Спосіб самоперевірки датчиків температури та пристрій для його здійснення

1 Спосіб самоперевірки датчиків температури, який полягає в тому, що з чутливого елемента датчика, який знаходиться на об'єкті, виділяють шумову напругу в смузі частот теплових флуктуацій, вимірюють середній квадрат шумової напруги, визначають дійсну температуру чутливого елемента датчика по формулі, порівнюють її з показаннями вторинного приладу та визначають похибку датчика, який відрізняється тим, що шумову напругу датчика розщеплюють на дві протифазні напруги, з яких одну додатково розщеплюють на дві протифазні напруги, які почергово складають з другою, не розщепленою напругою , одержані сумарні напруги підсилюють і зводять у квадрат, усереднюють одержані результати, формують із усереднених напруг різницеву напругу, яку подають на чутливий елемент датчика і підсилюють в КІЛЬКІСТЬ разів зворотно пропорційно опору чутливого елемента, вимірюють підсилену напругу, а дійсну температуру Тх чутливого елемента датчика визначають по формулі т so т де То - температура калібровки датчика на об'єкті, U-io - шумова напруга, виміряна в процесі самоперевірки, Uo - шумова напруга, виміряна в процесі калібровки при температурі То 2 Пристрій для самоперевірки датчиків температури, до складу якого входять ВХІДНІ клеми, до яких Винахід відноситься до галузі повірки засобів температурних вимірювань та може бути використаний для самоповірки датчиків температури (тер через фільтр верхніх частот підключено симетричні входи диференційного підсилювача, до складу якого входять два операційні підсилювачі, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, амплітудний детектор і фільтр нижніх частот, а також вихідний вольтметр, який відрізняється тим, що в нього введені генератор низької частоти, автоматичний комутатор, синхронний детектор, підсилювач низької частоти, додатковий операційний підсилювач з резистором, що включений в ланцюг від'ємного зворотного зв'язку, розділові конденсатори і другий фільтр нижніх частот, а також суматор, фазошверсний каскад і повторювач напруги, при цьому входи фазошверсного каскаду і повторювача напруги з'єднані з протифазними виходами диференційного підсилювача, вихід повторювача напруги з'єднано з одним входом суматора, прямий та інверсний виходи фазошверсного каскаду з'єднані з входами автоматичного комутатора, вихід якого з'єднаний з другим входом суматора, причому вихід суматора з'єднаний з входом високочастотного підсилювача, вихід фільтра нижніх частот з'єднано через розділові конденсатори і ВХІДНІ клеми з входом додаткового операційного підсилювача, вихід якого через послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, синхронний детектор і додатковий фільтр нижніх частот з'єднано з вихідним вольтметром, а керуючі входи синхронного детектора і автоматичного комутатора підключені до виходу генератора низької частоти З Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що в нього введено ключ, конденсатор великої ємності, двопозиційний перемикач і потенціометр, підключений до виходу повторювача напруги, рухомий контакт потенціометра з'єднано з входом двопозиційного перемикача, виходи якого з'єднані з входами автоматичного комутатора, а конденсатор великої ємності через ключ включено між вхідними клемами пристрою моелектричних, терморезистивних, термодюдних і т ін) по рівню генерованого теплового шуму без застосування зразкових засобів вимірювання О (О 46490 Самоперевірка дає можливість виявити похибратури по А С СРСР № 1150497, МПК G01 К ки термоелектричних або терморезистивних дат15/00, 1985, згідно з яким через чутливий елемент чиків, які розташовані у важкодоступних місцях або терморезистивного датчика пропускають прямокув агресивних середовищах, не використовуючи тний імпульс струму, перетворюють падіння назразкові засоби вимірювання температури та препруги в код та порівнюють його з результатами, які цизійні термостати Необхідність в повірки виникає були отримані при його пусконалагоджувальних тому, що в процесі