RU2194956C1 - Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization - Google Patents

Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2194956C1
RU2194956C1 RU2001118573/28A RU2001118573A RU2194956C1 RU 2194956 C1 RU2194956 C1 RU 2194956C1 RU 2001118573/28 A RU2001118573/28 A RU 2001118573/28A RU 2001118573 A RU2001118573 A RU 2001118573A RU 2194956 C1 RU2194956 C1 RU 2194956C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
sensors
quartz
piezoresonance
frequencies
Prior art date
Application number
RU2001118573/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.К. Евдокимов
Р.К. Сагдиев
А.Ф. Байтуллин
Я.А. Партс
Н.В. Плескач
В.А. Бородулин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Завод электроники и механики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Завод электроники и механики" filed Critical Открытое акционерное общество "Завод электроники и механики"
Priority to RU2001118573/28A priority Critical patent/RU2194956C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2194956C1 publication Critical patent/RU2194956C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, determination of temperature in assemblage of points. SUBSTANCE: procedure measuring spatial distribution of temperature according to first version is carried out by placement of assemblage of temperature-sensitive elements connected in parallel by two-wire line in check points, by supply of alternating voltage signal to one input of line and by recording input alternating current iin(t). Quartz piezoresonance pickups with different resonance frequencies ωr1, ωr2,...ωri,...ωrN, are employed as temperature-sensitive elements. Signal with spectrum overlapping frequency range of quartz piezo-resonance pickups is used in the capacity of alternating voltage signal supplied to one input of two-wire line. In correspondence with second version procedure measuring spatial distribution of temperature is realized by placement of assemblage of temperature-sensitive elements in check points and by use of signal with frequency modulation in range of resonance frequencies of quartz piezoresonance pickups in the capacity of alternating voltage signal supplied to one input of two-wire line. Facility for realization of procedure measuring spatial distribution of temperature includes assemblage of temperature- sensitive elements connected in parallel with the help of two-wire line connected to resistor which is coupled to source of alternating voltage. Quartz piezo-resonance pickups with different resonance frequencies ωr1, ωr2,...ωri,...ωrN, are employed as temperature- sensitive elements, recorder incorporates matching circuit, register of amplitude of alternating current, spectrum analyzer, processing and indication unit connected in series. Signal generator with spectrum overlapping frequencies of quartz piezo- resonance pickups is utilized in the capacity of source of alternating voltage. EFFECT: increased accuracy and noise immunity, expanded temperature measurement range of spatial distribution of temperature field. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике при определении температуры во множестве точек. The invention relates to measuring technique for determining the temperature at many points.

Известны способы, реализующие устройства для измерения пространственного распределения температуры (патент США 4875782, кл. G 01 К 7/04, 1990; AC 1177684, кл. G 01 К 3/02, 1985; 1223053, G 01 К 7/00, 1986), основанные на измерении электрического сопротивления термочувствительных элементов, размещенных в точках измерения температурного поля. Known methods that implement devices for measuring the spatial distribution of temperature (US patent 4875782, CL G 01 K 7/04, 1990; AC 1177684, CL G 01 K 3/02, 1985; 1223053, G 01 K 7/00, 1986 ) based on measuring the electrical resistance of thermosensitive elements located at points of measurement of the temperature field.

Известны устройства для измерения пространственного распределения температуры (патент США 4875782, кл. G 01 К 7/04, 1990; а.с. 1177684, кл.G 01 К 3/02, 1985; 1223053, G 01 К 7/00, 1986). Known devices for measuring the spatial distribution of temperature (US patent 4875782, class G 01 K 7/04, 1990; A.S. 1177684, class G 01 K 3/02, 1985; 1223053, G 01 K 7/00, 1986 )

Недостатком этих способов и осуществляющих их устройств является наличие либо механического сканирующего устройства, либо большого количества соединительных проводов и коммутатора. The disadvantage of these methods and their devices is the presence of either a mechanical scanning device, or a large number of connecting wires and a switch.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализующий устройство измерения пространственного распределения температуры (патент Российской федерации 2079822, кл. G 01 К 7/00, 1997), основанный на измерении тока насыщения полупроводниковых термочувствительных элементов, размещенных в интересующих точках измерения температурною поля. Closest to the proposed one is a method that implements a device for measuring the spatial distribution of temperature (patent of the Russian Federation 2079822, class G 01 K 7/00, 1997), based on measuring the saturation current of semiconductor thermosensitive elements located at points of interest for measuring the temperature field.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения пространственного распределения температуры (патент Российской федерации 2079822, кл. G 01 К 7/00, 1997), которое содержит множество термочувствительных полупроводниковых элементов, измеритель и регистратор. Closest to the proposed is a device for measuring the spatial distribution of temperature (patent of the Russian Federation 2079822, class G 01 K 7/00, 1997), which contains many heat-sensitive semiconductor elements, a meter and a recorder.

