Устройство для измерения температуры

 

Сущность изобретения: устройство содержит термошумовой датчик 1, усилители 2-5, инверторы 6, 7, сумматоры 8, 9, перемножитель 10, интегратор 11, разностную схему 12, ключ 13, регистратор 14. При равенстве сигналов на выходах сумматоров 8 и 9 ключ 13 замкнут. Выходной сигнал интегратора 11 подается на регистратор 14, Наличие наводок и помех приводит к несимметрии сигналов на входе разностной схемы 12. В случае синфазной помехи, суммируемой в схеме 12, на ее выходе появляется отличное от нуля напряжение, которое размыкает ключ 13. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 К 7/30

" у 7092 (». l, »» ..,p (1;

47 + Ъ . д»;р» «у,. А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И.ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

МФ

О»

Ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4789957/10 (22) 08,02.90 (46) 15,07.92. Бюл. М 26 (71) Специальное конструкторское бюро

"Электротермометрия" (72) А.В. Манченко и.Б.И. Стадник (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

М 475516, кл. 6 01 К 7/30, 1973.

Патент США М 3890841, кл.G 01 К 7/30, 1975.

Куинн Т. Температура. М,. "Мир", 1985, с. 117, Ы 1747946 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Сущность изобретения; устройство содержит термоШуМовой датчик 1, усилители

2 — 5, инверторы 6, 7, сумматоры 8, 9, перемножитель 10, интегратор 11, разностную схему 12, ключ 13, регистратор 14. При равенстве сигналов на выходах сумматоров 8 и 9 ключ 13 замкнут, Выходной сигнал интегратора 11 подается на регистратор 14, Наличие наводок и помех приводит к несимметрии сигналов на входе разностной схемы 12. В случае синфазной йомехи, . суммируеМой в схеме 12, на ее выходе появляется отличное от нуля напряжение, кото рое размыкает ключ 13. 1 ил, 1747946

3

Изобретение относится к технике измерения температуры,в частности к устройст- . вам, действие которых основано на измерении шумов теплового возбуждения резисторов, и может быть использовано при измерении темйерэтур веществ, являющихся датчиками этих шумов.

Известен способ измерения температуры, устройство для реализации которого содержит термошумовой датчик, два канала усиления напряжения теплового шума в двух различных полосах частот с детекторами, перемножитель, в котором происходит перемножение продетектировайных сигналов, и регистратор.

Известно устройство для измерения теплового шума, содержащее термошумовые датчики, избирательные усилители, аналоговый перемножитель, интегратор и регистратор.

Наиболее близкйм к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее первый и второй усилители, входы которых соединены с термошумовым датчиком, перемножитель, интегратор, вход которого подключен к выходу перемножителя, и регистратор.

Известное устройство не обеспечивает достаточной точности измерения в широком диапазоне температур. Сложность . состоит в обеспечении равенства сопротивлений, подключенных к инвертируемому и неинвертируемому входам дифференциальных усилителей в каждом из каналов, неравенство которых приводит к неполному подавлению синфазных помех и вызывает погрешность измерения. Другой причиной неточности является погрешность усреднения напряжения шумов теплового возбуждения резйсторов, обусловленная ограниченной полосой усилителей и временем усреднения,,что ограничивает диапазон измеряемых температур. Третьей составляющей погрешности является величина дрейфа дифференциальных усилителей, До полнительный источник погрешности — не полное подавление собственных Шумов . каналов от первичных каскадов усиления на выходе перемножителя, причиной которого служит непосредственная связь входов усилителей, что создает определенную корреляцик1 собственных шумов входных каскадов, а при использовании корреляционного метода подавляются только некоррелированные шумы. Кроме того, нестабильность параметров усилителей каналов вносит погрешность в процессе измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры, а также расширение диапазойа измеряемых температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй усилители, входы которых соединены с термошумовым датчиком, перемножитель, ин5 тегрэтор, вход которого подключен к выходу перемножителя, и регистратор, дополнительно введены третий и четвертый усилители, разностная схема, два инвертора, два сумматора и ключ, вход которого соединен

10 с выходом интегратора, выход подключен к регистратору, а управляющий вход соединен с выходом разностйой схемы, входы которой подключены к выходам сумматоров, соединенных соответственно с входами пе15 ремножителя, при этом входы третьего и четвертого усилителей соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, входы первого сумматора соединены с выходами первого и третьего усилителей, 20 а входы второго сумматора соединены через инверторы с выходами второго и четвертого усилителей.

