Устройство для измерения температуры

 

Союз Советских

Социапистическмк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««775637 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)pA KA 3 (22) Заявлено 220179 (21) 2715102/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 301080. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликованияописания 301080

С 01 К 11/24

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УД 536. 53 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Н. Канев и A. Н. Рождественский

Омский политехнический институт (71) 3 а яв итель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для температурных измерений в машиностроении и авиационной технике.

Известно устройство для измерения 5 температуры, термочувствительный элеиент которого выполнен в виде магнитной гибкой диафрагмы, на поверхности которой расположены преобразователи поверхностных акустических волн,под- 10 ключенные ко входу и выходу усилителя, т.е. в цепь положительной обратной связи (11.

Такое устройство является автогенератором,частота колебаний которого 15 зависит от температуры.

Указанному устройству присущи большие шумы вследствие низкой эквивалентной добротности акустического тракта. 20

Из известных наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, основанное на принципе поверхностных акустических волн, содержащее пъеэоподложку с на- 25 несенными на ее поверхности приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями акустических поверхностных волн и усилитель, вход и выход которого подключены соответ- 30 ственно к приемному и передающему преобразователям (2), Меняя соотношение амплитуд сигналов от приемных преобразователей (например, с помощью потенциометра), сдвинутых один относительно другого вдоль направления распространения акустических поверхностных волн на четверть длины волны, можно менять частоту автоколебаний генератора.Однако шумы такого генератора велики, они вызваны низкой эквивалентной добротностью линии задержки и большим коэффициентом усиления усилителя изза потерь при распространении акустических поверхностных волн.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем снижения шумов устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены второй усилитель, фазовый детектор, блок управления и два управляющих электрода, нанесенные между приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями с обеих сторон пьезоподложки, причем первый вход фазового детектора через второй усилитель подключен к приемному преобразователю, второй вход фазового детектора — к передаю775637 щему преобразователю, а выход фазово- го детектора через блок управления подсоединен к управляющим электродам.

На чертеже изображена схема устройства для измерения температуры.

Устройство включает н себя пьезоподложку 1, выполненную„ например, из пьезокварца или ниобата лития, встречно-штыревые преобразоватепи 2 (ВШП), нанесенные на широкую грань пьезоподложки, управляющие электроды 3, которые нанесены с двух сторон широкой грани пьезоподложки между

ВШП, усилитель 4, вход и выход которого подключены соотнетстненно к приемному и передающему ВШП, усилитель 5, вход которого подключен к приемному ВШП, фазовый детектор 6, первый вход которого подсоединен через усилитель 5 к приемному В((И!,а второй вход — к передающему ВИП.Выход Фазового детектора 5 через блок

7 управления подключен к управляющим электродам 3. Блок управления может быть усилителем постоянного тока кли усилителем с определенной полосой пропускания. (Конкретные его технические характеристики зависят от заданных технических требований на устройство). Блок управления служит для пропорционального усиленкя напряжения фазового детектора, т.е. для создания потенциала на управляющих электродах, например, 0-30 В.

Работает устройство следующим образом.

При подаче переменного напряжения на ВНП н пьезоподложке 1 возбуждаются акустические поверхностные волны, которые распространяются вдоль пьезоподложки и преобразуются в электрический сигнал во втором преобразователе. Здесь образуется линия задержки, величина которой определяется скоростью распространения поверхностных акустических волн и расстоянием между ВШП. Ослабленный сигнал усиливается усилителем 4 и снова подается на ВШП. Таким образом получается замкнутое кольцо автогенератора, где положительная обратная связь осуществляется через линию задержки. При изменении температуры (пьезоподложки) меняется скорость поверхностных акустических волн, что пркводит к изменению частоты колебаний антогенератора.

Это устройство преобразует изменения частоты колебаний температуры (пьезоподложки) в изменения частоты колебаний автогенератора. Стабильность колебаний генератора определяется эквивалентной добротностью линии задержки. Фазы колебаний на входе к выходе линии задержки сравниваются на Аазоном детекторе 6, а усилитель 5 необходим для компенсации потерь сигнала в линии задержки

На выходе фазового детектора 6 вырабатывается сигнал ошибки, который усиливается блоком 7 управления и подается на управляющие электроды 3 для компенсации возникшего рассогласования, т.е. Устрокство компенсирует броски фазы автоколебаний генератора.

При подаче потенциала на электроды 3 меняется упругость звукопровода (пьезоподложки) н области электродов, что приводит к изменению ско рости поверхностных акустически>: волн, а следовательно, к к кзменению частоты колебаний антогенератора.Для лучшего управления (для расширения диапазона управления) желательно снижать толщину пьезоподложки и лсвышать потенциал на электродах 3. На температурные изменения цепь автоподстройки (5,. 6, 7) реагировать не будет, так как сдвиг фаз от температуры меняется весьма медленно и,следовательно, этот сдвиг будет находиться за пределами чувствительности фазового детектора. Таким образом, медленные дестабилизирующие процессы (температурнь1е) цепь автоподстрой. кк отрабатывать не будет. Не будет она отрабатывать и очень быстрые скачки фазы кз-за определенной инерционности самой цепи антоподстройки фазы, связанной с конечным временем распространения сигнала в ликии задержки.

Для повышения быстродействия устройства ВШП >келатепьно сблизить, т.е, сократить время задержки сигнала, а для формирования более узкой спектральной линии автогенераторного датчкка температуры необходимо раздвигать ВШП, т.е. Увеличивать расстояние между преобразователями, Выбор расстояния между преобразователямк занксит от конкретных технических применений устройства: диапазона измеряемых температур, требований к чистоте спектра и т.д.

Данное устройство, кмея более низкий уровень шумов на выходе и высокую стабильность, позволяет снизить требования к точности измерительной аппаратурь., что удешевляет стоимость измерительного KQMTIJIeKGB

1 кроме того, уменьшение уровня шумов для управляющих скстем технологкческими процессамк дает нозможность понысить точность управления, снизить процент брака. Уменьшение ширины спектральной линии таких антогенераторных датчиков температуры позволяет повысить точность температурных измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее пьезоподложку с

775637

Составитель Г. Мухина

Редактор И. Грузова Техред H. Бабурка Ко ектор. И. Муска рр

Заказ 7717/57 Тираж 713 ПОДписнОЕ.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/

4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, нанесенными на ее поверхности приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями акустических поверхностных волн и усилитель, вход и выход которого подключены соответственно к приемному и передающему преобразователям, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения шумов устройства, в него введены второй усилитель, фазовый детектор, блок управления и два управляющих электрода, нанесенные между приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями с обеих сторон пьезоподложки, причем парный вход фазового детектора через второй усилитель подключен к приемному преобразователю, второй вход фазового детектора подключен к передающему преобразователю, а выход фазового детектора через блок управления подключен к уп. равляющим электродам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ридер и Каллен. Датчики давления и температуры, использующие поверхностные акустические волны.Труды ИИЭР, т. 64, Р 5, 1976, с. 226, рис. 1.

2. Заявка Великобритании

Р 1470055, кл. H 03 Н 9/30, опублик. !

5 1973 (прототип).