експлуатації термоелектричних випробуваннях, та визначають по різниці кодів датчиків на високотемпературному об'єкті в його похибку датчика, при цьому тривалість т імпульсу робочому спаї відбуваються незворотні фізиковибирають із співвідношення ХІМІЧНІ зміни, які деформують його номінальну статичну характеристику (НСХ) Ці зміни призводять до паралельного зміщення НСХ поблизу робочої а амплітуду І імпульса струму точки та зміни и кута нахилу Аналогічні зміни з НСХ відбуваються і з терморезистивними датчиS \-8 '-10. ками, в яких змінюється температурний коефіцієнт опору та його початкові опори при 0°С де С та m середня питома теплоємність і маса Паралельне зміщення НСХ викликає появу чутливого елементу, адитивної складової похибки (похибка "нуля"), а Rt та Ro - тепловий та електричний опір чутлизміна кута нахилу обумовлює появу мультиплікавого елементу, тивної складової похибки (похибка "чутливості"), S площа поверхні теплового контакту, Звичайно, ці похибки виявляються в процесі повірА коефіцієнт, який характеризує чутливість даки, яка проводиться після демонтажу датчика з тчика, об'єкту в лабораторних умовах Проте часто де5 коефіцієнт, який визначає ступінь ВІДМІННОСТІ монтаж не тільки неможливий, але ж і не бажаний процесу нагрівання чутливого елементу від адіачерез ІСТОТНІ відзнаки умов теплообміну датчика, батичного який повіряється, та зразкового датчика Це особПараметри імпульсного току повинні забезпеливо виявляється утих випадках, коли датчик має чити нагрівання датчика від 0°С до 100°С в мотепловий контакт з конструктивними елементами мент закінчення тестового імпульсу Але через об'єкту та контрольовані зміни теплофізичних умов різницю в коефіцієнті 5 для об'єктів з різними тепйого експлуатації важкі Якщо демонтаж датчиків лофізичними властивостям, несталість Rt та S в неможливий або недоцільний, тоді їх похибки оціпроцесі тривалої роботи датчика, зміна маси т в нюють за допомогою спеціальних способів та повічасі та інше постають великі похибки в ОЦІНЦІ метрочних схем рологічних характеристик датчиків Відомий спосіб самоперевірки датчиків темпеВідомий також спосіб самоперевірки датчиків ратури по А С СРСР № 1362964, МПК G01 К температури по А С СРСР № 195161, МПК G 01 К 15/00, 1987, згідно з яким через додатковий нагрі15/00, 1967, який полягає в тому, що з чутливого вам, який міститься в зоні чутливого елементу дателементу датчика, який знаходиться на об'єкті, чика (робочого спаю термопари), пропускають виділяють шумову напругу в смузі частот теплових електричний струм та встановлюють потрібну тефлуктуацій, вимірюють середній квадрат шумової мпературу чутливого елементу Т-і, після чого охонапруги, визначають дійсну температуру чутливолоджують чутливий елемент датчика, пропускаючи го елементу датчика по формулі, порівнюють и з через робочий спай сталий струм, і фіксують знипоказаннями вторинного приладу та визначають жену температуру Тг, збільшують струм через допохибку датчика датковий нагрівач та фіксують температуру Тз, яка Крім того, відомий спосіб включає операцію зросла, після чого перестають пропускати сталий вимірювання його омічного опору і визначення струм через робочий спай та фіксують сталу темтемператури чутливого елементу датчика по форпературу Ї4, а похибку датчика ДТ визначають по мулі формулі І ТА-ТХ РКІ де Р коефіцієнт Пєльтьє для матеріалів термоелектродів, які утворюють робочий спай, І - початковий струм через додатковий нагрівач, К - коефіцієнт пропорційності між струмом нагрівачата струмом охолодження робочого спаю, X - еквівалентна теплопровідність робочого спаю датчика Цей спосіб не потребує додаткових зразкових засобів Але його використання не завжди можливе, тому що потрібен буде додатковий нагрівач в зоні чутливого елементу, якого в стандартних датчиках нема Крім того, коефіцієнт Пєльтьє, який входить в розрахункову формулу, несталий через фізико-хімічні зміни в зоні робочого спаю Відомий спосіб самоперевірки датчиків темпе Т _ZJMK— = х вК, Sk&/Rx ' де Тх - температура по термодинамічній