Величина информативного сигнал шумов теплового возбуждения в каждом из

25 каналов равна сумме сигналов каждого из усилителей, и при их идентичности сигнал на выходе канала удваивается,.а коэффициент преобразования канала составляет

Кар.к = 2Ку (1)

30 где К».к, .— коэффициент преобразования канала;

Ку — коэффициейт усиления усилителя, Однако полоса частот, в которой происходит усиление сигнаал, при этом не умень35 шается, в то время как в канале усиления известного устройства значение Ку определяет полосу частот Л f усиливаемого сигнала; последняя связана со случайной составляющей погрешности измерения температу40 ры S и временем измерения t соотношением

Я =(2t Af) ., (2)

При том же времени измерения или при увеличении быстродействия устройства уменьшение погрешности из (2) вызывает значительное увеличение Л f, Например, уменьшение S в 10 раэ требует увеличения

f в 100 раз; Последнее возможно без уменьшения Ку, так как для каждого типа усилите- лей величины Ь f и Ку взаимосвязаны и.в силу малости величины информативного сигнала Ку уменьшен быть не может. В предлагаемом устройстве увеличение усиления канала в два раза не требует уменьшения Л. fусилителя,,что при той же элементной базе позволяет производить измерения в более широком диапазоне частот и, соответственно, уменьшает величину погрешности, 1747946

Кроме того, неинформативный сигнал собственных шумов усилителей в силу некоррелированности их случайных процес. сов не складывается, а следовательно, и не удваивается на выходе сумматора, что улучшает отношение сигнал/шум. В аналогичных условиях находится дрейф в канале и изменение Кпр,х. на выходе канала в силу случайного характера составляющих их слагаемых, Наличие сумматоров не решает поставленную задачу, если не было бы подключено по инвертору к выходам усилителей другого канала, так как систематическая составляющая погрешности О от собственных шумов канала уменьшается лишь в результате квадратирования информативного сигнала на выходе перемножителя, так как в процессе перемножения некоррелированные сигналы собственных шумов усилителей в корреляционной схеме существенно подавляются.

В то же время наличие инверторов позволяет развязать входы усилителей различных каналов в корреляционной.схеме, что уменьшает корреляцию собственных шумов каналов усиления, составлящую от собственных шумов на выходе перемножителя, а следовательно, и составляющую систематической погрешности измерения.

В корреляционной схеме с помощью инверторов при наличии разностной схемы и ключа устраняется влияние наводок и синфазных помех каналов в каналах корреляционной схемы на результат измерений, что расширяет диапазон измерения в сторону низких температур, последнему способствует также улучшеное отношения сигнал/шум.

Новые связи известных элементов обусловливают такое свойство устройства, как уменьшение влияния нестабильности коэффициентов усиления и напряжения дрейфа каждого иэ усилителей каналов, устранение влияния на результат измерения синфазного сигнала помехи, уменьшение составляющих погрешности измерения, что дает возможность расширить диапазон измеряемых температур и повышает точность измерения, так как в результате уменьшается суммарная погрешность измерения температуры, определяемая известным соотношением где Л вЂ” суммарная методическая погрешность измерения температуры;

OS — соответственно систематическая и случайная составляющие погрешности.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения температуры, На схеме обозначены: 1 — термошумовой датчик, 2 — 5 — идентичные усилители; 6 и

7 — инверторы, 8 и 9 — двухвходовые сумматоры; 10 — перемножитель; 11 — интегратор;

