Шумовой термометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

oi>767565 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 070778 (21) 2641829/18-10 с присоединением заявки ¹вЂ” (53)М. Клэ

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

G 01 К 7/30 (23) Приоритет

Опубликовано 30,09 80, Бюллетень ¹ 36 (53) УДЫ 536,53 (088.8) Дата опубликования описания 3009,80 (72) Автор изобретения

В.Ф. Гришко

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54 ) ШУМОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Изобретение 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, квадратнчный детектор и регистрирующий прибор (1) и (2).

Недостатком этих термометров является низкая точность измерения температуры.

Иэ известных термометров наиболее близким по технической сущности является шумовой термометр, содержащий датчик температуры, выполненный в виде резистора, широкополос" ный 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 температуры.

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

Кроме того, применение двухэле15 ментного резистивного датчика температуры приводит к необходимости дополнительной градуировки шумового термометра при смзне датчика, в противном случае воэник ет инстру20 ментальная погрешность из-за различных значений сопротивления резисторов и их температурных коэффициентов °

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в шумовой термометр введены коммутатор, ключ, запоминающее

30 устройство и интегратор, вход кото767565 рого соединен с выходом квадратичного детектора, а выход через запоминающее устройство соединен с регистратором, причем датчик температуры соединен через коммутатор с входом широкополосйого усилителя, входом операционного усилителя и выходом запоминающего устройства, соединенного через ключ со входом интегратора.

Блок-схема шумового термометра приведена на чертеже.

Шумовой термометр содержит датчик 1 температуры, выполненный в виде резистора, последовательно соединенные широкополосный усилитель 2, квадратичный детектор 3, интегратор 4, запоминающее устройство 5, операционный усилитель 6 с резистором 7 обратной связи, регистратор 8,. ключ 9, соединяющий вход запоминающего устройства 5 со входом интегратора 4, коммутатор

10, включающий в себя ключи 11 и

l2,"-соединяющие через датчик 1 выход запоминающего устройства 5 со входом операционного усилителя 6, ключи 13 и 14, соединяющие датчик

1 с входами широкополосного усилителя 2, и ключ 15, соединяющий входы широкополосйого усилителя 2, Шумовой термометр работает следующим образом.

В первом такте работы устройства ключи 9, 11, 12, 13, 14 разомкнуты а ключ 15 замкнут. При этом напря- -: жение собственных шумов усилителя 2 поступает на квадратичный детектор

3 и усредняется интегратором 4 ° После первого такта интегрирования t на выходе запоминающего устройства 5 формируется напряжение

I c0; д) =-> (О„ид.>,<»

fL где Uyq - средний квадрат напряU жения собственных шумов усилите ля; ф - напряжение дрейфа нуля квадратичного детектора и-интегратора

t, — время первого такта интегриро I

HHH; „L, — постоянная времени прямого тракта интегрирования, Во втором такте работы устройства ключи

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

После второго такта интегрирова-, ния Ь1 на выходе запоминающего устройства 5 при выполнении условий

С1 = 2. и ty =, формируется напряжение

В

I е где Ощ - средний квадрат напряжения теплового шума; постоянная времени обратного тракта интегрирования.

Согласно теоремы Найквиста:

5 0 =4kTQ ьр (3) где k " постоянная Больцмана Т термодинамическая температурау полоса частот, в которой измеряется тепловой шуму 3 — сопротив" ление датчика.

Б 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 эапоьенающего устройства 5 через резистор 1 на вход усилителя

6 на его выходе устанавливается прямопропорциональное измеряемой

gg температуре ц % - %7»

)-)был=, Ош = 1 ТьЕ Q СТ <4)

„ О 1 7 ) где Р7 - сопротивление резистора

25 обратной связи, С=- 4y. ур

tg ю - Д константа, которая определяется в результате первоначальной градуировки регистрирующего прибора и фиксируется резистором 8, показания

О которого прямопропорциональны температуре датчика.

Использование новых элементов: интегратора, запомйнающего устройу5 ства и ключей, выгодно отличает предлагаемый щумовой термометр от прототипа, так как уменьшается аддитивная составляющая погрешности, в результате чего в несколько раз

4О повышается точность измерения, а также снижаются требования к тицу датчика и технологии его изготовления, а также условиям эксплуатации термометра, что позволяет расширить сферу применение шумового термометра.

Формула изобретения

Шумовой термометр, содержащий датчик температуры; выполненный в виде резистора, широкополосный усилитель, соединенный с квадратичным детектором, операционный усилитель с резистором обратной связи, подключенный к регистратору, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены коммутатор, 60 ключ, запоминающее устройство и интегратор, вход которого соединен с выходом квадратичного детектора, а выход через запоминающее устройство соединен с регистратором, б5 причем датчик температуры соединен

767565

Составитель В. Голубев

Редактор A. Купрякова Техред A.Ùåëàíàêàÿ

КорректорЮ ИакаренкО

« 1

Заказ 7181/37 Тираж 713

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н.открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, г; ужГород, ул. Проектная, 4 через коммутатор со входом широкополосного усилителя, входами опера- ционного усилителя и выходом заноминаюк1его устройства, соединенного через ключ с входом интегратора.

Источники информации, принятые во вниманйе йри э кспертизе

1. Патент CION Р 3878723, кл. G 01 К 7/30, опублик, 1975.

2. Патент Великобритании

М 1406770, кл. G 01 К 7/30, опублик. 1975.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2475673/18-10, кл, G 01 К 7/30, 1977. (прототип),