Устройство для измерения температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/30 

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

Целью изобретения является повышение точности измерения путем умрнь- шения аддитивных, мультипликативных и нелинейных составляющих погрешности измерения.

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

Шумовой термометр содержит термошумовой преобразователь 1, образцовый резистор 2, находящийся при из- вестной температуре, переключатель 3 имеющий неподвижные контакты 4 и 5 и подвижный контакт 6, коммутатор 7, включающий ключи-контакты 8-11, два усилителя 12 и 13, перемножитель 14, усредняющий аналого-цифровой преобразователь 15, сумматор 16, делитель 17, преобразователь 18 сопротивление код, ключ 19, регистратор 20 и блок 21 управления.

Термощумовой преобразователь 1 через ключ 19 соединен с преобразователем 18 сопротивление-код, выход которого подсоединен к входу делителя 17. Термощумовой преобразователь 1 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 уси- лителей соединены с перемножителем 14, выход которого соединен с последовательно соединенными усредняющим аналого-цифровым преобразователем 15 двухтактного интегрирования, сумма- тором 16, делителем 17 и регистратором 20. Выходы блока 21 управления соединены с соответствунмцими управляющими входами переключателя 3, коммутатора 7, усредняющего аналого-циф 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 2 соединен с резисто ром 23 и инвертирующим входом операционного усилителя 12. Второй зажим резистора 23 соединен с выходом операционного усилителя 12 и через дополнительный переключатель 24 - с резистором 25. Второй зажим резистора 25 соединен с инвертирующим входом усилителя 12 и точкой соединенй я резисторов 22 и 23. Управление ключами 8 и 9 осуществляется с помощью блока 21 управления.

Шумовой термометр работает следующим образом.

Измерение температуры осуществляется за четьфе 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 А1Щ 15

и, Т 1 ш п) (УШ и, )dt

1

- (

- Un)

де и ц

f4K «

и„ К(1)

напряжение тепловых щумов термошумового пре- образователя 1; 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;

результирующий коэффициент передачи обоих усилителей и перемножающего устройства; постоянная времени первого такта интегрирования;

ti время первого такта интегрирования .

При втором такте интегрирования контакт 6 переключателя соединяется с контактом 5, ключи 8 и 11 коммутатора замкнуты, а ключи 9 и 10 разомкнуты, ключ 19 разомкнут. На вход АЦП 15 при этом подается напряжение

Uj (-и„ -f и ) (и + и,),

(2)

где Up - напряжение тепловых шумов образцового резистора 2. Учитывая известное соотношение, характеризующее баланс напряжений на выходе АЦП 15 интегратора, результирующее напряжение на его выходе изменяется по закону

где t - время второго такта интегрирования в первом цикле. На выходе АЦП 15 двухтактного интегрирования формируется число-импульсный код интервала времени t, определяемый- из (1)

(и„ + Un)

Ч.-

(4) 40

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 вто ром 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 сный код интервала времени t- второ го такта интегрирования

-1 -1 и г, - иш

(5)

В первом такте третьего цикла замкнуты контакты 4-6 и ключи 9 и 11,а ключи 8, 11 и 19 разомкнуты. Во втором такте замкнуты контакты 5-6 к ключи 8 и 10, а разомкнуть: ключи 9, 11 и 19. На выходе АЦП 15 формируется число-импульсный код интервала времени

Оп - иш

(1ГГ

uj

(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

24

( иш)

1 п

(7)

При суммировании кодов интервалов t , ..., t. в с умматоре 16 получим результирующий код, соответствующий следующему интервалу времени:

4Un - 4uL Uo

-(

30

Учитывая малость значений и„, а

ч - i

тем более Un и U ,

значениями U... и tf

UI

о J

по сравнению со вьфажение t

можно записать в виде

-г- выхода поступает на делитель

Код интервала времени t, сумматора 16 17, куда же поступает код с выхода преобразователя 18 сопротивление-код, пропорциональный значению сопротивления термошумового преобразователя 1. Код на выходе делителя 17

45

50

55

NX

Aui

MRr

А

И

.

R.

СТ

Л1

где С -г;- 4K iiif - константа,определяемая при градуировке термометра.

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

Схема усилителя с коммутационным инвертированием усиленного сигнала работает следующим образом. При инвертирующем усилении ключ 24 разомкнут, подвижный контакт 8 соединен с земляной шинойJ а подвижный контакт 9 подключен к йходу усилителя 12. При.этом выходное напряжение

- и

8Х

R23

RU

где R24 и R 23 - сопротивление резисторов 22 и 23.

При нёинвертирующем включении к входу подклнтчается подвижный контакт 8, а подвижный контакт 9 подключается к земляной шине. Поскольку при та ком включении коэффициент усиления

+ R24

24

больше, нежели при описанном ранее инвертирующем включении, то параллельно резистору 23 включается резистор 25, для обеспечения равенства К и R-, т.е.

R73

RlJ + R24

-------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 методики при обработке общего шумового сигнала позволяет повысить точность из25 лем, а выходы подключены к коммута тору, выходы которого соединены с инвертирующими входами первого и в рого усилителей, выходы усилителей подключены к входам перемножителя, а выход перемножителя через усредн ющий аналого-цифровой преобразоват и сумматор подключен к первому вход делителя, второй вход которого сое динен с выходом преобразователя со противление-код, а выход подключен к регистратору, причем управляющие входы переключателя, коммутатора, усредняющего, аналого-цифрового пре образователя и сумматора подсоедин

мерения путем исключения из общего

шумового сигнала составляющих собст- .„ ны к соответствующим выходам блока

венного шума входных усилителей,внеш- управления

ВЮШПИ Заказ 6390/28

Произв.-полигр.пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

них помех, мультипликативных составляющих на выходе перемножителя.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термошумовой преобразователь, выполненный в виде резис Q тора, подключенньй через ключ к преобразователю сопротивление-код, первый усилитель, усредняющий аналого- цифровой преобразователь, коммутатор, регистратор, блок управления, о т 15 личающееся тем, что, с целью повьшгения точности измерения путем уменьшения аддитивных, мультипликативных и нелинейных составляющих погрешности измерения, в него

20 введены второй усилитель, сумматор, делитель, перемножитель, образцовый резистор и переключатель, входы которого соединены с образцовым резистором и термошумовым преобразовате25 лем, 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 подсоедине30

35

Lfe. 2

Тираж 776

Подписное

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