шкалі ишх - середній квадрат напруги теплових шумів, S - крутизна перетворення теплових шумів у вихідну напругу, к - стала Больцмана, Af - смуга частот, в якій відбувається підсилення шумової напруги, Rx - опір чутливого елементу датчика Похибку датчика визначають порівнянням температури, яка вимірюється, вторинним приладом електричного термометра з дійсною температурою, яка обчислюється по значенню напруги теплових шумів з урахуванням опору чутливого еле 46490 менту Rx при температурі Тх Але необхідність вимірювання опору Rx чутливого елементу датчика безпосередньо на об'єкті утруднює самоповірку, тому що потребує зразкових засобів для визначення опору при різних температурах на об'єктах в умовах дії промислових перешкод Крім того, точність вимірювання температури по шумовій напрузі низька, так як її важко виділити та поміряти на фоні завад та власних шумів повір очної апаратури Відомий пристрій для самоперевірки датчиків температури по А С СРСР № 661962, МПК G 01 К 15/00, 1961, який включає комутатор, аналогоцифровий перетворювач, обчислювальний блок, блок пам'яті та блок управління, а також блок формування дозованих імпульсів та блок вторинних перетворювачів, які включені між комутатором та аналого-цифровим перетворювачем, вхід якого з'єднується з першим входом обчислювального блоку, а вихід з'єднується з індикатором і блоком формування дозованих імпульсів Нагрівання робочого спаю термоелектричного датчика, який повірюється, дозованими імпульсами дозволяє проводити повірку тільки "холодного" датчика, тобто на неробочому об'єкті Якщо чутливий елемент датчика повіряється на діючому об'єкті, то на тепловий потік, який іде від об'єкту, накладається тепло від дозованих імпульсів Це не дозволяє безпосередньо порівнювати результати випробувань, одержаних при повірці датчика на працюючому об'єкті, з результатами, які були зафіксовані раніше на цьому датчику при пусконалагоджувальних роботах, особливо виконаних на холодному об'єкті Відомий пристрій для самоперевірки датчиків температури по А С СРСР № 684341, МПК G 01 К 15/00, 1979, який містить в собі генератор імпульсів зразкової амплітуди, з'єднаний з входом вимірювальної схеми, генератор імпульсів зразкової частоти та перемикач, який підключено входами до виходу генератора імпульсів зразкової амплітуди та виходу генератора імпульсів зразкової частоти, виходом з'єднаний з входом лічильника імпульсів, аналого-цифровий перетворювач, підключений до виходу вимірювальної схеми, а вхід якого, що управляє, підключено до виходів різних тригерів лічильника імпульсів Інтенсивність підігріву чутливого елементу терморезистивного датчика залежить від умов його теплообміну Тому КІЛЬКІСТЬ тепла, яке віддає датчик у навколишнє середовище під час дії імпульсу струму, точно не може бути визначеним Це призводить до появи додаткових похибок в залежності від теплового стану об'єкту, на якому міститься датчик Відомий також пристрій для самоперевірки датчиків температури (див Саватеев А В Шумовая термометрия Л Энергоатомиздат Ленинградское отд-ние, 1967, С, 120 - 122), до складу якого входять ВХІДНІ клеми, до яких через фільтр верхніх частот підключено симетричні входи диференційного підсилювача, до складу якого входять два операційних підсилювачах, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, амплітудний детектор та фільтр нижніх частот, а також вихідний вольтметр Крім того, пристрій включає амплітудний дискримінатор, електронний частотомір, осцилограф та цифро-печатний пристрій, при цьому електронний частотомір підключено до виходу амплітудного дискримінатора Про дійсну температуру чутливого елементу датчика судять по його тепловому шуму При цьому в якості джерела опорного шумового сигналу використовують власний шум підсилювача, коли чутливий елемент датчика (резистор) шунтується конденсатором великої ємності Перевищення сумарного шумового сигналу датчика і підсилювача над шумами підсилювача фіксується частотоміром (після амплітудного дискримінатора) по КІЛЬКОСТІ шумових імпульсів, які