Устройство для измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K11/24 

1

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

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

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 пъезоподложку 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 н передающему преобразователям 21,

Меняя соотношение амплитуд сигналов от приемных преобразователей (например, с помощью потенциометра), сдвинутых один относительно другого вдоль направления ..васпространения 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 передаютему преобразователю, а выход фазового детектора через блок управления подсоединен к управляющим электродам.

На чертеже изображена схема устройства для измерения температуры.

Устройство включает в себя пьезоподложку 1, выполненную, например, из пьезокварца или ниобата лития, встречно-штыревые преобразователи .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 соответственно к приемному и передающему,ВШП , усилитель 5, вход которого подключен к приемному ВПШ, фазовый детектор 6, первый вход которого подсоединен через усилитель 5 к приемному ВШП,а втррой вход - к передающему ВШП.выход фазового детектора 5 через блок 7 управления подключен к управляющим электродам 3. Блок управления может быть усилителем постоянного тока или усилителем с определенной полосой пропускания. (Конкретные его технические характеристики зависят от заданных технических требований на устройство). Блок управления служит для пропорционального усиления напряжения фазового детектора, т.е. для создания потенциала на управляющих электродах, например, 0-30 в,

Работает устройство следующим образом.

При подаче переменного напряжения на ВШП в 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 распространени 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 приводит к измeнe iию частоты колебаний автогенератора.

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 и выходе линии задержки сравниваются на гЬазовом детекторе б, а усилитель 5 нeoбxoди 1 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. устройство компенсирует броски фазы автоколебаний генератора .

При подаче потенциала на электроды 3 меняется упругость звукопровода (пьезоподложки) в области электродов что приводит к изменению скорости поверхностных акустических волн, а следовательно, и к изменению частоты колебаний автогенератора.Для лучшего управления (для расширения диапазона управления) желательно снижать толщину пьезоподложки и повышать потенциал на электродах 3. На температурные изменения цепь автоподстройки (5, б, 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 (температурные) цепь автоподстройки отрабатывать не будет. Не будет она отрабатывать и очень быстрые скачки фазы из-за определенной инерционности самой цепи автоподстройки фазы, связанной с конечным временем распространения сигнала в линии задержки .

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

Данное устройство, имея более низкий уровень шумов на выходе и высокую стабильность, позволяет снизить требования к точности измерительной аппаратуры, что удешевляет стоимость измерительного комплекса кроме того, уменьшение уровня шумов для управляющих систем технологическими процессами дает возможность повысить точность управления,снизить процент брака. Уменьшение ширины спектральной линии таких автогенераторных датчиков температуры позволяет повысить точность температурных измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения темпеg5 ратуры, содержащее пьезополложку с

нанесенными на ее поверхности приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями акустических поверхностных волн и усилитель,вход и выход которого подключены соответственно к приемному и передакядему преобразователям, отличающеес 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 вотречно-штыревымй преобразователями с обеих сторон пьезоподложки, причем первый 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 управляющим электродам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ридер и Каллен. Датчики давления и температуры, использующие по0верхностные акустические волны.Труды ИИЭР, т.64, 5, 1976, с. 226, рис. 1. .

2.Заявка Великобритании

1470055, кл. Н 03 Н 9/30, опублик. 1973 (прототип).

5