Устройство для измерения температуры

(51)5 С 01 К 7/30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИВОБРРЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГНЙТ СССР 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к шумовой термометрии. Пель изобретения - повышение точности результата измерения температуры. Отличительной особенностью устройства для измерения температуры является введение новых блоков: преобразователя тока в напряжение, двух полосовых фильтров, источника эталонного постоянного напряжения, четырех переключателей, фильтра низких частот, а также их связь с остальными элементами схемы. Устройство для измерения температуры содер3 17 жит термошумовой преобразователь 1, усилитель 2 напряжения, преобразова-тель 3 тока в напряжение, два полосовых фильтра 4 и б, источник 5 эталонного постоянпого напряжения, переклю. чатели 1, 11, 111, 1 Ч, Ч и Ч 1 с неподвижными 7, 8, 11, 12, 13, 14, 16,32186 418, 19, 20 и 23 и подвижными контактами 9, 10, 15, 17, 21 и 24, перемножитель 25, фильтр 26 низких частот,5,аналого-цифровой преобразователь 27двухтактного интегрирования, сумматор,28, регистратор 29 и Формирователь 30управляющих сигналов . 1 ил.Ф, Изобретение относится к шумовойтермометрии,Известен шумовой термометр, содержащий шумовой термопреобразователь,предусилитель напряженности, преобразователь тока в напряжение, усилитель,фильтр, измеритель среднеквадратичных значений (СКЗ) сигналов, пропорциональных измеряемьм напряжению итоку, аналого-циФровой преобразователь (АЦП), запоминающие устройствасреднеквадратичных значений и перемножающее устройство. 25Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является .устройство для измерения температуры,содержащее термошумовой преобразователь, образцовый резистор, два усили,теля, перемножитепь, аналого-цифровойпреобразователь двухтактного интегрирования, сумматор, преобразовательсопротивление - код, коммутатор, клочи,цифровое делительное устройство,регистратор и блок управления.Однако известное устройство дляизмерения температуры обладает низкойточностью измерения температуры ввидувлияния погрешностей преобразованиясопротивления измерительного резистора в напряжение делительного устройства, а также поддержания на определенном уровне температуры образцовогорезистора .43Целью изобретения является повышение точности результата измерениятемпературы.Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения температуры, содержащее аналого-цифровойпреобразователь, выход которого соеди"нен через сумматор с входом регистратора, термошумовой преобразователь,первый вывод которого подсоединен кобщей шине, Формирователь управляющих5сигналов, подключенный выводами к управляющим входам первого и второгопереключателей, аналого-цифрового преобразователя и сумматора, перемножитель и усилитель напряжения, введены первый полосовой фильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту первого переключателя исоединенный входом с выходом усилителя напряжения, второй полосовойфильтр, подключенный выходом к первому неподвижному контакту второгопереключателя, третий и четвертыйпереключатели, подключенные первьминеподвижными контактами к подвижномуконтакту первого переключателя иподключенные подвижными контактамисоответственно к первому неинвертирующему и первому инвертирующему входамперемножителя, пятый и шестой переклечатели, соединенные первьми неподвижньми контактами с подвижньм контактом второго переключателя и подключенные подвижными контактами соответственно к второму неинвертирующемуи второму инвертирующему входам перемножителя, фильтр низких частот,включенный между выходом перемножителя и информационным входом аналогоцифрового преобразователя, источникэталонного постоянного напряжения,подключенный выходом к вторьм непод-.вижным контактам первого и второгопереключателей, преобразователь тока.в напряжение, подсоединенный входомк второму выводу термошумового преобразователя, соединенному с входомусипитепя напряжения, причем выходпреобразователя тока в напряжениеподключен к входу второго полосовогофильтра, а другие выходы Формирователя управляющих сигналов соединены с управляющими входами третьего,четвертого, пятого и шестого переключателей, подсоединенных вторьиинеподвижными контактами к общейшине. На чертеже приведена схема устройства для измерения температуры., контакты 13, 18, 19 и 23 переключателей 111-Ч 1 соединены с общей шиной,а подвижные контакты 15, 17, 21 и 24этих же .