Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к шумовой термометрии. Цель изобретения - повышение точности результата измерения температуры. Отличительной особенностью устройства для измерения температуры является введение новых блоков : преобразователя тока в напряжение , двух полосовых фильтров, источника эталонного постоянного напряжения , четырех переключателей, фильтра низких частот, а также их связь с остальными элементами схемы. Устройство для измерения температуры содер

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (51)5 G 01 К 7/ЗО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ М

ПРИ ГНЙТ СССР

1 (21) 4795210/10 (22) 23.02,90 (46) 07.05.92. Вюл, )). 17 (71) Специальное конструкторское бюро "Электротермометрия" (72) О.И.Чайковский, Н.H.Гордий, З.А.Колодий, Л.Л.Кузьминская и И.И.Киц

° ° ° ° ° ° ,(5 ) 536.53(088.8)

6) Борковский К.К. и др. Новый метод шумовой термометрии. — Приборы

::для научных исследований, 1974, )t 2, .с. 13-16.

Авторское свидетельство СССР Ф 1362951, кл. G 01 К 7/30, 1986.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к шумовой термометрии. Цель изобретения — повышение точности результата измерения температуры. Отличительной особенностью устройства для измерения температуры является введение новых блоков: преобразователя тока в напряжение, двух полосовых фильтров, источника эталонного постоянного напряжения, четырех переключателей, фильтра низких частот, а также их связь с остальными элементами схемы. Устройство для измерения температуры содер3 17 жит термошумовой преобразователь 1, усилитель 2 напряжения, преобразова- тель 3 тока в напряжение, два полосо-: вых фильтра 4 и 6, источник 5 эталонного постоянпого напряжения, переклю чатели I, II III IV Ч и VI c неподвижными 7, 8, 11, 12, 13, 14, 16, 32186 4

18, 19, 20 и 23 и подвижными контактами 9, 10,. 15, 17, 21 и 24, перемножитель 25, фильтр 26 низких частот, 5,. аналого-цифровой преобразователь 27 двухтактного интегрирования, сумматор .28, регистратор 29 и формирователь 30 управляющих сигналов . 1 ил.

e, Изобретение относится к шумовой термометрии, Известен шумовой термометр, содержащий шумовой термопреобразователь, предусилитель напряженности, преобразователь тока в напряжение, усилитель, фильтр, измеритель среднеквадратичных значений (СКЗ) сигналов, пропор- 20 циональных измеряемьм напряжению и току, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), запоминающие устройства среднеквадратичных значений и перемножающее устроиство. 25

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . устройство для измерения температуры, содержащее термошумовой преобразователь, образцовый резистор, два усили,теля, перемножитепь, аналого-цифровой преобразователь двухтактного интегрирования, сумматор, преобразователь сопротивление — код, коммутатор, клочи,цифровое делительное устройство, регистратор и блок управления.

Однако известное устройство для измерения температуры обладает низкой точностью измерения температуры ввиду влияния погрешностей преобразования сопротивления измерительного резистора в напряжение делительного устройства, а. также поддержания на определенном уровне температуры образцового резистора.

Целью изобретения является повышение точности результата измерения температуры.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен через сумматор с входом регистратора, термошумовой преобразователь, первый вывод которого подсоединен к общей шине, формирователь управляющих

5 сигналов, подключенный выводами к управляющим входам первого и второго переключателей, аналого-цифрового преобразователя и сумматора, перемножитель и усилитель напряжения, введены первый полосовой:фильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту первого переключателя и соединенный входом с выходом усилителя напряжения, второй полосовой фильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту второго переключателя, третий и четвертый переключатели, подключенные первьми неподвижными контактами к подвижному контакту первого переключателя и подключенные подвижными контактами соответственно к первому неинвертирующему и первому инвертирующему входам перемножителя, пятый и шестой переклк чатели, соединенные первьми неподвиж ньми контактами с подвижньм контактом второго переключателя и подключенные подвижными контактами соответственно к второму неинвертирующему и второму инвертирующему входам перемножителя, фильтр низких частот, включенный между выходом перемножителя и информационным входом аналогоцифрового преобразователя, источник эталонного постоянного напряжения, подключенный выходом к вторьм непод-.. вижным контактам первого и второго переключателей, преобразователь тока. в напряжение, подсоединенный входом к второму выводу термошумового преобразователя, соединенному с входом усипитепя напряжения, причем выход преобразователя тока в напряжение подключен к входу второго полосового фильтра, а другие выходы формирователя управляющих сигналов соединены с управляющими входами третьего,четвертого, пятого и шестого переключателей, подсоединенных вторьии неподвижными контактами к общей шине.На чертеже приведена схема устрой ства для измерения температуры.

32186

6 ми неподвижными контактаии 20, 22 и 14, l6 переключателей V, VI и III, ?Ч соответственно. Вторы» неподвижные

5, контакты 13, 18, 19 и 23 переключателей III-VI соединены с общей шиной, а подвижные контакты 15, 17, 21 и 24 этих же .переключателей соединены с инвертирующими входами 17, 24 и не1 инвертирующими входами 15, 21 перемножителя 25. Выход перемножителя 25 подключен к входу последовательно соединенных фильтра 26 низких частот, АЦП 27, сумматора 28 и регист" ратора 29. Выходы формирователя 30 управляющих сигналов соединены с соответствующими управляющими входами переключателей Х-VI АЦП 27 двухтактного интегрирования и сумматора 28. устройство работает следующим образом.

Измерение температуры осуществляется за четыре .цикла двухтактного интегрирования АЦП. Во время первого

25 цикла при первом такте интегрирования контакт 9 переключателя I замкнут на контакт 8, контакт 10 переключателя II — на контакт 12, контакт 15 переключателя III — на контакт 14, контакт 17 переключателя IV — на контакт 18, контакт 21 переключателя V †-.. на контакт,20, контакт 24 переключателя ЧТ вЂ” на контакт 23, При этом на выходе интегратора АЦП напряжение 1

fi (t) + („(с))йс, I

5 17

Устройство для измерения температуры содержит термошумовой преобразователь 1, усилитель 2 .напряжения, преобразователь 3 тока в напряжение, первый 4 и второй 6полбсовые фильтры, источник 5 эталонного постоянного напряжения, переключатели I-VI с неподвижными; 7, 8, 11., 12, 13, 14, 16, 18, 20, 22 и ?3 и подвижными 9, 10, 15, 17, 21 и 24 контактами, перемножитель 25, фильтр 26 низких.. частот аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 27 двухтактного интегрирования,сумматор 28, регистратор 29, фор-. мирователь 30 управляющих сигналов. !

Термошумовой преобразователь 1 подсоединен к входам усилителя 2 напряжения и преобразователя 3 тока в напряжение, выходы которых соединены с входами полосовых фильтров 4 и 6, а выходы полосовых фильтров.соединены через переключатели I-VI с инвертирующими и неинвертирующими входами перемножителя 25. Первый неподвижный контакт 8 переключателя I соединен с выходом фильтра 6, а неподвижный контаКт 12 переключателя II — с выходом фипьтра 4. Вторые неподвижные контакты 7. и 11, переключателей I u II соединены с выходом источника эталонного постоянного напряжения. Подвижные контакты 9 и 10 переключателей

;I и II, соединены с соответствукици1< (), - J(v (e) + v,(с)) о где U>(t), i+(t) — мгновенные значения напряжения и тока тепловых шумов термошумового преобразователя 1;

U> - напряжение помех, включающее собственные шумы усилителя 2 напряжения, дрейф напряжения смещения перемиожителя 25;, - ток помех, включающий собственный шум преобразователя 3 тока в напряжение, дрейф тока перемножите- ля 25;

К вЂ” результирующий коэффициент передачи преобразователя 3 тока в

40- напряжение усилителя напряжения 2 и перем- ножителя 25; — время первого такта интегрирования.

При втором такте интегрирования контакт 9 переключателя I замкнут на контакт 7, контакт 10 переключателя II — на контакт 11, контакт. 15 переключателя III — на контакт 13, Я контакт 17 переключателя IV — на контакт 16, контакт 21 переключателя

Ч - на контакт 20, контакт 24 пере"ключателя VI — на контакт 23.

На вход АЦП при этом подается

U2 =, К2(Uo + Пщ ). (1Юо + Uqq ) (2) где Уо - напряжение источника эталонного постоянного напряжения;

1732186 8 на выходе интегратора AIgI 27, результирующее напряжение на выходе интегратора АЦП 27 изменяется по за5 кону

Un, — напряжение собственного шума перемножителя 25> . К вЂ” коэффициент передачи пе2 ремножителя, 25, Учитывая известное соотношение, характеризующее баланс напряжений

+ Л(Но + Н„ )(Нф + П„ ) 9 (3)

<«(Uu+ Н ) (а+ in) (4) 2("ns о) (®9)4+ Но) K 4

= -л- (Н + Un)(a+ „) о где t« — время второго такта интегрирования в первом цикле, На выходе АЦП 27 двухтактного интегрирования формируется числоимпульсный код интервала времени, определяемый из выражения (3): который затем поступает в сумматор

15 28. Произведение в последнем выражении равно:

UÄi = P 4K ДЕТ((, 4KKET/2 = 424(Т ° (3), Алгоритм преобразования во втором — четвертом циклах осуществляется следующим образом, Во втором цикле соответственно в первом и втором тактах замкнуты ключи 10- t 2, 9-8, 15-14, 17-18, 25

21-20, 24-23 и 10-11, 9-7, 15-14, .

17-18, 21-20, 24-23; разомкнуты 11, 7, 13, 16, 19,22и12,,8,13, 16, 19,. 22. Напряжение на выходе интегратора АЦП соответственно (Uп! U0)(Un(* Ua) (o

Интервал времени иа выходе .АЦП

I" < (Un — Ъ2(4 - Ю2

2Ü

<2(Un4 Uo) (Un)+ По)

В четвертом цикле соответственно в первом и втором тактах замкнуты ключи tO-t2, 9-8, 15-13, t7-t6, 21-20, 24-23 и 10-11, 9-7, 15-13, .17-16, 21-20, 24-23; разомкнуты 11, ("и+ "ш)(и+ ь) о

40 н

)() 7, 14, .t8, 19, 22 и t2, 8, 14, 18, о п1 о 11 Э5 19, 22, Напряжение. на выходе интегратора АЦП соответственно

Интервал времени на выходе АЦП

K t (Un + U(22(» - " (6) (Un Н„) (i + i )

Ж (0

-. C3.

K2(U47 Uni ).(Uо Uhi)

Ку.1 4

В третьем цикле соответственно — - Нд Ue)(U + ц ) ° то ом тактах замкнуты в первом и .втором ключи 10-12, 9-8, 15-13, 17-t6, 21-t

9 а интервал времени t равен, C$ °

24-22 и 10-11, 9-7, 13-t3, 17-14; венно реэулътирую(щнй код соответствующий

Ki tl (0 - U„) (i „- ilg) Я интервалу времени ((tl (4U (ЦО - 404041Ь((022 - 40 igUUUUK + 404(UUO) (tZ L 99 "ТiТЪ + Ve

v учитывая малость величин Un4g. выражение t можно записать в вщте.

Цифровой код 9 пропорциональный . ется регистратором 29. После фиксаизмеряемой температуре Т, фиксиру- цни..регистратором результата изме1732186

10 рения процесс измерения повторяетСя с первого цикла двухтактного интегрирования.

Усилитель 2 напряжения и преобразователь 3 тока в напряжение построены на малошумящих полевых транзис« торах, например, КП307Г и малошумящих широкополосных операционных усиителях, например, 1407УД1, перемножитель 25 — на КИ525ПСЗА, переключатели 7, 11 15, 19, 23, 27 — иа

КР590КН4. Источник 5 эталонного постоянного напряжения может быть реализован по одной из известных схем, интегрирующий АЦП 27 — на микросхеме КР572ПВ2, Формирователь 30 управ1ляющих сигналов, включающий в себя генератор опорной частоты, генератор запуска, делитель частоты, триггеры цикла, двончно-десятичные счетчики, может быть построен на микросхемах серии К155. На микросхемах этой же серии может быть построен сумматор

28, а регистратор 29 — на микросхе.мах 514ИД1 и АЛ304А.

В предлагаемом устройстве измере ния температуры результат измерения не зависит от значения сопротивления термошумового преобразователя и погрешность измерения температуры, обусловленная шумами в усилителе напряжения, преобразователе тока в г напряжение, а также аддитивными, мультипликативными и нелинейными погрешностями перемножителя, мала, так как при суммировании интервалов времени в конце четвертого цикла

;в сумматоре устраняются погрешности, обусловленные постоянной составляющей напряжения на выходе перемножителя, а также составляющими. напряжения высших порядков, обусловленных нелинейностью характеристики перемножителя. В устройстве отсутствуют также погрешности преобразователя сопротивление - код термошумового преобразователя. Вместо образцового резистора, находящегося при известной температуре, введен источник эталонного постоянного напряжения, стабильность которого намного выше, чем системы измерения ипи поддержания известной температуры, В этом случае устраняется также погрешность, обусловленная влиянием на точность измерения постоянной времени образцового резистора, а источник этапонного постоянного напряжения может быть размещен в корпусе устройства для измерения температуры в непосредственной близости к иеремножителю, 5

Формула изобрете ния

Устройство для измерения температуры, содержащее аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен через .сумматор с входом регистратора, термошумовой преобразователь, первый вывод которого подсоединен к общей шине, формирователь управля ющих сигналов, подключенный выходами к управляющим входам первого и второго переключателей, аналого-цифрового преобразователя и сумматора, перемножитель и усилитель напряжения, 2О о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности результата измерения температуры, в него введены первый полосовой фильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту первого переключателя и соединенный входом с выходом усилителя напряжения, второй полосовой фильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту втоО рого переключателя, третий и четвертый переключатели, подсоединенные первыми неподвижными контактами к подвижному контакту первого переключателя и подключенные подвижными контактами соответствейно к первому

35 неинвертирующему и первому инвертирующему входам перемножителя, пятый и шестой переключатели, соединенные первыми неподвижными контактами с подвижным контактом второго пере40ключателя и подключенные подвижными контактами соответственно к второму неинвертирующему и второму инвертиррощему входам перемножи1 еля, фильтр нижних частот, включенный между выхо45 дом перемножителя и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, источник эталонного постоянного напряжения, подключенный выхо50 дом к вторым неподвижным контактам первого и второго перемножителей преобразователь тока в напряжение, подсоединенный входом к второму.выводу термошумового преобразователя, соединенному с входом усилителя на55 пряжения, причем выход преобразователя тока в напряжение подключен к входу второго полосового фильтра

Э а другие выходы формирователя управ1732186

11 ляющего сигнала соединены с управляющими входами третьего, четвертого, пятого z» шестого переключателей„. подсоединенных вторыми неподвижными контактами к общей шине, Составитель Л.Кузьминская

Редактор В .Петраш Техред д,Кравчук ., Корректор А. Обручар, Ф

Заказ 1576 тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям тфи ГКНТ СССР

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб.9 д4 4/5

° Ю

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 е