UA25389U - Thermal-noise thermometer - Google Patents
Thermal-noise thermometer Download PDFInfo
- Publication number
- UA25389U UA25389U UAU200702680U UAU200702680U UA25389U UA 25389 U UA25389 U UA 25389U UA U200702680 U UAU200702680 U UA U200702680U UA U200702680 U UAU200702680 U UA U200702680U UA 25389 U UA25389 U UA 25389U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- converter
- output
- digital
- analog
- input
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 2
- 235000010893 Bischofia javanica Nutrition 0.000 description 1
- 240000005220 Bischofia javanica Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Корисна модель належить до шумової термометрії і може бути використана для вимірювання температури 2 термошумовим резистивним перетворювачем з деградуючим опором, переважно для контролю агресивного температурного середовища.A useful model belongs to noise thermometry and can be used to measure the temperature of 2 thermal noise resistive transducers with degrading resistance, preferably for monitoring an aggressive temperature environment.
Для виключення впливу нестабільності електричного опору термошумового резистивного перетворювача на значення температури використовують шумовий вимірювач температури |див. Саватеев А.В. Шумовая термометрия - Л.: Знергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987, -С.93-95), який містить термошумовий резистивний перетворювач, передпідсилювач напруги, перетворювач струму в напругу, смуговий фільтр, підсилювач напруги, детектор і інтегратор, два перемикача, два запам'ятаючих пристрої і перемножуючий пристрій з реєстратором.To exclude the influence of the instability of the electrical resistance of the thermal noise resistive converter on the temperature value, a noise temperature meter is used | see Savateev A.V. Noise thermometry - L.: Znergoatomizdat. Leningrad otd-nie, 1987, -P.93-95), which contains a thermal noise resistive converter, a voltage preamplifier, a current-to-voltage converter, a band-pass filter, a voltage amplifier, a detector and an integrator, two switches, two memory devices and a multiplying device with registrar
Завдяки перемноженню струму термошумового резистивного перетворювача з його напругою виключається вплив нестабільності опору термошумового перетворювача на результат вимірювання температури. Але ж власні шуми перетворювача напруги і перетворювача струму в напругу, а також неминучий дрейф напруги 19 зміщення перемножуючого пристрою не дозволяють реалізувати потенціальну точність відомого шумового вимірювача.Due to the multiplication of the current of the thermal noise resistive converter with its voltage, the influence of the instability of the resistance of the thermal noise converter on the temperature measurement result is excluded. But the inherent noises of the voltage converter and the current-to-voltage converter, as well as the inevitable voltage drift 19 displacement of the multiplying device do not allow to realize the potential accuracy of the known noise meter.
Відомий шумовий вимірювач температури (авт. свід. СРСР Мо1362951, МПК 501К7/30, 1986), який містить термошумовий резистивний перетворювач, зразковий резистор, два підсилювачі напруги, перемножувач, аналого-дифровий перетворювач, суматор, перетворювач опір - код, комутатори, ключі, цифровий ділильний пристрій, реєстратор та блок керування.The famous noise temperature meter (authenticated by the USSR Mo1362951, IPC 501K7/30, 1986), which contains a thermal-noise resistive converter, a sample resistor, two voltage amplifiers, a multiplier, an analog-to-digital converter, an adder, a resistance converter - code, switches, keys , digital divider, recorder and control unit.
Завдяки цифровому ділильному пристрою виключається вплив нестабільності опору термошумового резистивного перетворювача на результат вимірювання температури. Але вимірювач має невисоку точність через вплив похибок перетворення опору термошумового резистивного перетворювача, особливо в екстремальних температурних умовах, в напругу ділильного пристрою, а також через важкість збереження на 29 заданому рівні опору зразкового резистора. -оThanks to the digital dividing device, the influence of the instability of the resistance of the thermal noise resistive converter on the temperature measurement result is excluded. But the meter has low accuracy due to the influence of errors in the conversion of the resistance of the thermal noise resistive converter, especially in extreme temperature conditions, into the voltage of the dividing device, as well as due to the difficulty of maintaining the resistance of the sample resistor at a given level. -at
Відомий також шумовий вимірювач температури (авт. свід. СРСР Мо1732186, МПК 01К7/30, 19921, що містить термошумовий резистивний перетворювач, два смугових фільтри, два підсилювачі напруги, перемножувач, входи якого з'єднані через підсилювачі напруги з виходами полосових фільтрів, фільтр нижніх частот, підключений до виходу перемножувача, аналого-дцифровий перетворювач, вхід якого з'єднаний з о 30 аналого-дифровим перетворювачем, мікро-ЕОМ і цифровий індикатор, підключений до виходу мікро-ЕОМ. сA noise temperature meter is also known (authenticated certificate of the USSR Mo1732186, MPK 01K7/30, 19921, which contains a thermal noise resistive converter, two bandpass filters, two voltage amplifiers, a multiplier whose inputs are connected through voltage amplifiers to the outputs of the bandpass filters, a filter of low frequencies, connected to the output of the multiplier, an analog-to-digital converter, the input of which is connected to a 30 analog-to-digital converter, a micro-computer and a digital indicator connected to the output of a micro-computer.