переключателей соединены синвертирующими входами 17, 24 и не 1 О инвертирующими входами 15, 21 перемножителя 25. Выход перемножителя 25подключен к входу последовательносоединенных фильтра 26 низких частот, АЦП 27, сумматора 28 и регист"ратора 29, Выходы формирователя 30управляющих сигналов соединены с соответствующими управляющими входамипереключателей 1-Ч 1, АЦП 27 двухтактного интегрирования и сумматора 28.Устройство работает следующим. образом,Измерение температуры осуществляется за четыре .цикла двухтактногоинтегрирования АЦП. Во время первого25 цикла при первом такте интегрированияконтакт 9 переключателя 1 замкнутна контакт 8, контакт 10 переключателя 11 - на контакт12, контакт 15переключателя 111 - на контакт 14,контакт 17 переключателя 1 Ч - наконтакт 18, контакт 21 переключателя Ч в .на контакт ,20, контакт 24переключателя Ч 1 - на контакт 23,При этом на выходе интегратора АЦПнапряжением 1 5 17Устройство для измерения температуры содержит термошумовой преобразователь 1, усилитель 2 .напряжения,преобразователь 3 тока в напряжение,первый 4 и второй 6 полосовые фильтры,источник 5 эталонного постоянногонапряжения, переключатели 1-Ч 1 с неподвижными . 7, 8, 11., 12, 13, 14, 16,18, 20, 22 и 23 и подвижными 9, 10,15, 17, 21 и 24 контактами, перемно.житель 25, фильтр 26 низких): частотаналого-циФровой преобразователь(АЦП) 27 двухтактного интегрирования,сумматор 28, регистратор 29, фор-,мирователь 30 управляющих сигналов.Термошумовой преобразователь 1подсоединен к входам усилителя 2 напряжения и преобразователя 3 тока внапряжение, выходы которых соединеныс входами полосовых фильтров 4 и 6,а выходы полосовых фильтров.соединены через переключатели 1-Ч 1 с инвертирующими и неинвертирующими входамиперемножителя 25. Первый неподвижныйконтакт 8 переключателя 1 соединенс выходом фильтра 6, а неподвижныйконтаКт 12 переключателя 11 - с выходом фипьтра 4. Вторые неподвижныеконтакты 7. и 11 переключателей 1 и 11соединены с выходом источника эталонного постоянного напряжения. Подвижные контакты 9 и 10 переключателей, -- ц(е) + , (соГде 011(й), 1 ы(й) - мгновенные значения напряженияи тока тепловыхшумов термошумового преобразователя 1,0,п - напряжение помех,включающее собст-венные шумы усилителя 2 напряжения,дрейф напряжениясмещения перемиожителя 25;,- ток помех, включающий собственныйшум преобразователя 3 тока в напряжение, дрейфтока перемножите-ля 25;К - результирующийкоэффициент пере.дачи преобразователя 3 тока в40. напряжение усилителянапряжения 2 и перем-ножителя 25й ) - время первого такта интегрирования.45 При втором такте интегрированияконтакт 9 переключателя 1 замкнутна контакт 7, контакт 10 переключателя 11 - на контакт 11, контакт. 15переключателя 111 - на контакт 13,Я контакт 17 переключателя 1 Ч - наконтакт 16, контакт 21 переключателяЧ - на контакт 20, контакт 24 пере"ключателя Ч 1 - на контакт 23,На вход АЦП при этом подаетсяу напряжение0 а = К(-0 о+ 0 щ) (0 о + 0) (2)где 0 о - напряжение источника эталонного постоянного напряжения;1732186 8на выходе интегратора АЦП 27, результирующее напряжение на выходе интегратора АЦП 27 изменяется по за 5кону Ул) - напряжение собственногошума перемножителя 25;(4)КРл 1 о) ("9)4+ 4)о) где Со - время второго такта интегрирования в первом цикле,На выходе АЦП 27 двухтактного интегрирования формируется число- импульсный код интервала времени, определяемый из выражения (3)4 который затем поступает в сумматор15 28. Произведение в последнем выражении равно;Ц,ТщРщ 144 К К 4 ТТК 44 ККТТ 7 К 4 ККТТ. 15), Алгоритм преобразования во вто-20ром - четвертом циклах осуществляется следующим образом,Во втором цикле соответственнов первом и втором тактах замкнутыключи 10-12, 9-8, 15-14, 17-18,2521-20, 24-23 и 10-11, 9-7, 15-14, .17-18, 21-20, 24-23; разомкнуты 11,7, 13, 16, 19, 22 и 12 8, 13, 16,19, 22. Напряжение на выходе интегратора АЦП соответственно("л о)("л 9о)ьоИнтервал времени иа выходе .АЦПКТСТ(09) БУЯУ 1 Р23Ко Юл 4 - По) (Пл, + По)В четвертом цикле соответственнов первом и втором тактах замкнутыключи 10-12, 9-8, 15-13, 17-16,21-20, 24-23 и 10-11, 9-7, 15-13,( )( ) 7, 14, .18, 19, 22 и 12, 8, 14, 18,К 2 С 22 о л 1 о л 1Э 5 19, 22, Напряжение. на выходе интегратора АЦП соответственноИнтервал времени на выходе АЦПК,С,Щ+ щ 1(Ь+ ЬИ) (6) (О- П,)( + )4 О.й 2К(П к) + ц 1 ). (к) о + 13)4 )К 2 С 24 гВ третьем цикле соответственно . -л- до уо) (П И + "о). то ом тактах замкнутыв первом и .второмключи 10-12, 9-8, 15-13, 17-16, 21-1.