Недостатком этого способа и устройства является низкая точность измерений, вызванная изменением величины измеряемого тока вследствие дрейфа параметров измерительной аппаратуры при изменении температуры, старении элементов, низкая помехоустойчивость, а также невысокий верхний предел температурного диапазона измерений, ограниченный предельной температурой работоспособности р-n перехода. The disadvantage of this method and device is the low accuracy of the measurements caused by a change in the measured current due to drift of the parameters of the measuring equipment when the temperature changes, aging of the elements, low noise immunity, as well as a low upper limit of the temperature range of measurements, limited by the limiting operating temperature of the pn junction.

Решаемая техническая задача - повышение точности, помехоустойчивости и расширение температурного диапазона измерения пространственного распределения температурного поля. The technical problem to be solved is improving accuracy, noise immunity and expanding the temperature range for measuring the spatial distribution of the temperature field.

Решаемая техническая задача в способе измерения пространственного распределения температуры (его первом варианте) путем помещения в контролируемые точки множества термочувствительных датчиков, соединенных параллельно двухпроводной линией, подачи на один из входов линии сигнала переменного напряжения и регистрации входного переменного тока iвх(t), достигается тем, что в качестве термочувствительных датчиков используют кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, в качестве сигнала переменного напряжения, подаваемого на один из входов двухпроводной линии, используют сигнал со спектром, перекрывающим частотный диапазон кварцевых пьезорезонансных датчиков, после регистрации входного переменного тока iвx(t) вычисляют его амплитудный спектр S(ω), определяют резонансные частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN по положению максимумов амплитудного спектра S(ω), а затем по предварительно экспериментально найденным или теоретически известным зависимостям резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков от температуры ωpi(t) определяют искомую температуру в контролируемых точках.The technical problem to be solved in the method of measuring the spatial distribution of temperature (its first version) by placing at a controlled point a plurality of heat-sensitive sensors connected in parallel by a two-wire line, applying an alternating voltage signal to one of the inputs of the line and registering the input alternating current i in (t) is achieved by in that the temperature-sensitive sensor using quartz piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1, ω p2, ... ω pi, ... ω pN, as a signal lane alternating voltage supplied to one input of a two-wire line, using a signal with the spectrum overlapping frequency range quartz piezoresonance sensors after registration i Bx (t) of the input AC its amplitude spectrum calculating S (ω), determine the resonant frequency of quartz piezoresonance sensors ω p1 , ω p2, ... ω pi, ... ω pN position of the maxima of the amplitude spectrum S (ω), and then pre-found experimentally or theoretically known dependence of resonant frequency quartz piezoresonance x sensor temperature ω pi (t) determined by the desired temperature of the controlled points.

Решаемая техническая задача в способе измерения пространственного распределения температуры (его втором варианте) путем помещения в контролируемые точки множества термочувствительных датчиков, соединенных параллельно двухпроводной линией, подачи на один из входов линии сигнала переменного напряжения и регистрации входного переменного тока iвх(t), достигается тем, что в качестве термочувствительных датчиков используют кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, в качестве сигнала переменного напряжения, подаваемого па один из входов двухпроводной линии, используют сигнал с частотной модуляцией в диапазоне резонансных частот кварцевых пьезорезонансных датчиков, при регистрации входного переменного тока iвх(t) в моменты достижения его максимальных значений измеряют частоты сигнала переменного напряжения, которые равны значению резонансных частот датчиков ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, а затем по предварительно экспериментально найденной или теоретически известной зависимости ωpi(t) резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков от температуры вычисляют искомую температуру в контролируемых точках.The technical problem to be solved in the method for measuring the spatial distribution of temperature (its second variant) by placing at the controlled points a plurality of temperature-sensitive sensors connected in parallel by a two-wire line, applying an alternating voltage signal to one of the line inputs and registering the input alternating current i in (t) is achieved by in that the temperature-sensitive sensor using quartz piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1, ω p2, ... ω pi, ... ω pN, as a signal lane alternating voltage supplied pas one input of a two-wire line, using a signal with frequency in the range of resonance frequencies quartz piezoresonance sensors, check AC input i Rin (t) at the instants achieve its maximum values measured alternating voltage signal the frequency of which is equal to the value of the resonance the frequencies of the sensors ω p1 , ω p2 , ... ω pi , ... ω pN , and then according to the previously experimentally found or theoretically known dependence ω pi (t) of the resonant frequency of quartz piezoelectric resonators Temperature sensors calculate the desired temperature at controlled points.