пройшли Відсутність підсилення по різницевому сигналу (по різниці імпульсів) не дозволяє отримати високу чутливість до температури датчика, який повіряється Крім того, вплив опору датчика на рівень теплових шумів не дозволяє по виміряному перевищенню шумового сигналу однозначно судити про температуру чутливого елементу датчика В основу винаходу покладено задачу створити такий спосіб та пристрій для самоперевірки датчиків температури, в яких шляхом ведення нових операцій, елементів та зв'язків між ними забезпечилось би підвищення точності визначення похибки датчиків Поставлена задача вирішується тим, що в спосіб самоперевірки датчиків температури, який полягає в тому, що з чутливого елементу датчика, який міститься на об'єкті, виділяють шумову напругу в смузі частот теплових флуктуацій, вимірюють середній квадрат шумової напруги, визначають дійсну температуру чутливого елементу датчика по формулі, порівнюють її з показанням вторинного приладу і визначають похибку датчика, згідно з винаходам, шумову напругу датчика розщеплюють на дві протифазні напруги, з яких одну додатково розщеплюють на дві протифазні напруги, які почергово складають з другою нерозщепленою напругою, одержані сумарні напруги підсилюють і зводять у квадрат, усереднюють одержані результати, формують із усереднених напруг різницеву напругу, яку подають на чутливий елемент датчика та підсилюють в КІЛЬКІСТЬ разів, зворотно пропорційну опору чутливого елементу, вимірюють підсилену напругу, а дійсну температуру Тх чутливого елементу датчика визначають по формулі єкті де То - температура калібровки датчика на об' U-io - шумова напруга, виміряна в процесі самоповірки, Uo - шумова напруга, виміряна в процесі калібровки при температурі То Поставлена задача вирішується також тим, що в пристрій для самоперевірки датчиків температури, до складу якого входять ВХІДНІ клеми, до яких через фільтр верхніх частот підключені симетричні входи диференційного підсилювача, до складу якого входять два операційних підсилювача, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, амплітудний детектор та фільтр нижніх частот, а та 8 нційний підсилювач 5, до складу якого входять операційні підсилювачі 6 і 7, фазоінверснии каскад 8, повторювач напруги 9, автоматичний комутатор 10, генератор 11 низької частоти, суматор 12, підсилювач високої частоти 13, амплітудний детектор 14 з квадратичною характеристикою, фільтр 15 нижніх частот, розділювальні конденсатори 16 і 17, додатковий операційній підсилювач 18 з резистором 19, що включений в ланцюг від'ємного зворотного зв'язку, підсилювач 20 низької частоти, синхронний детектор 21, додатковий фільтр 22 нижніх частот, вольтметр 23, ключ 24, конденсатор 25 великої ємності, потенціометр 26 та двухпозиційний перемикач 27 46490 кож вихідний вольтметр, згідно з винаходом, до нього введені генератор низької частоти, автоматичний комутатор, синхронний детектор, підсилювач низької частоти, додатковий операційний підсилювач з резистором, що включений в ланцюг від'ємного зворотного зв'язку, розділові конденсатори і другий фільтр нижніх частот, а також суматор, фазоінверснии каскад та повторювач напруги, при цьому входи фазошверсного каскаду і повторювача напруги з'єднані з протифазними виходами диференційного підсилювача, вихід повторювача напруги з'єднаний з одним із входів суматора, прямий та інверсний виходи фазошверсного каскаду з'єднаний з входами автоматичного комутатора, вихід якого з'єднаний з другим входом суматора, при цьому вихід суматора з'єднаний з входом підсилювача високої частоти, вихід фільтра нижніх частот з'єднано через розділові конденсатори і ВХІДНІ клеми з входом додаткового операційного підсилювача, вихід якого через послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, синхронний детектор і додатковий фільтр нижніх частот з'єднаний з вихідним вольтметром, а керуючі входи синхронного детектора і автоматичного комутатора підключені до виходу генератора низької частоти Доцільно також в нього додатково ввести ключ, конденсатор великої ємності, двухпозиційний перемикач та потенціометр, підключений до виходу повторювача напруги, рухомий контакт движка потенціометра з'єднаний з входом двухпозиційного перемикача, виходи якого з'єднані з входами автоматичного комутатора, а конденсатор через ключ включено між вхідними клемами пристрою Розщеплення шумового сигналу, прийнятого від датчика, на два протифазних, почергове підсумовування протифазних сигналів, одержаних від одного сигналу, з другим сигналом, квадратичне перетворення сумарних сигналів, виділення із усереднених сигналів різницевої напруги, яку підсилюють в КІЛЬКІСТЬ разів, зворотньо пропорційну опору чутливого елементу датчика, введення в схему генератора низької частоти, автоматичного комутатора, синхронного детектора, фазошверсного каскаду, додаткового операційного підсилювача та інших елементів, включених вказаним чином, дозволяє позбутися впливу власних некорельованих та корельованих шумів на значення теплового шуму, який поступає з датчика, а також виключити вплив несталості опору чутливого елементу датчика на значення шумової напруги датчика, що підвищує точність визначення дійсної температури датчика, який розташований на об'єкті, а тому і точність визначення його похибки, не застосовуючи демонтаж датчика і не використовуючи зразкові засоби вимірювання температури та опору На кресленні подана функціональна схема пристрою для самоповірки датчиків температури На кресленні позицією 1 позначено чутливий елемент датчика на прикладі термоелектричного датчика (термопари), який розташований на об'єкті і знаходиться з ним в тепловому контакті Пристрій має ВХІДНІ клеми 2 і 3 для підключення до датчика 1, фільтр 4 верхніх частот, дифере Чутливий елемент 1 повіряємого датчика підключають до вхідних клем 2 і 3 пристрою самоповірки Клеми через фільтр 4 верхніх частот з'єднані з симетричними входами диференційного підсилювача 5, виконаного на диференційних підсилювачах 6 і 7 з від'ємними зворотними зв'язками До протифазних виходів диференційного підсилювача підключені фазоінверснии каскад 8 і повторювач напруги 9 Виходи фазошверсного каскаду з'єднані з входами автоматичного комутатора 10, керуючий вхід якого підключено до виходу генератора 11 низької частоти, вихід автоматичного комутатора з'єднано з одним із входів суматора 12, другий вхід якого з'єднаний з виходом повторювача напруги 9 До виходу суматора підключені послідовно з'єднані підсилювач 13 високої частоти, амплітудний детектор 14 і фільтр 15 нижніх частот Вихід фільтра нижніх частот через розділювальний конденсатор 16, чутливий елемент датчика 1 і розділювальний конденсатор 17 з'єднано із входом додаткового операційного підсилювача 18 з резистором 19 в колі від'ємного зворотного зв'язку Вихід додаткового операційного підсилювача через синхронний детектор 21, який керується від генератора низької частоти, і додатковий фільтр 22 нижніх частот, з'єднаний з цифровим вольтметром 23 Ключ 24 з'єднує конденсатор 25 з видними клемами пристрою Потенціометр 26 підключено до виходу повторювача напруга 9, його рухомий контакт з'єднаний з входом двухпозиційного перемикача 27, виходи якого з'єднані з входом автоматичного комутатора 10 Спосіб самоперевірки здійснюється так На чутливому елементі датчика, який знаходиться на об'єкті при температурі Тх, виникає напруга теплових шумів ІІшхО) пропорційна температурі Середній квадрат шумової напруги (дисперсія) згідно рівнянню Наиквіста має вигляд де к = 1,38-10 23 Дж/К - стала Больцмана, Af - смуга частот, в якій здійснюється вимірювання шумового сигналу, Rx - опір чутливого елементу датчика, Тх - температура по термодинамічній шкалі, К По своєму рівню шумова напруга ІІшхОО одного порядку, а при вимірюванні низьких температур навіть менша за рівень власних шумів вимірювальної схеми Для виділення інформаційного шумового сигналу від датчика 1 з дисперсією и ш х із власних 46490 10 шумів апаратури його розщеплюють диференційви аз в Підставляючи значення Р У (1) (13), ним підсилювачем 5 на дві протифазні напруги, які одержуємо значення підсиленої напруги подають на вхід вимірювальної схеми Якщо вихі2 иш = Ю$КЇК 2к^Тх. (14) дну шумову напругу датчика подати у комплекст о Вимірюють одержану напругу U-ю Для одноному вигляді и ш х > протифазні напруги з урахузначного визначення температури Тх датчик калібвання власних шумів вимірювальної схеми, рують після встановлення його на об'єкті в реальприведених до и входів, подамо як них теплофізичних умовах Калібровка полягає у Us=t)m,-t-Um; (2) вимірюванні вихідної напруги вимірювальної схеми при ВІДОМІЙ температурі калібровки То Л.ТГ If — (3) Вимірювання виконуються після монтажу датчика на об'єкті, тому розподілена ємність чутде и ш 1 і и Ш 2 ' власні шуми на входах вимірюваливого елементу і вхідна ємність вимірювальної льної схеми схеми однакові при калібровці і вимірюванні (Af = Одна з вхідних напруг (3), також розщепляєтьconst), Тому вихідна напруга вимірювальної схеми ся фазошверсний каскадом 8 на дві протифазні при калібровціаналопчна виразу (14) напруги 0 . (15) П -Uїї U4 — m Якщо визначити відношення значень напруг (14) і (15),то одержимо —и , • ҐЯЇ і) {•->} ш Протифазні напруги (4) і (5) почергово складаються з другою вхідною напругою (2) за допомогою суматора 12 В результаті підсумовування напруг (2) і (4) виникає комплексний сигнал г/ Т а при підсумовуванні напруг (2) і (5) виникає комплексний сигнал де Кі - коефіцієнт передачі суматора 12 Сумарні напруги (6) і (7) почергово підсилюють в смузі теплових шумів і зводять в квадрат , [ l 2 ( m + U ! I J 2 ) ] , (9) де «2 - коефіцієнт підсилення підсилювача 13, S -крутизна квадратичного перетворення амплітудного детектора 14 Результати квадратичного перетворення усереднюють в часі При ОЦІНЦІ усереднених значень напруг (8) і (9) слід взяти до уваги, що власні шуми вимірювальної схеми між собою не корельовані ( и ш і и ш 2 = 0). Аналогічно і шум чутливого елементу датчика не коральовані з шумами вимірювальноі схеми (Ц^ Х Ц^ 1 = 0 ) , (О Ш Х О Ш 2 = 0) Тому усереднені напруги (8) і (9) будуть мати вигляд л (10) (11) Із почергової ПОСЛІДОВНОСТІ усереднених сигналів (10) і (11) виділяють різницеву напругу у вигляді полурізниці напруг (10) і (11) Різницеву напругу (12) підсилюють в КІЛЬКІСТЬ разів, зворотно пропорційну опору чутливого елементу датчика Завдяки такому підсиленню одержують напругу де Сю - стала в значенні коефіцієнту підсилення Т Із рівняння (16) визначимо дійсну температуру датчика при самоповірці І8 7* У вираз (17) не входять власні шуми вимірювальної схеми (ІІші і ІІШ2), а також опір чутливого елементу (Rx) Опір Rx є функцією температури Rx(Tx), тому його вилучення із розрахункової формули дозволяє проводити калібровку при будьякий температурі То, придатної в процесі пусконалагоджувальних робіт на об'єкті або при його ремонті Таким чином, розглянутий спосіб самоповірки датчиків температури дозволяє визначити дійсну температуру його чутливого елементу по значенню теплового шуму незалежно від рівня власних шумів вимірювальної схеми і поточного значення опору датчика Порівнюючи значення температури по вторинному приладу, підключеному до датчика, з його дійсною температурою, визначають похибку датчика ДТ АТ = Т~ТХ, (18) де ДТ - похибка датчика, Т - показання електричного термометра по вторинному приладу, подключенного до датчика, Тх - дійсне значення температури, обчислене по тепловому шуму Пристрій для самоповірки діє таким чином Вихідна напруга чутливого елементу датчика 1 через ВХІДНІ клеми 2 і 3 надходить через фільтр 4 верхніх частот на симетричні входи малошумливого диференційного підсилювача 5 Частота зрізу фільтру 4 обирається такою, щоб через фільтр проходили високочастотні шуми, починая з ЮкГц і вище Це забезпечує виключення впливу низькочастотних шумів із загального спектра шумів, які не викликаються тепловими флуктуаціями Операційні підсилювачі 6 і 7, які входять до складу диференційного підсилювача 5, підсилюють високочастотну шумову напругу датчика та розщеплюють його на дві протифазні напруги Одна