РеэулътиРующнй код, соответств йъ 01 - Ци) (Тц йа) Я интервалу времениЬ 1 4 Ц 1 иц - 4 цкццр 4 ц ц 11 + 4С 2ю 2 Ц ца + ЯчН я СФ 1 ВЫРажение Сц МожнО запнсатЦифровой код, пропорциональный . ется регистратором 29. После фиксаизмеряемой температуре т 47, фиксиру- , ции.регистратором результата измерения процесс измерения повторяетСяс первого цикла двухтактного интегрирования.Усилитель 2 напряжения и преобразователь 3 тока в напряжение построены на малошумящих полевых транзисторах, например, КП 307 Г и малошумящих широкополосных операционных усиителях, например, 1407 УД 1, перемножитель 25 - на КИ 525 ПСЗА, переключатели 7, 11, 15, 19, 23, 27 - иаКР 590 КН 4. Источник 5 эталонного постоянного напряжения может быть реализован по одной из известных схем,интегрирующий АЦП 27 - на микросхеме КР 572 ПВ 2, Формирователь 30 управ 1 ляющих сигналов, включающий в себягенератор опорной частоты, генераторзапуска, делитель частоты, триггерыцикла, двоично-десятичные счетчики,может быть построен на микросхемахсерии К 155. На микросхемах этой жесерии может быть построен сумматор28, а регистратор 29 - на микросхе.мах 514 ИД 1 и АЛ 304 А,В предлагаемом устройстве измерения температуры результат измеренияне зависит от значения сопротивления термошумового преобразователя ипогрешность измерения температуры,обусловленная шумами в усилителенапряжения, преобразователе тока вУнапряжение, а также аддитивными,мультипликативными и нелинейными погрешностями перемножителя, мала, таккак при суммировании интерваловвремени в конце четвертого цикла;в сумматоре устраняются погрешности, обусловленные постоянной составляющей напряжения на выходе перемножителя, а также составляющими.напряжения высших порядков, обусловленных нелинейностью характеристикиперемножителя. В устройстве отсутствуют также погрешности преобразова. теля сопротивление - код термошумового преобразователя. Вместо образцового резистора, находящегося приизвестной температуре, введен источник эталонного постоянного напряжения, стабильность которого намноговыше, чем системы измерения ипи поддержания известной температуры, Вэтом случае устраняется также погрешность, обусловленная влиянием на точность измерения постоянной времениобразцового резистора, а источникэтапонного постоянного напряжения может быть размещен в корпусе устройства для измерения температурыв непосредственной близости к перемножителю,5Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее аналого-цифровойпреобразователь, выход которого соединен через .сумматор с входом регист"ратора, термошумовой преобразователь,первый вывод которого подсоединенк общей шине, формирователь управляющих сигналов, подключенный выходамик управляющим входам первого и второго переключателей, аналого-цифровогопреобразователя и сумматора, перемножитель и усилитель напряжения, 20 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности результата измерения температуры, в неговведены первый полосовой фильтр,подключенный выходом к первому неподвижному контакту первого переключателя и соединенный входом с выходомусилителя напряжения, второй полосовой фильтр, подключенный выходомк первому неподвижному контакту вто- О рого переключателя, третий и четвертый переключатели, подсоединенныепервыми неподвижными контактами кподвижному контакту первого переключателя и подключенные подвижнымиконтактами соответствейно к первому 35 неинвертирующему и первому инвертирующему входам перемножителя, пятыйи шестой переключатели, соединенныепервыми неподвижными контактами сподвижным контактом второго пере.ключателя и подключенные подвижнымиконтактами соответственно к второмунеинвертирующему и второму инвертиррощему входам перемножителя, фильтрнижних частот, включенный между выхо дом перемножителя и информационнымвходом аналого-цифрового преобразователя, источник эталонного постоянного напряжения, подключенный выходом к вторым неподвижным контактампервого и второго перемножителейпреобразователь тока в напряжение,подсоединенный входом к второму.выводу термошумового преобразователя,соединенному с входом усилителя на пряжения, причем выход преобразователя тока в напряжение подключен квходу второго полосового фильтраЭа другие выходы формирователя управ1732186 12 11ляющего сигнала соединены с управляющими входами третьего, четвертого, пятого и шестого переключателей. подсоединенных вторыми неподвижнымиконтактами к общей шине, Составитель Л,Кузьминская Редактор В .Петраш Техред А,Кравчук . Корректор А. Обручар ,ФЗаказ 1576 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101