Шумовой термометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Ресниублик

«л966506 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено17.03.81 (21) 3261060/18-10 () М К> 3

G 01 К 7/30 сприсоединениемзаявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 536. 53 (088.8) Опубликовано1510.82. Бюллетень ¹ 38.

Дата опубликования описания 151082

О n q « 5» „

1:;. ц (72) Автор изобретения

В.Ф. Гришко с . Киевский орДена Ленина политехнический инст тут й|ол|РОТЕ,.» им. 50-летия Великой Октябрьской социалистич. (71 ) Заявитель 54) ЮУМОВОЙ ТЕРМОМЕТР

t г.

Изобретение относится к измерению температуры и.может быть исполь- ° зовано в устройствах автоматического контроля и регулирования температур тепловых объектов в технике эксперимента, промышленности и т. д.

Известен шумовой термометр, содержащий датчик температуры выполненный в виде резистора, канал измерения шума, канал измерения сопротивления датчика температуры, вычислительное устройство t,1).

Недостаткрм, термометра является низкая точность измерения температуры. 15

Наиболее. близким по технической сущности к предлагаемому является шумовой термометр, содержащий датчик теьвтературы, выполненный в виде резистора, последовательно соединенные усилитель, квадратичный детектор, интегратор и запоминающее устройство (ЗУ), выход которого через ключ соединен е входом интегратора, .регистратор и коммутатор, вход которого сое- 25 дннен с датчиком температуры, а выход — с входом усилителя. Датчик тем,пературы через .коммутатор также подключен к входу операционного усилителя с резистором в цепи обратной 30 связи. Работа устройства осуществляется в три такта, при этом в результате первых двух тактов проводится аддитивная коррекция погрешностей измерения теплового. шума, а в третьем такте компенсируется влияние изменения сопротивления датчика температуры .(2).

Недостатком термометра является наличие большой погрешности при измерении высоких температур. Для измерения высоких температур требуются .низкоомные датчики, так как они меньше шунтируются сопротивлением изоляционных материалов датчика. Од нако применение их в данном устройстве из-за наличия операционного усилителя с низким входным сопротивлением ведет к снижению точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в шумовой термометр введены аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования и преобразователь сопротивления в напряжение, вход которого соединен с коммутатором, а выход — с первым входом

966506 аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход подключен к регистратору.

Па чертеже приведена блок-,схема 5 шумового термометра.

1 . Цифровой шумовой термометр содержит датчик 1 температуры, выполненный в виде резистора, широкополосный усилитель 2, квадратичный де- !0 тектор 3, интегратор 4, Зу 5, аналого-цифровой преобразователь б двойного интегрирования, регистратор 7, ключ 8, соединяющий выход Зу с входом интегратора 4, преобразователь 9 сопротивления в напряжение постоянного тока, коммутатор 1О, включающий в себя ключи 11 и 12 и ключи 13 и 14, соединяющие датчик 1 температуры с входом соответственно преобразо- 0 .вателя 9 сопротивления в напряжение постоянного тока и широкополосного усилителя 2, и ключ 15, соединяющий входы широкополосного усилителя 2. шумовой термометр работает сйедую- 25 щим образом.

В первом такте работй устройства.ключи 8 и 11 — 14 разомкнуты, а ключ 15 замкнут. При этом напряжение собственных шумов усилителя 2 постуйает на квадратный детектор 3 и усредняется интегратором 4. После первого такта интегрирования на выходе ЗУ 5 формируешься напряжение

С1

U<= < —.1 {Оц с+0д) = (Оц,с+Ц ), И) 35 где 0 — средний квадрат напряжения щс собственных шумов усилителя; напряжение дрейфа нуля 40 квадратичного детектора и интегратора, время первого такта интегрирования, постоянная времени прямого 45 такта интегрирования.

Во втором такте работы устройства ключи 11, 12 и 15 разомкнуты, а ключи

8, 13 и 14 замкнуты. При этом тепловой шум резистора 1 усиливается широкополосным усилителем 2, а выход

ЗУ 5 подключен к входу интегратора 4. После второго такта интегрирования t< на выходе ЗУ 5 при выполнеНфИ УСЛОВИЙ t С.2 И С =т„ фОРМИруеТся напряжение

Ь + 4, -а. (2)

+0)6М - Фц с, ()

60 где U - средний квадрат напряжения теплового шума, "Ъ. - постоянная времени обрат\ ного такта интегрирования. 65

Согласно теореме Найквиста

0 = 4KTR дт (3) где К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” термодинамическая температура, полоса частот, в которой измеряется тепловой шум, R — сопротивление датчика.

В третьем такте работы устройства ключи 8 и 13 — 15 разомкнуты, ключи 11 и 12 замкнуты. Выполняется преобразование сопротивления датчика 1 температуры в напряжение постоянного тока. На выходе преобразователя 9 формируется напряжение постоянного тока (4) и. где К„„ — коэффициент передачи преобразователя.

Работа аналого-цифрового преобразователя б осуществляется в два такта интегрирования. В nepsoM такте на вход интегратора, .входящего в состав аналого-цифрового преобразователя б, подается напряжение U<, пропорциональное среднему квадрату теплового шума, а во втором - напряжение U>, пропорциональное сопротивлению датчика 1 температуры и обратное по знаку напряжению (. Дпя выполнения функции деления, с целью уменьшения . влияния изменения сопротивления датчика 1 на результат измерения температуры, используется известное соотношение, характеризующее баланс напряжений на выходе интегратора аналого-цифрового преобразователя б., +41 q At .J u,М= — (u,à, (s) где и — постоянная времени интегратора аналого-цифрового преобразователя, „, .t А р.- интервалы первого и второго тактов интегрирования аналого-цифрового преобразователя.

В результате преобразования на выходе аналого-цифрового преобразователя б двойного интегрирования, с учетом уравнений (2) - (5), формируется интервал времени, прямо пропорциональный измеряемой температуре Т

4Ка1 .т т ь, м т „к„„ (6) где С = -МК АУ tz/Õ» К„„- константа, определяемая в результате градуировки термометра.

Интервал времени йд фиксируется регистратором 7.

ПредлагаемЫй шумовой термометр выгодно отличается от известного, так как введение в него новых элементов позволяет расширить диапазон иэ966506

Формула изобретения

1

Составитель В. Куликов

Редактор T. Митрович ТехредМ.Гергель Корректор М. немчик

Заказ 7830/57 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 меряемых температур при достижении линейной характеристики преобразования, что увеличивает сферу его применения.

Шумовой термометр, содержащий датчик температуры, выполненный в виде резистора, последовательно соединенные усилитель, квадратичный детектор, интегратор и запоминающее устройство, выход которого через ключ соединен с входом интегратора, регистратор и коммутатор, вход которого соединен с датчиком температуры, .а выход — с входом усилителя, о т л и ч а ю .шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования и преобразователь сопротивления в напряжение, вход которого соединен с коммутатором, а выход — с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход о подключен к регистратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

15<у 446774, кл. G 01 К 7/30, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 767565, кл. G 01 К 7/30, 1978 (прототип).