Крім того, у склад шумового вимірювача температури входять перетворювач струму в напругу, джерело еталонної постійної напруги, цифровий суматор та формувач керуючих сигналів. оIn addition, the noise temperature meter includes a current-to-voltage converter, a reference DC voltage source, a digital adder, and a control signal generator. at
Одночасне підключення до термошумового резистивного перетворювача підсилювача напруги з ю високоомним входом і перетворювача струму в напругу з низькоомним входом викликає великі викривлення в 35 значеннях шумового струму та напруги, що не дозволяє одержати високу точність виміру температури. Крім того, с перемножувач у відомій схемі не виключає впливу корельованих шумів підсилювачів напруги і смугових фільтрів на результат вимірювання температури, що також знижує достовірність контролю температури. Джерелом похибки залишається часова та температурна нестабільність параметрів підсилювачів і смугових фільтрів, що « обумовлюють крутизну перетворення температури, яка вимірюється, в цифровий код. З 70 В основу корисної моделі поставлена задача створення такого шумового вимірювача температури, в якому с шляхом введення нових елементів та зв'язків між ними забезпечило б виключення похибок, що в свою чергу з» дозволить з більш високою точністю вимірювати температуру в умовах деградації опору термошумового резистивного перетворювача і нестабільності параметрів підсилювачів, фільтрів та самого перемножувача.The simultaneous connection of a voltage amplifier with a high-impedance input and a current-to-voltage converter with a low-impedance input to the thermal-noise resistive converter causes large distortions in the 35 values of the noise current and voltage, which does not allow obtaining high accuracy of temperature measurement. In addition, the c multiplier in the known scheme does not exclude the influence of correlated noises of voltage amplifiers and bandpass filters on the temperature measurement result, which also reduces the reliability of temperature control. The source of the error remains the time and temperature instability of the parameters of the amplifiers and bandpass filters, which determine the steepness of the transformation of the measured temperature into a digital code. C 70 The basis of a useful model is the task of creating such a noise temperature meter, in which, by introducing new elements and connections between them, it would ensure the elimination of errors, which, in turn, would allow to measure the temperature with higher accuracy in conditions of degradation of the thermal noise resistance resistive converter and instability of parameters of amplifiers, filters and the multiplier itself.
Поставлена задача досягається тим, що в шумовий вимірювач температури, що містить термошумовий 45 резистивний перетворювач, два смугових фільтри, два підсилювачі напруги, перемножувач, входи якого з'єднані о через підсилювачі напруги з виходами смугових фільтрів, фільтр нижніх частот, підключений до виходу 4! перемножувача, аналого-дифровий перетворювач, мікро-ЕБОМ, вхід якої з'єднаний з аналого-дифровим перетворювачем і цифровий індикатор, підключений до виходу мікро-ЕОМ, згідно корисної моделі, в нього о введені термостат, зразковий резистор, розміщений в термостаті, зразковий конденсатор, диференційний о 20 підсилювач, два розподільних конденсатора, розв'язуючий блок на операційному підсилювачі і з резистором в ланцюзі негативного зворотного зв'язку, триканальний і двоканальний мультиплексори та цифро-аналоговий со перетворювач, вхід якого з'єднано з другим виходом мікро-ЕОМ, вихід з'єднано з виводами термошумового резистивного перетворювача, зразкового резистора, зразкового конденсатора, що в свою Чергу з'єднані разом, та з одним із входів диференційного підсилювача через один розподільний конденсатор, інші виводи термошумового резистивного перетворювача, зразкового резистора і зразкового конденсатора, з'єднані кожен с окремо з входами триканального мультиплексора, вихід якого з'єднано з другим входом диференційного підсилювача через другий розподільний конденсатор і безпосередньо з входом розв'язуючого блока, вихід якого з'єднано з одним із входів двоканального мультиплексора, другий вхід якого з'єднано з виходом фільтра нижніх частот, а вихід з'єднано з входом аналого-дифрового перетворювача, керуючі входи триканального і 60 двоканального мультиплексорів підключені до третього і четвертого виходів мікро-ЕОМ, а вихід диференційного підсилювача з'єднаний з входами смугових фільтрів.The task is achieved by the fact that in a noise temperature meter containing a thermal noise 45 resistive converter, two bandpass filters, two voltage amplifiers, a multiplier whose inputs are connected through voltage amplifiers with the outputs of bandpass filters, a low-pass filter connected to output 4 ! multiplier, an analog-to-digital converter, a micro-EBOM, the input of which is connected to an analog-to-digital converter and a digital indicator connected to the output of a micro-computer, according to a useful model, a thermostat is introduced into it, a sample resistor placed in the thermostat, a sample capacitor, a differential amplifier by 20, two distribution capacitors, a decoupling unit on the operational amplifier and with a resistor in the negative feedback circuit, three-channel and two-channel multiplexers and a digital-to-analog converter, the input of which is connected to the second output of the micro- Computer, the output is connected to the terminals of the thermal noise resistive converter, the sample resistor, the sample capacitor, which in turn are connected together, and to one of the inputs of the differential amplifier through one distribution capacitor, the other outputs of the thermal noise resistive converter, the sample resistor and the sample capacitor , each connected separately to the inputs of a three-channel multiplexer, the output of which is connected with the second input of the differential amplifier through the second sharing capacitor and directly with the input of the decoupling unit, the output of which is connected to one of the inputs of the two-channel multiplexer, the second input of which is connected to the output of the low-pass filter, and the output is connected to the analog input -differential converter, the control inputs of the three-channel and 60 two-channel multiplexers are connected to the third and fourth outputs of the micro-computer, and the output of the differential amplifier is connected to the inputs of the bandpass filters.
Введення в схему шумового вимірювача температури зразкового резистора, розміщеного в термостаті, зразкового конденсатора, диференційного підсилювача, двох розподільних конденсаторів, розв'язуючого блока на операційному підсилювачі і резистором в ланцюзі негативного зворотного зв'язку, триканального і бо двоканального мультиплексорів, цифро-аналогового перетворювача, з'єднаних вказаним способом, дозволяє в різні цикли роботи сформувати на виході перемножувача додаткові напруги, почергова подача яких на розв'язуючий блок через термошумовий резистивний перетворювач, зразковий резистор, зразковий конденсатор і подальша математична обробка в мікро-БЄОМ дозволяє одержати значення температури, яка вимірюється, в цифровому вигляді, скоректоване від дії шумів і перешкод, які діють в підсилювально-перетворюючому тракті, а також дії несталості параметрів підсилювачів, фільтрів, перемножувача і нестабільності опору як самого термошумового перетворювача, так і зразкового, що дозволяє з більш високою точністю вимірювати температуру в умовах деградації параметрів термошумового резистивного перетворювача і нестабільності параметрів вимірювальної схеми. 70 На кресленні представлена функціональна схема шумового вимірювача температури.Introduction to the scheme of the noise temperature meter of a sample resistor placed in the thermostat, a sample capacitor, a differential amplifier, two distribution capacitors, a decoupling block on the operational amplifier and a resistor in the negative feedback circuit, three-channel and two-channel multiplexers, a digital-to-analog converter , connected in the specified manner, allows additional voltages to be generated at the output of the multiplier in different cycles of operation, the alternate supply of which to the resolving unit through a thermal noise resistive converter, a sample resistor, a sample capacitor and further mathematical processing in a micro-BEOM allows to obtain the temperature value, which is measured, in digital form, corrected for the effect of noises and interferences that act in the amplifier-converter path, as well as the effect of the instability of the parameters of amplifiers, filters, multipliers and the instability of the resistance of both the thermal noise converter itself and the model, which allows with higher accurately measure the temperature in conditions of degradation of the parameters of the thermal noise resistive converter and instability of the parameters of the measuring circuit. 70 The drawing shows the functional diagram of the noise temperature meter.
Шумовий вимірювач температури містить термошумовий резистивний перетворювач 1, зразковий резистор 2, розміщений в термостаті З, триканальний мультиплексор 4, зразковий конденсатор 5, два розподільних конденсатора 6 і 7, диференційний підсилювач 8, розв'язуючий блок 9 на операційному підсилювачі 10 з резистором 11 в ланцюзі негативного зворотного зв'язку, два смугові фільтри 12 і 13, два підсилювача напруги 7/5 14 і 15, перемножувач 16, фільтр 17 нижніх частот, двоканальний мультиплексор 18, аналого-дифровий перетворювач 19, цифро-аналоговій перетворювач 20, мікро-ЕОМ 21 і цифровий індикатор 22.The noise temperature meter contains a thermal noise resistive converter 1, a sample resistor 2 placed in the thermostat C, a three-channel multiplexer 4, a sample capacitor 5, two distribution capacitors 6 and 7, a differential amplifier 8, a resolving unit 9 on an operational amplifier 10 with a resistor 11 in negative feedback circuits, two bandpass filters 12 and 13, two voltage amplifiers 7/5 14 and 15, multiplier 16, low-pass filter 17, two-channel multiplexer 18, analog-to-digital converter 19, digital-to-analog converter 20, micro- Computer 21 and digital indicator 22.
Виводи термошумового резистивного перетворювача 1, зразкового резистора 2 і зразкового конденсатора 5 з'єднані разом і через розподільний конденсатор 6 з'єднані з одним із входів диференційного підсилювача 8.The outputs of the thermal noise resistive converter 1, the sample resistor 2 and the sample capacitor 5 are connected together and through the distribution capacitor 6 are connected to one of the inputs of the differential amplifier 8.
Другі виводи термошумового резистивного перетворювача 1, зразкового резистора 2 і зразкового конденсатора 5 з'єднані кожен окремо з входами триканального мультиплексора 4.The second outputs of the thermal noise resistive converter 1, the sample resistor 2 and the sample capacitor 5 are each connected separately to the inputs of the three-channel multiplexer 4.
Вихід мультиплексора 4 з'єднано з другим входом диференційного підсилювача 8 через розподільний конденсатор 7 і безпосередньо з входом розв'язуючого блока 9 на операційному підсилювачі 10 з резистором 11 в ланцюзі негативного зворотного зв'язку. Вихід диференційного підсилювача 8 з'єднано з входами смугових фільтрів 12 і 13, виходи яких через підсилювачі напруги 14 і 15 з'єднані з входами перемножувача 16. Вихід ов перемножувача 16 з'єднано через фільтр 17 нижніх частот з одним входом двоканального мультиплексора 18, другий вхід якого з'єднаний з виходом розв'язуючого блока 9. -The output of the multiplexer 4 is connected to the second input of the differential amplifier 8 through the distribution capacitor 7 and directly to the input of the decoupling unit 9 on the operational amplifier 10 with a resistor 11 in the negative feedback circuit. The output of the differential amplifier 8 is connected to the inputs of the bandpass filters 12 and 13, the outputs of which are connected through the voltage amplifiers 14 and 15 to the inputs of the multiplier 16. The output of the multiplier 16 is connected through the low-pass filter 17 to one input of the two-channel multiplexer 18, the second input of which is connected to the output of the resolving unit 9. -
Вихід двоканального мультиплексора 18 з'єднаний через аналого-дцифровий перетворювач 19 з входом мікро-ЕОМ 21, до першого виходу якої підключено цифровий індикатор 22. До другого виходу мікро-ЕОМ 21 підключено вхід цифро-аналогового перетворювача 20, вихід якого з'єднано із з'єднаними разом виводами Ге! зо термошумового резистивного перетворювача 1, зразкового резистора 2 та зразкового конденсатора 5. Третій та четвертий виходи омікро-БОМ 21 з'єднані з керуючими входами двоканального мультиплексора 18 і со триканального мультиплексора 4. соThe output of the two-channel multiplexer 18 is connected through the analog-to-digital converter 19 to the input of the micro-computer 21, the first output of which is connected to the digital indicator 22. The second output of the micro-computer 21 is connected to the input of the digital-to-analog converter 20, the output of which is connected to connected together conclusions Ge! from the thermal noise resistive converter 1, the sample resistor 2 and the sample capacitor 5. The third and fourth outputs of the micro-BOM 21 are connected to the control inputs of the two-channel multiplexer 18 and the three-channel multiplexer 4.
Шумовий вимірювач температури діє таким чином.A noise temperature meter works like this.
В термошумовому резистивному перетворювачі 1, розміщеному в зоні температури Ту, яка вимірюється, оIn the thermal noise resistive converter 1, placed in the temperature zone Tu, which is measured, about
Зз5 Виникає електрична напруга теплових шумів, пропорційна цій температурі В зразковому резисторі 2, с розміщеному в термостаті З, виникає також електрична напруга теплових шумів, пропорційна фіксованій температурі То термостату 3. Вимірювання температури Т здійснюється на протязі шести циклів роботи мікро-ЕОМ 21.Зз5 There is an electric voltage of thermal noise proportional to this temperature. In the sample resistor 2, s placed in the thermostat Z, there is also an electric voltage of thermal noise proportional to the fixed temperature To of the thermostat 3. The temperature T is measured during six cycles of operation of the micro-computer 21.
Підчас першого циклу роботи мікро-БОМ 21 триканальним мультиплексором 4 підключається до входів « диференційного підсилювача 8 першим каналом термошумовий резистивний перетворювач 1 з опором К.. з с Підсилена напруга, яка складається з теплових шумів ОО (0 та перешкод ЦЮ, включаючи власні шуми диференційного підсилювача 8, надходить на входи ссмугових фільтрів 12 і 13. Відфільтровані від ;» низькочастотних та високочастотних перешкод складові шумової напруги підсилюються підсилювачами напруги 14, 15 і перемножуються у перемножувачі 16. Постійна складова перемножених напруг з урахуванням усереднення в фільтрі 17 нижніх частот визначається виразом: іме) -к2 нг. що, «сл Ще ЮК зтищ вип е (95) с. . не . де їх, - коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача 8; (ее) К» і Кз - коефіцієнти підсилення підсилювачів напруги 14 і 15; с т - масштабний коефіцієнт перетворення перемножувача 16 з урахуванням фільтра 17 нижніх частот;During the first cycle of operation, the micro-BOM 21 is connected by a three-channel multiplexer 4 to the inputs of the differential amplifier 8 through the first channel of the thermal noise resistive converter 1 with resistance K.. with s Amplified voltage, which consists of thermal noises ОО (0 and interference ХУ, including inherent noises of the differential of the amplifier 8, enters the inputs of the bandpass filters 12 and 13. Filtered from low-frequency and high-frequency interference, the noise voltage components are amplified by the voltage amplifiers 14, 15 and multiplied in the multiplier 16. The constant component of the multiplied voltages, taking into account the averaging in the low-pass filter 17, is determined by the expression: name) -k2 ng. that, "sl. Also Yuk ztyshch issue (95) p. . not where they are the gain coefficient of the differential amplifier 8; (ee) K» and Kz - gain coefficients of voltage amplifiers 14 and 15; с т - scale factor of transformation of the multiplier 16 taking into account the filter 17 of lower frequencies;
З - дисперсія теплових шумів термошумового резистивного перетворювача 1; пе: дисперсія перешкод та власних шумів диференційного підсилювача 8; п с Ше - напруга зміщення нуля перемножувала з урахуванням корельованих шумів підсилювачів напруги 14 і 15.C - thermal noise dispersion of the thermal noise resistive converter 1; pe: dispersion of interference and inherent noise of the differential amplifier 8; p s She is the zero offset voltage multiplied by taking into account the correlated noises of voltage amplifiers 14 and 15.
Напруга Ш. перетворюється в цифровий код за допомогою аналого-дифрового перетворювача 19. Код першого циклу перетворення --- 2 50 щі. ка кокзті кий)» о 9 ЧА де 41 - одиниця молодшого розряду аналого-дифрового перетворювача 19. 65 Код М, запам'ятовується і зберігається в пам'яті мікро-ЕОМ 21.The DC voltage is converted into a digital code using an analog-to-digital converter 19. The code of the first conversion cycle --- 2 50 schi. ka kokzti kiy)" o 9 CHA where 41 is the unit of the junior digit of the analog-to-digital converter 19. 65 Code M, is memorized and stored in the memory of the micro-computer 21.
На час другого циклу роботи мікро-БОМ 21 триканальним мультиплексором 4 підключається до диференційного підсилювача 8 другим каналом зразковий резистор 2 з опором Ко-К., напруга теплового шуму якого - Од(О. Внаслідок виконання аналогічних операцій на виході фільтра 17 нижніх частот формується друга постійна напруга кока зоною ЯDuring the second cycle of operation of the micro-BOM 21, a three-channel multiplexer 4 connects to the differential amplifier 8 through the second channel an exemplary resistor 2 with a Ko-K resistance, the thermal noise voltage of which is Od(O. As a result of performing similar operations at the output of the low-frequency filter 17, a second constant voltage of the coke zone Y
Ша - ЮЛ ат ил де це - дисперсія теплових шумів зразкового резистора 2. Код другого циклу перетворення кат? но 9 м ца ЛОТИ коді ис 7 -8К- - 5353 - - Я - - ---тл -ьялш-нлшшуSha - ЮЛ at ил where it is the dispersion of thermal noises of the sample resistor 2. The code of the second cycle of conversion cat? but 9 mtsa LOTY code is 7 -8K- - 5353 - - I - - ---tl -yalsh-nlshshu
ЧІ ЧІCHI CHI
Код М» також запам'ятовується і зберігається в пам'яті мікро-ЕОМ 21.The M" code is also memorized and stored in the memory of the micro-computer 21.
Підчас третього циклу роботи мікро-ГОМ 21 триканальним мультиплексором 4 підключається до диференціального підсилювача 8 третім каналом зразковий конденсатор 5, який практично не має дисипативних втрат. Значення ємності зразкового конденсатора вибирається за умови 1.95)During the third cycle of operation of the micro-GOM 21, a three-channel multiplexer 4 connects to the differential amplifier 8 through the third channel, an exemplary capacitor 5, which has practically no dissipative losses. The value of the capacity of the sample capacitor is selected under the condition 1.95)
Са - -- - 2. де ї - центральна частота смугових фільтрів 12 і 13.Са - -- - 2. where и is the central frequency of bandpass filters 12 and 13.
Завдяки тому, що зразковий конденсатор 5 не має втрат, він сам не створює теплового шуму, а по повному опору (імпедансу) в смузі використовуємих частот теплового шуму зразковий конденсатор 5 є еквівалентом ств) опору термошумового резистивного перетворювача 1 і зразкового резистора 2 1 (6) ---е»Е:Н.,-ї з зтісу 15 г (о) сDue to the fact that the sample capacitor 5 has no losses, it itself does not create thermal noise, and in terms of total resistance (impedance) in the band of thermal noise frequencies used, the sample capacitor 5 is equivalent to the resistance of the thermal noise resistive converter 1 and the sample resistor 2 1 (6 ) ---e»E:N.,-th from the extract of 15 g (o) p
Тому підчас третього циклу роботи мікро-ЕОМ 21, коли триканальним мультиплексором 4 підключається до со диференційного підсилювача 8 третім каналом зразковий конденсатор 5 - безшумовий еквівалент зразкового резистора на виході диференційного підсилювача 8, рівень перешкоди та шумів не змінюється, а корисний Іс) з5 бигнал відсутній. Постійна складова перемножених шумових напруг з урахуванням усереднення в фільтрі 17 сч нижніх частот в третьому циклі роботи мікро-ЕНБОМ 21 визначається тільки власними шумами і перешкодами (у - 0 2 Що (7 й - ККок той Ор в с "з Код третього циклу перетворення п затв тя я ма - 53 - БІТ о іме) в ЧІ і-й ' ака щеTherefore, during the third cycle of operation of the micro-computer 21, when the three-channel multiplexer 4 is connected to the differential amplifier 8 through the third channel, the sample capacitor 5 is the noiseless equivalent of the sample resistor at the output of the differential amplifier 8, the level of interference and noise does not change, and the useful signal (I) from 5 is absent . The constant component of the multiplied noise voltages, taking into account the averaging in the filter 17 of the low frequencies in the third cycle of operation of the micro-ENBOM 21 is determined only by its own noises and interferences (y - 0 2 What (7 y - KKok that Or v s "z Code of the third conversion cycle n zatv tya ya ma - 53 - BIT about the name) in CHI i-y ' aka still
Код М» також запам'ятовується і зберігається в пам'яті мікро-ЕОМ 21. (95) На час четвертого циклу роботи мікро-ЕОМ 21 трихканальним мультиплексором 4 знову підключається до со 50 входів диференційного підсилювача 8 першим каналом термошумовий резистивний перетворювач 1 з опоромThe M" code is also memorized and stored in the memory of the micro-computer 21. (95) During the fourth cycle of the micro-computer 21, the three-channel multiplexer 4 again connects to the so 50 inputs of the differential amplifier 8 through the first channel of the thermal noise resistive converter 1 with resistance
Ку. При цьому двоканальний мультиплексор 18 підключає вхід аналого-дифрового перетворювача 19 до виходу іЧе) розв'язуючого блоку 9.Ku. At the same time, the two-channel multiplexer 18 connects the input of the analog-to-digital converter 19 to the output of the decoding block 9.
На вхід розв'язуючого блоку 9 через термошумовий резистивний перетворювач 1 надходить постійна напруга з виходу цифро-аналогового перетворювача 20. Значення цієї напруги визначається різницевим кодом М.4-М», який виробляється в процесорі мікро-ЕОМ 21:A constant voltage from the output of the digital-to-analog converter 20 is supplied to the input of the resolving unit 9 through the thermal-noise resistive converter 1. The value of this voltage is determined by the difference code M.4-M", which is produced in the micro-computer processor 21:
КК кат це - 0-3; --- --- Я 505KK kat is 0-3; --- --- I am 505
Зі 60 де до - одиниця молодшого розряду цифро-аналогового перетворювача 20.From 60 where to is the unit of the lower order of the digital-to-analog converter 20.
Коефіцієнт передачі розв'язуючого блоку 9, як відомо, визначається відношенням опору резистора 11 в ланцюзі негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача 10 і послідовним опором резистора на вході операційного підсилювача 10. Опір резистора 11 має фіксоване значення Ко, при цьому коефіцієнт підсилення 65 розв'язуючого блоку 9 К) стає зворотно пропорційним опору термошумового резистивного перетворювача 1:The transmission coefficient of the resolving unit 9, as is known, is determined by the ratio of the resistance of the resistor 11 in the negative feedback circuit of the operational amplifier 10 and the series resistance of the resistor at the input of the operational amplifier 10. The resistance of the resistor 11 has a fixed value Ko, while the gain factor is 65 of the yazing block 9 K) becomes inversely proportional to the resistance of the thermal noise resistive converter 1:
по)on)
Ка - ВKa - V
Кіа де АК неконтрольовані зміни опору термошумового резистивного перетворювача 1 підчас експлуатації.Kia de AK uncontrolled changes in the resistance of the thermal noise resistive converter 1 during operation.
Вихідна напруга розв'язуючого блоку 9 з урахуванням виразів (9) і (10) досягає значення:The output voltage of the resolving unit 9, taking into account expressions (9) and (10), reaches the value:
В фі пог -КаиЕВ-- я - «КК в - ка Віза З зиIn fi pog -KaiEV-- i - "KK in - ka Visa Z zy
Напруга О5 перетворюється в цифровий код за допомогою аналого-дифрового перетворювача 19. Код четвертого циклу перетворення що Ко фі пола в--Е- 5656 - ( 656 Кт КК. м о ВІТАВ Є ПОЗ також запам'ятовується і зберігається в пам'яті мікро-ЕБЄОМ 21. На час п'ятого циклу роботи мікро-ЕОМ 21 триканальним мультиплексором 4 підключається до виходу цифро-аналогового перетворювача 20 другим го каналом зразковий резистор 2. Двоканальний мультиплексор 18 залишається в попередньому стані. На вхід розв'язуючого блоку 9 через зразковий резистор 2 надходить постійна напруга з виходу цифро-аналогового перетворювача 20. Значення цієї напруги визначається різницевим кодом Мо-Мз, який виробляється мікро-ЄОМ 21: --о- (13) кот 5 - фо -кохь - ЗТ но) 1Voltage О5 is converted into a digital code using analog-to-digital converter 19. The code of the fourth cycle of conversion that Ko fi pola в--Е- 5656 - ( 656 Kt КК. m o ВИТАВ Е ПОЗ is also memorized and stored in the memory of the micro -EBEOM 21. During the fifth cycle of operation of the micro-computer 21, the three-channel multiplexer 4 connects to the output of the digital-to-analog converter 20 through the second channel, the exemplary resistor 2. The two-channel multiplexer 18 remains in its previous state. To the input of the solving unit 9 through the exemplary resistor 2 receives a constant voltage from the output of the digital-to-analog converter 20. The value of this voltage is determined by the difference code Mo-Mz, which is produced by the micro-EOM 21: --o- (13) cat 5 - fo - kokh - ZT no) 1
Коефіцієнт передачі розв'язуючого блоку 9 при підключенні до входу зразкового резистора 2 з опором Ко» Ф зо визначається виразом: сThe transmission coefficient of the resolving unit 9 when connected to the input of a sample resistor 2 with resistance Ко» Ф зо is determined by the expression: с
Ка 19Ka 19
Кк --8 5 ся соKk --8 5 sia so
ІС)IS)
Вихідна напруга розв'язуючого блоку 9 з урахуванням виразів (13) і (14) прийме значення: сч в - (15)The output voltage of the solving unit 9, taking into account the expressions (13) and (14), will take the value: sch in - (15)
Шк - Коцв - 20. фкокатіShk - Kotsv - 20. fkokati
Ка фі «Ka fi
Напруга ШО, перетворюється у цифровий код за допомогою аналого-дифрового перетворювача 19. Код - с п'ятого циклу перетворення . » 7 в - (6) " Фо из 2The SHO voltage is converted into a digital code using an analog-to-digital converter 19. The code is from the fifth conversion cycle. » 7 in - (6) " Fo from 2
М - нн ш-5 КТКОКа ті фо де також запам'ятовується і зберігається в пам'яті мікро-ЄОМ 21. Підчас шостого циклу роботи в мікро-ЕОМ 21 с визначається відношення кодів М, і Мо (95) - атM - nn sh-5 KTKOKa ti fo de is also memorized and stored in the memory of the micro-EOM 21. During the sixth cycle of work in the micro-EOM 21 s, the ratio of codes M, and Mo (95) - at is determined
Бо 92.2 2 - є : - КО КО ЗІ -- со ВІ АВдИ 2 ме в --В2 МBecause 92.2 2 - is: - KO KO ZI -- so VI AVdY 2 me v --B2 M
Мк Ме оз, 75 Івано ву кока тО штMk Meoz, 75 Ivano vu koka tO sht
З, 55 . о йZ, 55. oh and
Згідно з формулою Найквиста середній квадрат напруги теплових шумів термошумового резистивного с перетворювача визначається виразом: - 18 й -акАпвАКУУ С 60 де К - стала Больцмана;According to the Nyquist formula, the mean square voltage of the thermal noise of the thermal noise resistive converter is determined by the expression: - 18 и -акАпваКУУС 60 where К is Boltzmann's constant;
АГ - смуга частот, в якій вимірюються теплові шуми;AG - frequency band in which thermal noise is measured;
Ку я АК - реальний опір термошумового резистивного перетворювача;Ku i AK - the real resistance of the thermal noise resistive converter;
Ту - температура термошумового резистивного перетворювача по термодинамічній шкалі в градусах бо Кельвіна.Tu is the temperature of the thermal noise resistive converter on the thermodynamic scale in degrees Kelvin.
Аналогічно, дисперсія теплових шумів зразкового резистора при термодинамічній температурі ТоSimilarly, the dispersion of the thermal noise of the sample resistor at the thermodynamic temperature To
Фш - акавота ООFsh - akavota OO
Підставляючи (18) і (19) в вираз (17), ОдержуємоSubstituting (18) and (19) into expression (17), we obtain
Ма 02 аАКАЧЕЯАВИХ Ту 20)Ma 02 aAKACHEYAAVIKH Tu 20)
Ме о РЯАКО 0 АКАТОТО То звідки температура, яка вимірюється, в градусах Кельвіна: ті- ет (27).Me o RYAAKO 0 AKATOTO That is where the temperature that is measured in degrees Kelvin comes from: ti-et (27).
ЗWITH
На цифровий індикатор 22 виводиться температура, що вимірюється, в градусах Цельсія: и (22). ї- 0-0 - 213The digital indicator 22 displays the measured temperature in degrees Celsius: и (22). i- 0-0 - 213
МM
Із виразів (21) і (22) бачимо, що результат вимірювання не залежить від ступеня деградації термошумового резистивного перетворювача (АК), від фактичної нерівності опорів термошумового резистивного перетворювача і зразкового резисторов (КК), а також нестабільності опору самого зразкового резистора. Крім цього, на результат вимірювання не впливає нестабільність коефіцієнту підсилення диференційного підсилювача (К 4), з обох підсилювачів напруги (К/, і Кз), масштабного коефіцієнту перемножувача (т), а також рівень їх власних шумів і перешкод. Не впливає також нестабільність смуги пропускання смугових фільтрів (Аї), а також обмежена розв'язувальна здатність аналого-дифрового (а) і цифро-аналогового (до) перетворювачів.From expressions (21) and (22), we can see that the measurement result does not depend on the degree of degradation of the thermal noise resistive converter (AK), on the actual inequality of the resistances of the thermal noise resistive converter and sample resistors (KK), as well as the instability of the resistance of the sample resistor itself. In addition, the measurement result is not affected by the instability of the gain of the differential amplifier (K 4), from both voltage amplifiers (K/, and Kz), the scaling factor of the multiplier (t), as well as the level of their own noise and interference. The instability of the bandwidth of band-pass filters (Ai), as well as the limited resolving power of analog-to-digital (a) and digital-to-analog (to) converters, is also not affected.
Результат вимірювання визначається тільки стабільністю температури зразкового резистора (Т о) і Ме) розрядністю мікро-ЕОМ. соThe measurement result is determined only by the stability of the temperature of the sample resistor (T o) and Me) by the discharge of the micro-computer. co
Таким чином, запропоноване схемо-технічне рішення шумового вимірювача температури забезпечує високу точність вимірювання і забезпечує зниження вимог до стабільності термошумового резистивного перетворювача, «9 зразкового резистора і до електронних елементів вимірювальної схеми. юThus, the proposed schematic and technical solution of the noise temperature meter ensures high measurement accuracy and ensures a reduction in requirements for the stability of the thermal noise resistive converter, "9 sample resistor and electronic elements of the measuring circuit. yu
Моделювання запропонованої структури шумового вимірювача температури на ЕОМ підтвердило виключення прогресуючої похибки вимірювання від неконтрольованих змін опору термошумового резистивного с перетворювача в межах до 43095 при номінальному значенні опору в їкОм.Simulation of the proposed structure of the noise temperature meter on a computer confirmed the exclusion of the progressive measurement error from uncontrolled changes in the resistance of the thermal noise resistive converter in the range of up to 43095 at the nominal resistance value in uOhm.
Аналогічні наслідки одержані і від нестабільності коефіцієнту підсилення на 42595. При цьому приймалась центральна частота смугового фільтра рівною 75кГц зі смугою пропускання теплових шумів 425кГуЦ. Діапазон « вимірюємих температур при моделюванні приймався від З00 до 1500К. 7 70 Для зменшення випадкової складової похибки від статистичних властивостей теплового шуму час с усереднення на виході перемножувача вибирався до З секунд, що знизило вказану похибку до -0,1К. :з» Інваріантність до власних шумів дозволяє реалізувати вимірювальну схему на недорогих широкополосних операційних підсилювачах типу 140 УД1, а перемножувач реалізувати на мікросхемі КМ525 ПСЗА.Similar consequences were obtained from the instability of the amplification factor at 42595. At the same time, the central frequency of the bandpass filter was assumed equal to 75kHz with a thermal noise bandwidth of 425kHz. The range of measured temperatures during modeling was taken from 300 to 1500K. 7 70 To reduce the random component error from the statistical properties of thermal noise, the averaging time at the output of the multiplier was chosen to 3 seconds, which reduced the indicated error to -0.1K. :z» Invariance to inherent noises allows to implement the measuring scheme on inexpensive broadband operational amplifiers of the 140 UD1 type, and to implement the multiplier on the KM525 PSZA microcircuit.
Підвищення перешкодозахищеності забезпечено аналого-цифровим перетворювачам інтегруючого типу на з 15 мікросхемі КР572ПВ2. Обробка результатів проміжних перетворень і одержання цифрового відліку температури проводилися на персональній ЕОМ в пакеті програм "Маг САЮ".An increase in immunity is provided by analog-digital converters of the integrating type on the 15 KR572PV2 microcircuit. Processing of the results of intermediate transformations and obtaining a digital temperature reading were carried out on a personal computer in the "Mag SAYU" program package.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU200702680U UA25389U (en) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | Thermal-noise thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU200702680U UA25389U (en) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | Thermal-noise thermometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA25389U true UA25389U (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=38579031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU200702680U UA25389U (en) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | Thermal-noise thermometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA25389U (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110567606A (en) * | 2019-09-17 | 2019-12-13 | 中国计量科学研究院 | Noise thermometer and method for measuring temperature |
-
2007
- 2007-03-14 UA UAU200702680U patent/UA25389U/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110567606A (en) * | 2019-09-17 | 2019-12-13 | 中国计量科学研究院 | Noise thermometer and method for measuring temperature |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Depari et al. | Autobalancing analog front end for full-range differential capacitive sensing | |
Khan et al. | An efficient interface circuit for lossy capacitive sensors | |
TWI679853B (en) | Environmental sensor system and signal processor | |
Kishore et al. | A dual-differential subtractor-based auto-nulling signal conditioning circuit for wide-range resistive sensors | |
Luciani et al. | A miniaturized low-power vector impedance analyser for accurate multi-parameter measurement | |
RU2541723C1 (en) | Precision analogue-digital interface for working with resistive micro- and nanospheres | |
RU2495390C1 (en) | Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation | |
UA25389U (en) | Thermal-noise thermometer | |
KR100909660B1 (en) | Error compensator of sensor measurement circuit and its method | |
CN110567606B (en) | Noise thermometer and method for measuring temperature | |
Gonzalez-Nakazawa et al. | Transient processes and noise in a tomography system: An analytical case study | |
Williams et al. | DC amplifier stabilized for zero and gain | |
CN107607143B (en) | Method for correcting baseline drift of sensor and detection equipment | |
Schmalzel et al. | Sensors and signal conditioning | |
CN107607144B (en) | Sensor baseline drift correction method and detection equipment | |
Ismonovich | Design Of Programmable Logic Controllers To Adjust The Temperature In The Temporary Storage Buns Of Cotton | |
JP7407617B2 (en) | Acceleration measurement device and acceleration measurement method | |
Conrad et al. | A recommended standard resistor-noise test system | |
Bull | An innovative approach to Johnson noise thermometry by means of spectral estimation | |
Hu et al. | Design and implementation of high-precision voltage measurement system based on Kalman filter and automatic calibration technology | |
JP2013024808A (en) | Measuring apparatus and measuring method | |
RU203601U1 (en) | Output signal conditioning device for differential measuring transducer | |
RU2731033C1 (en) | Bridge-type pressure transducer | |
EP3309525B1 (en) | Analog circuit for wide range sensor linearization optimal in uniform norm | |
Aibo et al. | Concept of in Situ Metrological Service of Analog-to-Digital Converters for Devices Compatible with the Internet of Things |