Шумовой термометр Советский патент 1982 года по МПК G01K7/30 

. k

Изобретение относится к измере- л нию температуры и может быть исполь- зовано в устройствах автоматического. контроля и регулирования температур тепловь1х 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 tl

Недостатком, термометра является низкая точность измерения температуры. , -,,-; . ,,..

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шумовой термометр, содержащий датчик TeiAiepaTypw, выполненный в виДе резистора, последовательно соединенные усилитель, квадратичньай детектор, интегратор и запоминающее устройство (ЗУ), выход которого через/ключ соединен с входе интегратора, регистратор и коммутатор, вход которого соединен с датчиком температуры, а выход - с входом усилители. Датчик темдературы через-коммутатор также подключен к входу операционного усилителя с резистором в цепи обратной

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

10 наличие большой погрешности при измерении высоких температур. Для измерения высоких температур требуются низкоомные датчики, так как они меньше шунтируются сопротивлением

15 изоляционных материалов датчика. Однако применение их в данном устройстве наличия операционного усилителя с низким входным сопротивлением ведет к снижению точности изме20рения.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение диапазона измерения.

. Поставленная цель достигается тем,

25 что в шумовой термометр введены аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования и преобразователь сопротивления в напряжение, вход которого соединен с коммутато30ром, а выход - с -первым входом аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования, второй вхо которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход подключен к регистратору. Па чертеже приведена блок-.схема шумового термометра. I . Цифровой шумовой термометр содержит датчик 1 температуры, выполненный в виде резистора, широкополо ный усилитель 2, квадратичный детектор 3, интегратор 4, ЗУ 5, аналого-цифровой преобразователь б дво ного интегрирования, регистратор 7, ключ 8, соединяющий выход ЗУ с входом интегратора 4, преобразователь сопротивления в напряжение постоянного тока, коммутатор 10, включающий в себя ключи,11 и 12 и ключи 13 и 14, соединяющие Датчик 1 температ I с входом соответственно npeo6pa3 вателя 9 сопротивл€ Ния внапряжение постоянного тока и широкополосного усилителя 2, и ключ 15, соединяющий входы широкополосного усилителя 2. Шумовой термометр работ-ает сЛеду щим образом. В первом такте paiQoTH устройства ключи 8 и ,11 - 14 рйзомкнуты, а ключ 15 замкнут. При этом напряжени собственных шумов усилителя 2 посту йает на квадратный детектор 3 и усредняется HHTeFpatором 4. После первого такта интегрирования на выходе ЗУ 5 формируется напряжен ,(il,,,c,l (J средний квадрат напряжени собственных шумов усилите ля/ и. - напряжение дрейфа нуля квадратичного детектора и интегратора, t - время первого Такта интегрирования;т: - постоянная времени прямог такта интегрирования. Во втором такте работы устройств ключи 11, 12 и 15 разомкнуты, а клю 8, 13 и 14 замкнуты. При этом тепло вой -шум резистора 1 усиливается широкополосным усилителем 2, а выход ЗУ 5 подключен к входу интегратора После второго такта интегрированця t на выходе ЗУ 5 при выполне. НИИ условий ty) t и тг., т: формируемся напряжение Ua--- )А fl ( bjOujc )й. -с . / средний квадрат.напряжения теплового шума, постоянная времени обратного такта интегри- : рования. Согласно теореме Нарквиста -2 ис где к - постоянная Больцмана; Т - термодинамическая температура;fif - 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 где Кпн - коэффициент передачи преобразователя. Работа аналого-цифрового преобразователя б осуществляется в два такта интегрирования. В первом такте на вход интегратора, входящего в состав аналого-цифрового преобразователя б, подается напряжение Uj., пропорциональное среднему квадрату теплового шума, а во втором - напряжеине УЗ пропорциональное сопротивлению датчика 1 температуры и обратное по знаку напряжению U. Для выполнения функции деления с целыо уменьшения . влияния изменения сопротивления датчика 1 на результат измерения температуры , используется известное соотношение, характеризующее баланс напряжений на выходе интегратора аналого-цифрового преобразователя б. А1 -f г :c-/Mt r|Mt, (5) где С - постоянная времени интегратора аналого-цифрового преобразователя, t , .t да - интервалы первого и второго тактов интегрирования аналого-цифрового преобразователя. В результате прёобразойания- на выходе аналого-цифрового преобразователя 6 ДВОЙНОГО интегрирования,С учетом уравнений (2) - (5), Формируется интервал времени, прямо пропорциональный измеряемой температуре Т , . Ua , . -, Vi -C-.Knv, . где С Af txj/t - Kfjf,- константа, определяемая в результате градуировки термометра. Интервал времени t фиксируется регистратором 7. Предлагаемый шумовой термометр выгодно отличается от известного, так как введение в него новых элементов позволяет расширить диапазон измеряемых температур при достижении линейной характеристики преобразования, что увеличивает сферу его применения.

Формула изобретения

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 щ и и q

тем, что, с целью повьвиения 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.

I

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 5, 446774, кл. G 01 К 7/30, 1972. I 2. Авторское свидетельство СССР № 767565, кл. G 01 К 7/30, 1978 (прототип) .