10 выхода датчика 1 подключен к входам усилителей 4 и 5, выходы которых через инверторы 6 и 7 соединены с входами двухвходового сумматора 9. Выходы сумматоров 8 и 9 подключены к входам перемно20 жителя 10 и входам разностной схемы 12, выход которой соединен с ключом 13. Выход перемножителя 10 подключен к входу интегратора 11, выход которого через ключ 13 соединен с регистратором 14.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом, Напряжение шумов теплового возбуждения резисторов термошумового датчика 1 поступает одновременно на входы идентич30 ных усилителей 2, 3 и 4, 5. На сумматор 8 поступают информативные сигналы с выходов усилителей 2 и 3. В сумматоре 8 информативные сигналы с выходов усилителей 2 и

3 складываются. На выходе сумматора 8 присутствует сигнал, представляющий собой смесь двух сигналов . Первый равен сумме усиленных усилителей 2 и 3 информативных шумов теплового возбуждения датчика 1, второй — смеси статистически

40 независимых собственных шумов усилите лей, которые в силу их случайного характера не суммируются, Сигнала на выходе сумматора 9 состоит иэ аналогично усиленного усилителями 4 и 5 информативного. шума датчика 1 и собственных шумов усилителей

4 и 5. Благодаря наличию ичверторов 6 и 7, коррелированные сигналы на выходах сумматоров 8 и 9, обусловленные шумами теплового возбуждения термошумового датчика 1, синфазны, а сигналы наводок и помех находятся в противофазе. Сигналы с выходов сумматоров 8 и 9 поступают на вход перемножителя 10, в котором осуществляется перемножение коррелировэнных сигналов информативных шумов теплового возбуждения датчика 1 и подавление статически независимых собственных шумов усилителей 2, 3 и 4, 5. Выходной сигнал перемножителя 10 поступает на вход интегрирующего устройства 11, в котором осуще12 — разностная схема, 13 —; 14 — регистратор. В устройстве выходдатчика 1 подключен одним. концом к входам усилителей

2 и 3, выходы которых соединены с входами

15 двухвходового сумматора 8. Второй конец

1747946

Составитель А. Манченко

Техред ММоргентэл Корректор Н.Слободяник

Редактор А, Ргар.1. Заказ 2495 Тираж, : . Подписное.. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, МОски, Ж-35, раушскве наб., а/5

1 производственноивдатеавскидкомбинат "патент", r. укггород, улрагаринв, 101 сствлкяется "его" статЖтйчсеское сглаживание, С выхода интегратора 11 сигнал поступает на ключ 13. Одновременнор входные сигналы перемножителя подаются на вход разностной схемы 12, выходной сигнал которой 5 управляет работой ключа 13, Выходной сигнал интегратора 11 подается на регистратор

14. При этом возможнйдва случая.

Во-первых, сигналы с выхода сумматоров идентичны (таковыми являются тепло- 10 вые шумы датчика). На выходе разностной схемы напряжение равно нулю, клюбч замкнут, на регистратор поступает выходной сйгнал интегратора, Во-вторых, сигналы с выхода суммато- 15 ров не идентичны (таковыми являются на. пряжения наводок и помех, совпадающие и несовпадающие во времени импульсные шумы каналов). На выходе разностной схемы напряжение отлично от нуля, ключ 20

" разомкнут и регистратор отключен, следовательно, сигнал не регистрируется.

