Шумовой термометр Советский патент 1980 года по МПК G01K7/30 

(54) ШУМОВОЙ ТЕРМОМЕТР

1

Изобрет ение относится к области температурных измерений, а именно шумовой термометрии.

Известны шумовые термометры для измерений средних и.высоких температур, содержащие датчик температуры, выполненный в виде резистора, усилитель теплового шума, квадратичный детектор и регистрирующий прибор 1 и 2J.

Недостатком этих термометров является низкая точность измерения температуры.

Из известных термометров наиболее близким по технической сущности является шумовой термометр, содержащий датчик температуры, наполненный в виде резистора, широкополосный усилитель, соединенный с квадратичным детектором, операционный усилитель с резистором обратной связи, подключенный к регистратору 3,

В этом шумовом термометре имеется компенсатор собственных шумов усилителя, а датчик температуры состоит из двух идентичных резисторов, один из которых подключен к входу широкополосного усилителя, а второй совместно с операционным усилителем, охваченным резистором обратной связи,

компенсирует влияние изменения сопротивления датчика температурят.

Однако этот шумовой термометр не обеспечивает высокой точности измерения температуры вследствие наличия аддитивной погрешности,вызванной дрейфом нуля квадратичного детектора и компенсатора собственных шумов- усилителя, а также изменением

10 напряжения собственных шумов усилителя под действием температуры и других дестабилизирующих факторов окружающей среды.

Кроме того, применение двухэлементного резистивного датчика температуры приводит к необходимости дополнительной градуировки шумового термометра при смене датчика, в противном случае возникает инстру20ментальная погрешность из-за различных значений сопротивления резисторов и их температурных коэффициентов.

Целью изобретения является повы25шение точности измерения температуры .

Поставленная цель достигается тем, что в шумовой термометр введены коммутатор, ключ, запоминающее устройство и интегратор, вход кото30

рого соединен с выходом квадратичного детектора, а выход через запоминающее устройство соединен с регистратором, причем датчик температуры соединен через коммутатор .с входом широкополосного усилителя, входом операционного усилителя и выходом запоминающего устройства, соединенного через ключ со бходом интегратора.

Блок-схема шумового термометра приведена на чертеже.

. Шумовой термометр содержит датчик 1 температуры, выполненный в BHite резистора, последовательно соеди ненНыё широкополосный усилитель2, квадратичный детектор 3, интегратор 4, запоминающее устройство 5, операционный усилитель б с резистором 7. обратной связи, регистратор 8,. ключ 9, соединяющий вход запоминающего у тройства 5 со входом ицтегратора 4, коммутатор

10,включающий в себя ключи 11 и 12, соединяющие через датчик 1 выход запоминающего устройства. 5,со входом операционного усилителя б, ключи 13 и 14, соединяющие датщш

1 с входами широкополосного усилителя 2, и ключ 15, соединяющий в}соды широкополосного усилителя 2,

Шумовой термометр работает еледующим образом, ..„..,..

В первом такте работы устройства ключи 9, 11, 12, 13, 14 разомкнуты а ключ 15 замкнут. При этом напряжение собственных шумов усилителя 2 поступает на квадратичный детектор 3 и усредняется интегратором 4. После первого такта интегрирования t, н выходе запоминающего устройства 5 формируется напряжение

. )--| (с- Ug.),( .-i ,.,.-, где ишс средний квадрат напряжения собственных шумов усилителя Ugf - напряжение дрейфа нуля квадратичного детектора и интегратора; t - время первого такта интегрирования; - постоянная времени прямого тракта инт,егрировайия. Во втором такте работы устройства ключи .

11,12, 15 разомкнуты, а ключи 9, 13, 14 замкнуты. При это;м тепловой шум резистора 1 усиливается широкополосным усилителем 2, а выход Запоминающего устройства 5 подключен ко входу интегратора 4,

Йосле второго такта йнтегрироваг ния bi на выходе запоминающего устройства 5 при выпЬЛнении условий t-i i t и t-i trj, формируется напряжение

Цг-|;1 й Н ьф- « где U - средний квадрат напряжения

теплового шума;

- постоянная времени обратного тракта интегрирования.

Согласно теоремы Найквистаг

5 (3)

где k. - постоянная .Больцмана; Т термодинамическая температура; л - полоса частот, в которой измеряется тепловой шум; R - сопротивО ление датчика.

В третьем такте работы устройства ключи 9,13,14 разомкнуты, ключи 11 и 12 замкнуты..

При подаче среднего квадрата

5 значения напряжения теплового шума с выхода запоминающего устройства 5 через резистор 1 на вход усилителя б на его выходе устанавливается прямопропорциональное измеряемой

0 температуре t :

,-.СТ, (4)

где R - сопротивление резистора 7

Ьо

5 обратной связи, ,

ti

константа, которая определяется в результате первоначальной градуировки регистрирующего прибора и фиксируется резистором 8, показания

и которого прямопропорциональны температуре датчика.

Использованиеновых элементов: интегратора, запоминающего устройства и ключей, выгодноотличает предлагаемый щумовой термометр от прототипа, так как уменьшается аддитивная составляющая погрешности, в результате чего, в несколько раз

Q повышается точность измерения, а также снижаются требования к типу датчика и технологии его изготовления, а также условия;м эксплуатации термометра,что позволяет расширить

С Сферуприменение шумового термометра.

Формула изобретения

Шумовой термометр,содержащий датчик температуры, выполненный в виде pesHCTOjja, широкополосный усилитель, соединенный с квадратичным детектором, операционный усилитель

с резистором обратной связи, подключенный к регистратЬру, о т л ичающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены коммутатор,

ключ, запоминающее устройство и интегратор, вход которого соединен с выходом квадратичного детектора, а выход через запоминающее устройстйо соединён с регистратором,

причем дат1иктёЙПёрйтуры соединен

через коммутатор со входом широкополосного усилителя, входами операционного усилителя и выходом запоминающего устройства, соединенного через ключ с входом интегратора,

Источники информации, принятые во внимание гтри экспертизе

кл. G Oi К 7/30, опублик. 1975.

кл, G 01 К 7/30, 1977 (прототип).