Решаемая техническая задача в устройстве, реализующем способ измерения пространственного распределения температуры в его первом и втором вариантах, содержащем множество термочувствительных датчиков, параллельно соединенных двухпроводной линией, соединенной с регистратором, который соединен с источником переменного напряжения, достигается тем, что в качестве термочувствительных датчиков использованы кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, регистратор содержит последовательно соединенные схему согласования, регистратор амплитуды переменного тока, анализатор спектра, блока обработки и индикации, в качестве источника переменного напряжения использован генератор сигнала со спектром, перекрывающим частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков.The technical problem to be solved in a device that implements a method for measuring the spatial distribution of temperature in its first and second variants, containing a variety of heat-sensitive sensors, connected in parallel by a two-wire line connected to a recorder that is connected to an AC voltage source, is achieved by using quartz as heat-sensitive sensors piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1, ω p2, ... ω pi, ... ω pN, recorder comprises sequentially with unity matching circuit, the registrar AC amplitude, spectrum analyzer, processing and display unit, a signal generator is used as an AC voltage source with the spectrum overlapping frequencies piezoresonance quartz sensors.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего способ. Figure 1 shows a block diagram of a device that implements the method.

На фиг. 2 показана температурно-частотная характеристика кварцевого пьезорезонансного датчика PKTВ 206. In FIG. Figure 2 shows the temperature-frequency response of a quartz piezoresonance sensor PKTV 206.

На фиг.3 показан график частотной зависимости модуля проводимости кварцевого пьезорезонансного датчика PKTВ 206. Figure 3 shows a graph of the frequency dependence of the conductivity module of a quartz piezoresonance sensor PKTV 206.

Устройство (фиг. 1) содержит N кварцевых пьезорезонансных датчиков li, двухпроводную линию 2, генератор 3, регистратор 4, в состав которого входят схема согласования 5, регистратор амплитуды переменного тока 6, анализатор спектра 7, блок обработки и индикации 8. Количество кварцевых пьезорезонансных датчиков определяется необходимым количеством точек контроля температуры.The device (Fig. 1) contains N quartz piezoresonance sensors l i , a two-wire line 2, a generator 3, a recorder 4, which includes a matching circuit 5, an AC amplitude recorder 6, a spectrum analyzer 7, a processing and indication unit 8. The number of quartz piezoresonance sensors is determined by the required number of temperature control points.

Кварцевые пьезорезонансные датчики li электрически соединены при помощи двухпроводной линии 2 со схемой согласования 5, другой вход схемы согласования 5 электрически соединен с генератором 3. Выход схемы согласования 5 электрически соединен с входом регистратора амплитуды переменного тока 6, выход которого соединен с входом анализатора спектра 7. Выход анализатора спектра 7 электрически соединен с входом блока обработки и индикации 8.Quartz piezoresonance sensors l i are electrically connected using a two-wire line 2 to the matching circuit 5, the other input of the matching circuit 5 is electrically connected to the generator 3. The output of the matching circuit 5 is electrically connected to the input of the AC amplitude recorder 6, the output of which is connected to the input of the spectrum analyzer 7 The output of the spectrum analyzer 7 is electrically connected to the input of the processing and display unit 8.

Рассмотрим осуществление способа измерения пространственного распределения температуры (его первого варианта) с помощью устройства, показанного на фиг. 1. Генератор 3 вырабатывает сигнал со спектром, перекрывающим частотный диапазон кварцевых пьезорезонансных датчиков. Сигнал с генератора 3 через схему согласования 5 поступает на вход двухпроводной линии 2. Схема согласования 5 необходима для выделения небольших изменений входного тока двухпроводной линии 2, вызванного резонансом кварцевых пьезорезонансных датчиков li на фоне сильной неизменной составляющей входного сигнала. Сигнал со схемы согласования 5 поступает на регистратор амплитуды переменного тока 6. Данные с выхода регистратора переменного тока 6 поступают на анализатор спектра 7, позволяющего вычислить по временной выборке входного тока iвх(t) двухпроводной линии 2 амплитудный спектр входного тока S(ω). Данные об амплитудном спектре поступают на блок обработки и индикации 8, в котором по предварительно экспериментально найденной или теоретически известной зависимости ωpi(t) резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков li от температуры вычисляется искомая температура в контролируемых точках и производится ее индикация.Consider the implementation of the method for measuring the spatial distribution of temperature (its first variant) using the device shown in FIG. 1. Generator 3 generates a signal with a spectrum that covers the frequency range of quartz piezoresonance sensors. The signal from the generator 3 through the matching circuit 5 is fed to the input of the two-wire line 2. The matching circuit 5 is necessary to highlight small changes in the input current of the two-wire line 2 caused by the resonance of the quartz piezoresonance sensors l i against the background of a strong unchanged component of the input signal. The signal from the matching circuit 5 is fed to the AC amplitude recorder 6. Data from the output of the AC recorder 6 is fed to a spectrum analyzer 7, which makes it possible to calculate the amplitude spectrum of the input current S (ω) from the time sample of the input current i in (t) of the two-wire line 2. The data on the amplitude spectrum are sent to the processing and display unit 8, in which, using the previously experimentally found or theoretically known dependence of the resonance frequency ω pi (t) of the quartz piezoresonance sensors l i , the desired temperature is calculated at the controlled points and its indication is made.

Рассмотрим осуществление способа измерения пространственного распределения температуры (его второго варианта) с помощью устройства, показанного на фиг.1. Генератор 3 вырабатывает сигнал с частотной модуляцией в диапазоне резонансных частот кварцевых пьезорезонансных датчиков. Сигнал с генератора 3 через схему согласования 5 поступает на вход двухпроводной линии 2. Схема согласования 5 необходима для выделения небольших изменений входного тока двухпроводной линии 2, вызванных резонансом кварцевых пьезорезонансных датчиков li на фоне сильной неизменной составляющей входного сигнала. Сигнал со схемы согласования 5 поступает на регистратор амплитуды переменного тока 6. Данные с выхода регистратора переменного тока 6 поступают на анализатор спектра 7, позволяющего определить частоту входного переменного тока. Анализатор спектра определяет частоты переменного тока iвх(t) в моменты достижения его максимальных значений, эти частоты равны значению резонансных частот датчиков ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpn. Данные о резонансных частотах кварцевых пьезорезонансных датчиков li поступают на блок обработки и индикации 8, в котором по предварительно экспериментально найденной или теоретически известной зависимости ωpi(t) резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков li от температуры вычисляется искомая температура в контролируемых точках и производится ее индикация.Consider the implementation of the method of measuring the spatial distribution of temperature (its second option) using the device shown in figure 1. Generator 3 generates a frequency modulated signal in the resonant frequency range of quartz piezoresonance sensors. The signal from the generator 3 through the matching circuit 5 is fed to the input of the two-wire line 2. The matching circuit 5 is necessary to isolate small changes in the input current of the two-wire line 2 caused by the resonance of the quartz piezoresonance sensors l i against the background of a strong unchanged component of the input signal. The signal from the matching circuit 5 is fed to the AC amplitude recorder 6. Data from the output of the AC recorder 6 is fed to a spectrum analyzer 7, which allows determining the frequency of the input alternating current. The spectrum analyzer determines the frequencies of the alternating current i in (t) when it reaches its maximum values, these frequencies are equal to the resonant frequencies of the sensors ω p1 , ω p2 , ... ω pi , ... ω pn . Data on the resonant frequencies of the quartz piezoresonance sensors l i are supplied to the processing and display unit 8, in which, using the previously experimentally found or theoretically known dependence of the resonant frequency ω pi (t) of the resonant frequency of the quartz piezoresonance sensors l i on the temperature, the desired temperature is calculated at the controlled points and its indication.

Покажем, что предлагаемый способ позволяет достичь решения поставленной технической задачи - повысить точность и помехоустойчивость измерения пространственного распределения температуры. We show that the proposed method allows to achieve the solution of the technical problem - to increase the accuracy and noise immunity of measuring the spatial temperature distribution.

Существующие традиционные методы и датчики измерения температур (патент США 4875782, кл. G 01 К 7/04, 1990; а.с. 1177684, кл. G 01 К 3/02, 1985; 1223053, кл. G 01 К 7/00, 1986) позволяют измерять, главным образом, только локальные, точечные, характеристики теплофизических полей. Для измерения температуры распределенных объектов необходимо использовать множество точечных (дискретных) датчиков, размещенных на объекте измерения. При использовании традиционной идеологии построение многоточечных термодатчиков приводит к существенному усложнению измерительной аппаратуры и росту ее объема, а также к значительным материальным затратам, поскольку в этом случае система является многоканальной с числом измерительных каналов, равным числу датчиков. Для построения такой многоканальной системы необходимо большое количество (десятки и сотни) соединительных проводников датчиков с измерительной системой. Existing traditional methods and sensors for measuring temperature (US patent 4875782, CL G 01 K 7/04, 1990; A.S. 1177684, CL G 01 K 3/02, 1985; 1223053, CL G 01 K 7/00 , 1986) allow us to measure, mainly, only local, point, characteristics of thermophysical fields. To measure the temperature of distributed objects, it is necessary to use many point (discrete) sensors located on the measurement object. Using a traditional ideology, the construction of multi-point temperature sensors leads to a significant complication of the measuring equipment and an increase in its volume, as well as to significant material costs, since in this case the system is multi-channel with the number of measuring channels equal to the number of sensors. To build such a multi-channel system, a large number (tens and hundreds) of connecting conductors of sensors with a measuring system is required.

Устройство для измерения пространственного распределения температуры, описанное в патенте Российской федерации 2079822, кл. G 01 К 7/00, 1997, построено по другому принципу. В нем множество термочувствительных датчиков соединены параллельно при помощи двухпроводной линии. При этом появляется возможность достичь снижения в несколько раз объема вторичной аппаратуры (снижение пропорционально числу измерительных каналов), снижения во столько же раз общей длины соединительных линий и кабелей. A device for measuring the spatial distribution of temperature described in the patent of the Russian Federation 2079822, class. G 01 K 7/00, 1997, built on a different principle. In it, many temperature-sensitive sensors are connected in parallel using a two-wire line. At the same time, it becomes possible to achieve a several-fold reduction in the volume of secondary equipment (a decrease in proportion to the number of measuring channels), and a reduction in the total length of connecting lines and cables by the same amount.

Однако точность и помехоустойчивость этого устройства остается невысокой. В нем применены полупроводниковые температурные датчики. Температура вычисляется исходя из измерений амплитуды тока датчика. Поскольку информативным параметром является амплитуда тока, то шумы аппаратуры, электромагнитные помехи, дрейф параметров измерительной аппаратуры при изменении температуры, старении элементов и т.д. приведут к случайному изменению этой амплитуды, а следовательно, к снижению точности измерения температуры. However, the accuracy and noise immunity of this device remains low. It uses semiconductor temperature sensors. The temperature is calculated based on measurements of the amplitude of the sensor current. Since the current amplitude is an informative parameter, the noise of the equipment, electromagnetic interference, the drift of the parameters of the measuring equipment when the temperature changes, aging of the elements, etc. will lead to a random change in this amplitude, and therefore, to a decrease in the accuracy of temperature measurement.

Верхний предел температурного диапазона измерений полупроводниковых датчиков ограничен предельной температурой работоспособности р-n перехода и для некоторых диодов составляет величину до 140oС [1, диод КД213Л].The upper limit of the temperature range of measurements of semiconductor sensors is limited by the limiting operating temperature of the pn junction and for some diodes is up to 140 o C [1, diode KD213L].

Использование в качестве точечных датчиков термочувствительных кварцевых пьезорезонансных датчиков с разнесенными частотами дает ряд преимуществ по сравнению с другими типами датчиков. Такие датчики имеют:
- повышенную точность измерения температуры в рабочем диапазоне от -50 до + 370oС [2];
- повышенную помехоустойчивость вследствие преобразования температуры в частотный выходной сигнал.
The use of temperature-sensitive quartz piezoresonance sensors with spaced frequencies as point sensors provides several advantages over other types of sensors. Such sensors have:
- increased accuracy of temperature measurement in the operating range from -50 to + 370 o C [2];
- increased noise immunity due to the conversion of temperature into a frequency output signal.

При использовании этих датчиков возможно проведение измерений температурного поля распределенного объекта в множестве точек с точностью до 0,1% [2] , причем для передачи измерительной информации на вторичную аппаратуру требуется только один канал. Using these sensors, it is possible to measure the temperature field of a distributed object at many points with an accuracy of 0.1% [2], and only one channel is required for transmitting measurement information to the secondary equipment.

Одним из видов кварцевых пьезорезонансных датчиков, выпускаемых промышленностью, являются камертонные кварцевые пьезорезонансные температурные датчики РКТВ 206. Основные характеристики кварцевого пьезорезонансного датчика РКТВ 206 приведены в таблице. One of the types of quartz piezoresonance sensors manufactured by the industry is the tuning fork quartz piezoresonance temperature sensors RKTV 206. The main characteristics of the quartz piezoresonance sensor RKTV 206 are shown in the table.

Кварцевый пьезорезонансный датчик РКТВ 206 имеет температурную характеристику, описываемую следующим выражением [2]:
f(t) = f0|A1(t-t0)|A2(t-t0)2, (1)
где f(t) - частота кварцевого пьезорезонансного датчика (Гц) при текущем значении температуры t(oC);
f0 - частота кварцевого пьезорезонансного датчика (Гц) при опорном значении температуры (oС);
t0 - опорное значение температуры.
The quartz piezoresonance sensor RKTV 206 has a temperature characteristic described by the following expression [2]:
f (t) = f 0 | A 1 (tt 0 ) | A 2 (tt 0 ) 2 , (1)
where f (t) is the frequency of the quartz piezoresonance sensor (Hz) at the current temperature t ( o C);
f 0 is the frequency of the quartz piezoresonance sensor (Hz) at a reference temperature value ( o С);
t 0 - reference value of temperature.

Коэффициенты для кварцевого пьезорезонансного датчика РКТВ 206 составляют [2]:
Al = -1,76±0,1 Гц/oС, A2 = -0,0031±0,0001 Гц/oС в диапазоне рабочих температур -50... +370 oС.
The coefficients for the quartz piezoresonance sensor RKTV 206 are [2]:
A l = -1.76 ± 0.1 Hz / o С, A 2 = -0.0031 ± 0.0001 Hz / o С in the operating temperature range -50 ... +370 o С.

График температурной частотной характеристики кварцевого пьезорезонансного датчика с центральной частотой 34 кГц, рассчитанный в соответствии с (1), показан на фиг.2. Измерив частоту резонатора, по температурно-частотной характеристике вычисляется температура датчика. A graph of the temperature frequency response of a quartz piezoresonance sensor with a central frequency of 34 kHz, calculated in accordance with (1), is shown in FIG. 2. By measuring the resonator frequency, the temperature of the sensor is calculated from the temperature-frequency characteristic.

Таким образом, разместив кварцевые пьезорезонансные датчики в точках измерения температуры и соединив их параллельно при помощи двухпроводной линии, для вычисления температуры необходимо измерить их резонансные частоты. Для того чтобы это сделать, на вход двухпроводной линии (фиг.1) с генератора 3 подается сигнал со спектром, перекрывающим частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков. В ответ на такое воздействие в кварцевых пьезорезонансных датчиках возникают свободные колебания на частотах их последовательных резонансов. Регистрируя эти колебания при помощи регистратора переменного тока 6 и вычисляя их спектр при помощи анализатора спектра 7, определяются резонансные частоты всех датчиков. Далее, при помощи блока обработки и индикации 8 производится вычисление температур по найденным частотам датчиков и по известным температурно-частотным характеристикам датчиков, вид которых показан на фиг.2. Thus, by placing quartz piezoresonance sensors at temperature measuring points and connecting them in parallel using a two-wire line, to calculate the temperature, it is necessary to measure their resonant frequencies. In order to do this, a signal with a spectrum overlapping the frequencies of the quartz piezoresonance sensors is supplied to the input of the two-wire line (Fig. 1) from the generator 3. In response to such an effect, free oscillations arise at quartz piezoresonance sensors at the frequencies of their successive resonances. By registering these oscillations with an AC recorder 6 and calculating their spectrum with a spectrum analyzer 7, the resonant frequencies of all the sensors are determined. Further, using the processing and display unit 8, temperatures are calculated from the found frequencies of the sensors and from the known temperature-frequency characteristics of the sensors, the form of which is shown in FIG. 2.

Если на вход двухпроводной линии 2 подавать сигнал с относительно медленным (по сравнению со временем затухания собственных колебаний датчиков) линейным изменением частоты, то можно измерять частотную зависимость входной проводимости или входного сопротивления линии с датчиками. Вид частотной зависимости модуля проводимости кварцевого пьезорезонансного датчика показан на фиг. 3 [3] . Проводимость кварцевою пьезорезонансного датчика в области резонанса имеет узкий пик. Измеряя частоту, на которой находится максимум проводимости датчика, можно определить его резонансную частоту. Если к линии подключено параллельно несколько датчиков, график частотной зависимости проводимости линии будет иметь несколько пиков, каждый из которых соответствует резонансу определенного датчика. Далее, при помощи блока обработки и индикации 8 производится вычисление температур по найденным частотам датчиков и по известным температурно-частотным характеристикам датчиков. If a signal with a relatively slow (in comparison with the decay time of the natural oscillations of the sensors) linear frequency change is applied to the input of the two-wire line 2, then the frequency dependence of the input conductivity or input resistance of the line with sensors can be measured. The frequency dependence of the conductivity module of a quartz piezoresonance sensor is shown in FIG. 3 [3]. The conductivity of the quartz piezoresonance sensor in the resonance region has a narrow peak. By measuring the frequency at which the maximum conductivity of the sensor is located, it is possible to determine its resonant frequency. If several sensors are connected in parallel to the line, the graph of the frequency dependence of the line conductivity will have several peaks, each of which corresponds to the resonance of a specific sensor. Further, using the processing and display unit 8, temperatures are calculated from the found frequencies of the sensors and from the known temperature-frequency characteristics of the sensors.

Опытный образец устройства для измерения пространственного распределения температуры был изготовлен на основе кварцевых пьезорезонансных датчиков РКТВ 206. Генератор был собран на основе операционных усилителей К140УД7. Схема согласования выполнена на основе дифференциального усилителя на микросхемах К544УД1. Регистратор амплитуды переменного тока представлял собой блок АЦП на основе платы ввода/вывода сигнала в ЭВМ - L305 фирмы.... Анализатор спектра и блок обработки и индикации был выполнен на ЭВМ и программного пакета LabView. A prototype device for measuring the spatial distribution of temperature was made on the basis of quartz piezoresonance sensors RKTV 206. The generator was assembled on the basis of operational amplifiers K140UD7. The matching circuit is based on a differential amplifier based on K544UD1 microcircuits. The AC amplitude recorder was an ADC unit based on a computer I / O signal board in the computer - L305 of the company .... The spectrum analyzer and the processing and indication unit were performed on a computer and LabView software package.

Таким образом, при использовании кварцевых пьезорезонансных датчиков удается повысить точность измерения пространственного распределения температуры, поскольку эти датчики обладают более высоким классом точности, чем полупроводниковые датчики. Kварцевыe пьезорезонансные датчики позволяют повысить помехоустойчивость измерений, поскольку информационным параметром является частота сигнала, а не амплитуда. Также расширяется верхний предел температурного диапазона измерений. Thus, when using quartz piezoresonance sensors, it is possible to increase the accuracy of measuring the spatial distribution of temperature, since these sensors have a higher accuracy class than semiconductor sensors. Quartz piezoresonance sensors can increase the noise immunity of measurements, since the information parameter is the signal frequency, and not the amplitude. Also extends the upper limit of the temperature range of measurements.

Мы показали, что, используя соединенные параллельно при помощи двухпроводной линии пьезорезонансные датчики, возможно измерение пространственного распределения температуры, повысив при этом точность, помехоустойчивость измерений и расширив верхний предел температурного диапазона измерений. We have shown that, using piezoresonance sensors connected in parallel using a two-wire line, it is possible to measure the spatial distribution of temperature, while increasing accuracy, noise immunity of measurements, and expanding the upper limit of the temperature range of measurements.

Список литературы
1. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник/ А.В..Баюков, А.Б.Гитцевич, А.А.Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1983, - 744 с.
List of references
1. Semiconductor devices: Diodes, thyristors, optoelectronic devices. Reference book / A.V..Bayukov, A.B.Gitsevich, A.A. Zaitsev and others; Under the total. ed. N.N. Goryunova. - M.: Energoatomizdat, 1983, - 744 p.

2. Технический паспорт резонатора кварцевого термочувствительного высокотемпературного РКТВ 206 ТУ 25-1862.0013-88 Специальное конструкторско-технологическое бюро электроники, приборостроения и автоматизации, г.Углич. 2. Technical passport of the resonator of quartz thermosensitive high-temperature RKTV 206 TU 25-1862.0013-88 Special Design and Technological Bureau of Electronics, Instrument Engineering and Automation, Uglich.

3. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1989. 3. Malov VV Piezoresonance sensors. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energoatomizdat, 1989.

Claims (3)

1. Способ измерения пространственного распределения температуры путем помещения в контролируемые точки множества термочувствительных датчиков, соединенных параллельно двухпроводной линией, подачи на один из входов линии сигнала переменного напряжения и регистрации входного переменного тока iвх(t), отличающийся тем, что в качестве термочувствительных датчиков используют кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, в качестве сигнала переменного напряжения, подаваемого на один из входов двухпроводной линии, используют сигнал со спектром, перекрывающим частотный диапазон кварцевых пьезорезонансных датчиков, после регистрации входного переменного тока iвх(t) вычисляют его амплитудный спектр S(ω), определяют резонансные частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN по положению максимумов амплитудного спектра S(ω), а затем по предварительно экспериментально найденным или теоретически известным зависимостям резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков от температуры ωpi(t) определяют искомую температуру в контролируемых точках.1. The method of measuring the spatial temperature distribution by placing at a controlled point a plurality of temperature-sensitive sensors connected in parallel by a two-wire line, applying an alternating voltage signal to one of the line inputs and registering the input alternating current i in (t), characterized in that they are used as temperature-sensitive sensors quartz piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1 , ω p2 , ... ω pi , ... ω pN , as an AC voltage signal applied to one of the inputs two-wire line, use a signal with a spectrum that covers the frequency range of quartz piezoresonance sensors, after registering the input alternating current i in (t), its amplitude spectrum S (ω) is calculated, the resonance frequencies of quartz piezoresonance sensors ω p1 , ω p2 , ... ω pi, ... ω pN position of the maxima of the amplitude spectrum S (ω), and then pre-found experimentally or theoretically known dependence of resonant frequency of the quartz sensor piezoresonance temperature ω pi (t) defines the desired th temperature controlled locations. 2. Способ измерения пространственного распределения температуры путем помещения в контролируемые точки множества термочувствительных датчиков, соединенных параллельно двухпроводной линией подачи на один из входов линии сигнала переменного напряжения и регистрации входного переменного тока iвх(t), отличающийся тем, что в качестве термочувствительных датчиков используют кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, в качестве сигнала переменного напряжения, подаваемого на один из входов двухпроводной линии, используют сигнал с частотной модуляцией в диапазоне резонансных частот кварцевых пьезорезонансных датчиков, при регистрации входного переменного тока iвх(t) в моменты достижения его максимальных значений измеряют частоты сигнала переменного напряжения, которые равны значению резонансных частот датчиков ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, а затем по предварительно экспериментально найденной или теоретически известной зависимости ωpi(t) резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков от температуры вычисляют искомую температуру в контролируемых точках.2. A method of measuring the spatial distribution of temperature by placing at a controlled point a plurality of heat-sensitive sensors connected in parallel by a two-wire supply line to one of the inputs of the AC voltage signal line and registering the input AC current i in (t), characterized in that quartz is used as heat-sensitive sensors piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1 , ω p2 , ... ω pi , ... ω pN , as an AC voltage signal applied to one of the inputs two-wire line, use a signal with a frequency modulation in the resonant frequency range of quartz piezoresonance sensors, when registering the input alternating current i in (t) at the times of reaching its maximum values, measure the frequencies of the alternating voltage signal, which are equal to the values of the resonant frequencies of the sensors ω p1 , ω p2 , ... ω pi, ... ω pN, and then pre-found experimentally or theoretically known relationship ω pi (t) of the resonant frequency of the quartz sensor piezoresonance desired temperature is calculated The temperature in the controlled points. 3. Устройство измерения пространственного распределения температуры, содержащее множество термочувствительных датчиков, параллельно соединенных двухпроводной линией, соединенной с регистратором, который соединен с источником переменного напряжения, отличающееся тем, что в качестве термочувствительных датчиков использованы кварцевые пьезорезонансные датчики с различными резонансными частотами ωp1, ωp2,...ωpi,...ωpN, регистратор содержит последовательно соединенные схему согласования, регистратор амплитуды переменного тока, анализатор спектра, блока обработки и индикации, в качестве источника переменного напряжения использован генератор сигнала со спектром, перекрывающим частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков.3. A device for measuring the spatial distribution of temperature, containing many heat-sensitive sensors, connected in parallel by a two-wire line connected to a recorder, which is connected to an AC voltage source, characterized in that quartz piezoresonance sensors with different resonant frequencies ω p1 , ω p2 are used as heat-sensitive sensors , ... ω pi , ... ω pN , the recorder contains a series-connected matching circuit, an AC amplitude recorder, analysis a spectrum torus, a processing and indication unit, a signal generator with a spectrum that overlaps the frequencies of quartz piezoresonance sensors was used as an AC voltage source.
RU2001118573/28A 2001-07-04 2001-07-04 Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization RU2194956C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001118573/28A RU2194956C1 (en) 2001-07-04 2001-07-04 Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001118573/28A RU2194956C1 (en) 2001-07-04 2001-07-04 Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2194956C1 true RU2194956C1 (en) 2002-12-20

Family

ID=20251426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001118573/28A RU2194956C1 (en) 2001-07-04 2001-07-04 Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2194956C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2604267C1 (en) * 2015-06-02 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for measurement of temperature field in room and device therefor
RU2751438C1 (en) * 2020-12-18 2021-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for measuring spatial distribution of temperature and device for its implementation
WO2022015193A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Тота Систем С" (Ооо "Тота Системс") Method for determining physical parameters in a borehole

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2604267C1 (en) * 2015-06-02 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for measurement of temperature field in room and device therefor
WO2022015193A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Тота Систем С" (Ооо "Тота Системс") Method for determining physical parameters in a borehole
RU2751438C1 (en) * 2020-12-18 2021-07-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for measuring spatial distribution of temperature and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sardini et al. Wireless measurement electronics for passive temperature sensor
Ferrari et al. Oscillator-based signal conditioning with improved linearity for resistive sensors
CA2906755C (en) Downhole quartz gauge with minimal electronics
US2772391A (en) Recording magnetometric apparatus of the nuclear-resonance type
RU2194956C1 (en) Procedure measuring spatial distribution of temperature ( versions ) and facility for its realization
Floridia et al. An improved solution for simultaneous measurement of current and temperature on Terfenol-D FBG optical sensor
Vyroubal Eddy-current displacement transducer with extended linear range and automatic tuning
US2796756A (en) Vibration calibrator
Li et al. Design of closed-loop detection system for optical voltage sensors based on Pockels effect
RU2206878C1 (en) Method measuring spatial distribution of temperature and device for its realization
US3541435A (en) Noncontact dimension comparator employing constant frequency and amplitude pickup vibration
US4338516A (en) Optical crystal temperature gauge with fiber optic connections
US3840805A (en) Device for measuring parameters of resonant lc-circuit
Maher The multivibrator bridge for temperature measurement
US3142799A (en) High frequency voltmeter utilizing self-balancing loop
US3525931A (en) Radio frequency apparatus for measurement of plasma conductivity
Pollarolo et al. Johnson-noise thermometry based on a quantized-voltage noise source at NIST
RU2224986C2 (en) Method of multipoint measurement of pressure and device for its realization
RU203601U1 (en) Output signal conditioning device for differential measuring transducer
Zakrzewski Error Propagation in the Interface Electronics for Passive Sensors
US2898543A (en) Transmitter potentiometer
US3419796A (en) Compensated salinometer
RU2789106C1 (en) Method for measuring liquid or gas pressure and device for its implementation
RU2213330C2 (en) Method of thermal measurement of levels of interface of media
Van Kann et al. Simple method for absolute calibration of geophones, seismometers, and other inertial vibration sensors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040705

HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060705

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070510

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170705