Таким образом, при равенстве измеряемых сигналов, а только такой режим соответствует режиму измерения, ключ 13 25 пропускает информативный сигнал на реги. стрирующее устройство {регистратор 14), Наличие нэводок и помех приводит к несимметрии сигналов íà входе разностной схемы; в случае синфазной помехи, сумми- 30 руемой s разностной схеме 12, на ее выходе появляется 6тличное от нуля напряжение, размыкающее ключ 13, в результате чего информативный сигнал не регистрируется,. чтоустраняет влияние наводок и.синфазных 35 помех íà процесс:измеренйя. Два идентичных усилителя в каждом из . каналов при примерном равенстве их коэффициентов передачи дают положительный эффект в результате суммирования усиливэ- 40 емого информативного сигнала и несуммирования дрейфов, собственных шумов и, соответственно, нестабильности коэффициентов передачи как случайных величин, в результате чего соотношение сигнал/шум увеличивается приблизительно в двэ раза, а нестабильность практически остается без изменений. При тех же параметрах усилителей отношение сигнал/шум в измерительном канале увеличивэется примерно в два раза, что обесйечивает соответствующее уменьшение минимально регистрируемой температуры. В то же время составляющая погрешности измерения, являющаяся основной методической погрешностью измерения, с учетом того, что полоса пропускэния увеличивается в два раза, уменьшается в 2 раз и, соответственно, в 2 повышается точность метода измерения.

Формула изобретения .

Устройство для измерения температуры, содержащее первый и второй усилители, входы которых соединены с термошумовым датчиком, перемножитель, интегратор, вход которого подключен к выходу перемножителя, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены третий и четвертый усилители, разностнэя схема, два инвертора, два сумматора и ключ, вход которого соединен с выходом интегратора, выход подключен к регистратору. а управляющий вход соединен с выходом разностной схемы, входы которой подключены к выходам сумматоров, соединенных соответственно с входами перемножителя, при этом входы третьего и четвертого усилителей соединены с входами пегрвого и второго усилителей соответственно, входы первого сумматора. соединены с выходами первого и третьего усилителей, а входы второго сумматора соединены.через инверторы с выходами второго и четвертого усилителей.

Устройство для измерения температуры Устройство для измерения температуры Устройство для измерения температуры Устройство для измерения температуры 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к шумовой термометрии

Изобретение относится к области измерения температуры и позволяет повысить точность измерения температуры за счет исключения из общего шумового сигнала составляющих собственных шумов входных усилителей, внешних помех и мультипликативных составляющих на выходе перемножителя

Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить температурный диапазон контроля

Изобретение относится к промышленной термометрии

Изобретение относится к шумовой термометрии

Изобретение относится к температурным измерениям, к шумовой термометрии

Изобретение относится к полупроводниковой технике и позволяет повысить информативность способа за счет одновременного определения шумовой температуры и плотности тока в проводящем канале переключающего элемента

Термометр // 2131116
Изобретение относится к области измерения температур и может быть использовано для многократного высокоточного измерения температуры расплавляемого металла, например, в сталеплавильном производстве

Изобретение относится к области измерений температуры и может найти применение в промышленности, а также в микроволновых технологических установках для контроля нагрева материала, а также в артиллерии при измерении средней температуры метательных зарядов

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии, где в результате воздействия, связанного с изменением температуры тканей тела, необходим температурный контроль органов и тканей организма человека

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к радиотермометру, предназначенному для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биообъекта. Радиотермометр содержит последовательно соединенные антенну-аппликатор, контактирующую с биообъектом, переключатель, циркулятор, установленный после переключателя, приемное устройство, содержащее усилитель c полосно-пропускающими фильтрами, амплитудный детектор, узкополосный усилитель низкой частоты и синхронный детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, генератор опорного напряжения, связанный с переключателем и синхронным детектором. Кроме того, радиотермометр содержит элемент Пельтье, связанный с выходом приемного устройства, первую и вторую СВЧ-нагрузки, установленные на элементе Пельтье и находящиеся в тепловом контакте с ним, по меньшей мере один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры СВЧ-нагрузок. Первая СВЧ-нагрузка выполнена с возможностью подключения к переключателю, переключатель выполнен с возможностью подключать к первому плечу циркулятора либо антенну-аппликатор, либо первую СВЧ-нагрузку. Второе плечо циркулятора соединено с приемным устройством, а третье плечо циркулятора соединено со второй СВЧ-нагрузкой. Технический результат - снижение погрешности измерения внутренней температуры биообъекта и повышение точности метода радиотермометрии при выявления злокачественных опухолей, а также снижение габаритов прибора, повышение удобства его использования и снижение себестоимости его изготовления. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх