. Введение образцового резистора 2, переключателя 3, усилителя 13, перемножителя 14, сумматора 16 и делителя 17 и образование новых связей между элементами устройства позволяют при обработке общего шумового сигнала применять коммутационные методики, что исключает из общего шумового сигнала составляющие собственного шума усилителей 12 и 13, внешние помехи, мультипликативные составляющие на выходе перемножителя Я

14. 2 ил.

951 2 полнительный переключатель 24 — с резистором 25. Второй зажим резистора 25 соединен с инвертирующим входом усилителя 12 и точкой соединенйя резисторов 22 и 23. Управление ключами 8 и 9 осуществляется с помощью блока 21 управления.

Шумовой термометр работает следующим образом.

Измерение температуры осуществляется за четыре цикла двухтактного интегрирования усредняющего АЦП. Во время первого цикла при первом такте интегрирования контакт 4 переключателя соединен с контактом 6, ключи 9 и

11 коммутатора замкнуты, а ключи 8, 10 и 19 разомкнуты. При этом напряжение на выходе усредняющего АЦП 15

u, = (ц + u„) (U + u„ ) de =

К

Lt о (и + п„)г ° где U =ll4K "„ П напряжение тепловых шумов термошумового пре- образователя i; напряжение помехи, включающее в себя собственные шумы усилителей, дрейф напряжения смешения перемножающего устройства и суммарный сигнал, возникающий на выходе перемножающего устройства в результате перемножения его внутренних помех

К вЂ” результирующий коэффициент передачи обоих усилителей и перемножающего устройства;

7 — постоянная вреt мени первого такта интегрирования;

1 1362

Изобретение относится к температурным измерениям, а именна к шумовой термометрии.

Целью изобретения является повыше5 ние точности измерения путем уменьшения аддитивных, мультипликативных и нелинейных составляющих погрешности измерения.

На фиг. 1 приведена блок-схема 10 шумового термометра; на фиг. 2 — схема включения входного усилителя.

Шумовой термометр содержит термошумовой преобразователь 1, образцовый резистор 2, находящийся при известной температуре, переключатель 3, имеющий неподвижные контакты 4 и и подвижный контакт 6, коммутатор 7, включающий ключи-контакты 8-1 1, два усилителя 12 и 13, перемножитель 14, усредняющий аналого-цифровой преобразователь 15, сумматор 16, делитель

17, преобразователь 18 сопротивлениекод, ключ 19, регистратор 20 и блок

21 управления. 25

Кс, Термошумовой преобразователь 1

"1 через ключ 19 соединен с преобразователем 18 сопротивление-код, выход которого подсоединен к входу делителя

17. Термошумовой преобразователь 1 30 также соединен с переключателем 3, :к которому подключен образцовый резистор 2, Входы входных усилителей

1.2 и 13 через коммутатор 7 соединены с переключателем 3 а выходы усилителей соединены с перемножителем

14, выход которого соединен с последовательно соединенными усредняющим аналого-цифровым преобразователем 15 двухтактного интегрирования, сумма- 40 тором 16, делителем 17 и регистратором 20. Выходы блока 21 управления соединены с соответствующими управляющими входами переключателя 3, коммутатора 7, усредняющего аналого-циф- 4В рового преобразователя 15 и сумматора 16.

Вход коммутатора 7 подсоединен к первым неподвижным контактам ключей

8 и 9, вторые неподвижные контакты которых подключены к общей шине.Подвижный контакт ключа 8 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 12, а подвижный контакт 9 через резистор 22 соединен с резисто- 5 ! ром 23 и инвертирующим входом операционного усилителя 12. Второй зажим резистора 23 соединен с выходом операционного усилителя 12 и через доз 1362951

4 — время первого

1 ром такте замкнуты контакты 5-6 и такта интегриро- ключи 8 и 10, а разомкнуть; ключи 9, вания. 11 и 19. На выходе АЦП 15 формируетПри втором такте интегрирования

5 ся число-импульсный код интервала контакт 6 переключателя соединяется времени с контактом 5, ключи 8 и 11 коммута- — 2 1 цп — цш тора замкнуты, а ключи 9 и 10 разомк- t

23 (ц г нуты, ключ 19 разомкнут. На вход и о

АЦП 15 при этом подается напряжение (6) В четвертом цикле в первом такте замкнуты контакты 4-6 и ключи 8 и 10, разомкнуты ключи 9, 11 и 19. Во втором такте разомкнуты контакты 5-6 и ключи 9, 10 и 19, а разомкнуты ключи

8 и 11. На выходе АЦП 15 формируется код

Ц,= (-U, +U„) (U +U„), (2) (цп — цш) 2 — — — — — t ц2 U2 и о (7) t

При суммировании кодов интервалов в сумматоре 16 получим результирующий код, соответствующий следующему интервалу времени: — 4 -2 — 2

4ц„- 4Uu ц, (ц2 ц?)2

Kt1 ц = (ц + ц )г л ь и

Kt 21

+ — — — (U -U) л

"1 и о (3) 25

= 0

При

Учитывая малость значений U„, а — 2 -с тем более Цп и U „по сравнению со значениями U è U,, выражение можно записать в виде

- U0)=0, 30 (3) U,1 = t„(U + U ) + t„(U„

1 -1 — 1

01 цш Ац где t2 — время второго такта интегрирования в первом цикле.

На выходе АЦП 15 двухтактного интегрирования формируется число-импульсный код интервала времени 1 2,, определяемый- из (1) — 4

В первом такте третьего цикла замкнуты контакты 4-6 и ключи 9 и 11,а ключи 8, 11 и 19 разомкнуты. Во втогде U — напряжение тепловых шумов образцового резистора 2. Учитывая из- 15 вестное соотношение, характеризующее баланс напряжений на выходе АЦП 15 интегратора, результирующее напряжение на его выходе изменяется по закону 20 (Uv v+ Un)2 11 = — Г- --;2- — t „ (4) 40 о который затем поступает на сумматор 16.

Во втором цикле в первом такте контакт 6 переключателя соединен с контактом 4, ключи 8 и 11 замкнуты, а ключи 9 10 и 19 разомкнуты. Во втором такте контакт 6 соединен с контактом 5, ключи 9 и 11 замкнуты, а ключи 8, 10 и 19 разомкнуты. На выходе АЦП 15 формируется число-импуль- 50 сный код интервала Времени t2 ВТороro такта интегрирования

-2 — 2

Un — Цш мэл мкю: лк

Щ ц )2 (5) о

Код интервала времени с выхода сумматора 16 поступает на делитель

17, куда же поступает код с выхода преобразователя 18 сопротивление-код. пропорциональный значению сопротивления термошумового преобразователя

Код на выходе делителя 17

AU ш А 4kT „ЛЕ — — — = CT„, мк, Rò

А где С = — — 4К.лй — константа опМ

У ределяемая при градуировке термометра.

Код N„, пропорциональныи измеряемой температуре Т „, фиксируется ре- гистратором 20, После фиксации регистратором результата измерения, процесс измерения повторяется с первого цикла двухтактного интегрирования.

Схема усилителя с коммутационным инвертированием усиленного сигнала работает следующим образом. При инН2в — U

1 вх

$Lix

R 29 + К24

К

R24

R Ç (R25 + R24

«R2s

ВНИИПИ Заказ 6390/28

Тираж 776 Подписное

lIp0HsB ° -nomrrp. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

136295 вертирующем усилении ключ 24 разомкнут, подвижный контакт 8 соединен с земляной шиной, а подвижный контакт

9 подключен к входу усилителя 12.

При .этом выходное напряжение

5 где R «R 2 — сопротивление ре10 зисторов 22 и 23.

При неинвертирующем включении к входу подключается подвижный контакт

8, а подвижный контакт 9 подключается к земляной шине. Поскольку при та-15 ком включении коэффициент усиления больше, нежели при описанном ранее инвертирующем включении, то параллельно резистору 23 включается резистор 25, для обеспечения равенства

К и R-, т.е. 25

При. этом эквивалентные сопротивления по обоим входам операционного .усилителя 12 практически не изменяются, что не обуславливает изменения шумовых свойств усилителя при инвертирующем включении.

Применение коммутационной методи35 ки при обработке общего шумового сигнала позволяет повысить точность измерения путем исключения из общего шумового сигнала составляющих собст- 40 венного шума входных усилителей,внешних помех, мультипликативных составляющих на выходе перемножителя.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термошумовой преобразователь, выполненный в виде резистора, подключенный через ключ к преобразователю сопротивление-код, первый усилитель, усредняющий аналогоцифровой преобразователь, коммутатор, регистратор, блок управления, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения аддитивных, мультипликативных и нелинейных составляющих погрешности измерения, в него введены второй усилитель, сумматор, делитель, перемножитель, образцовый резистор и переключатель, входы которого соединены с образцовым резистором и термошумовым преобразователем, а выходы подключены к коммутатору, выходы которого соединены с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выходы усилителей подключены к входам перемножителя, а выход перемножителя через усредняющий аналого-цифровой преобразователь и сумматор подключен к первому входу делителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление-код, а выход подключен к регистратору, причем управляющие входы переключателя, коммутатора, усредняющего.аналого-цифрового преобразователя и сумматора подсоединены к соответствующим выходам блока управления.