з вихід 11 46490 12 них напруг диференційного підсилювача, в свою повірку низькоомних, високоомних датчиків, а тачергу, розщеплюється на дві протифазні напруги кож датчиків з нестабільним опором, наприклад, фазошверсним каскадом 8, а друга вихідна напрунапівпровідникових га диференційного підсилювача надходить на поДжерелом похибки розглянутого пристрой мовторювач напруги 9 Парафазні напруги з виходу же бути невеликий власний корельований шум каскаду 8 через автоматичний комутатор 10 почедиференційного підсилювача, який викликає зміргово впливають на один вхід суматора 12, Частощення нуля при ІІщХ = 0 Для усунення цієї похибта перемикань задасться генератором 11 низької ки пристрій має додатково ключ 24, конденсатор частоти На другий вхід суматора 12 неперервно 25 великої ємності, а також потенціометр 26 з певпливає напруга з виходу повторювача 9 В реремикачем 27 зультаті періодичного перемикання протифазних При замиканні ключа 24 чутливий елемент з напруг на одному з входів суматора 12 на його опором Rx шунтується конденсатором 25 великої виході формуються пакети шумових напруг, проємності В цьому випадку конденсатором повністю порційних сумі та різниці вихідних напруг дифереподавляється тепловий шум датчика і ВХІДНІ шуми нційного підсилювача 5 Пакети напруг з виходу диференційного підсилювача 5 Але корельовані суматора 12 надходять на підсилювач високої часВИХІДНІ шуми диференційного підсилювача 5 надтоти 13, де підсилюються високочастотні складові ходять на обидва входи суматора 12 При цьому теплового шуму Пакети підсилених напруг вплиодна із шумових корельованих напруг періодично вають на амплітудний детектор 14 з квадратичною інвертується автоматичним комутатором 10 На характеристикою, внаслідок детектування та усевідміну від некорельованих шумів періодичне інреднення в фільтрі 15 нижніх частот виділяється вертування однієї з корельованих складових винизькочастотна огинаюча пакетної напруги, частокликає синхронну зміну амплітуди шумової напрута якої відповідає частоті генератора 11 ги на виході суматора 12 Внаслідок цього Напруга огинаючої, яка пропорційна полурізз'являється змінна складова частоти комутації на ниці амплітуд сумарної та різницевої напруги, і виході детектора 14, яка після підсилення та виявляє собою змінну напругу частоти генератора прямлення в синхронному детекторі 21 викликає 11 Змінна напруга через розділові конденсатори зміщення нуля вольтметра 23, тобто виникає ади16 і 17 та чутливий елемент датчика 1 впливає на тивна похибка вхід операційного підсилювача 18, охопленого Для компенсації впливу власних корельованих колом від'ємного зворотного зв'язку через резисшумів вихід повторювача напруги 9 через потенцітор 19 Коефіцієнт підсилення операційного підсиометр 26 та перемикач 27 з'єднують з одним із лювача 18 пропорційний опору резистора 19 і звовходів автоматичного комутатора 10 Внаслідок ротно пропорційний опору чутливого елементу цього власна шумова напруга одного з каналів датчика 1 Внаслідок функціонального підсилення диференційного підсилювача 5 надходить на обипо низькій частоті виводиться вплив опору датчика два входи суматора 12 і проявляється, як додатна амплітуду змінної напруги, яка пропорційна сековий корельований шум Але вплив цього шуму редньому квадрату шумової напруги датчика проявляється тільки при одному положенні автоНизькочастотна напруга додатково підсилюматичного комутатора 10 Цей вплив озивається у ється підсилювачем 20 низької частоти і випрямпояві додаткової змінної складової на виході квадляється синхронним детектором 21, який керуєтьратичного детектора 14, яка після підсилення підся низькочастотною напругою безпосередньо від силювачем 20 та випрямлення синхронним детекгенератора 11 Випрямлена напруга згладжується тором 21 дає на виході фільтра 22 також сталу фільтром 22 нижніх частот і вимірюється цифронапругу При ЗМІНІ положення перемикача 27 на вим вольтметром 23 протилежне додаткова корельована складова шуму попадає на другий вхід автоматичного комутаТаким чином, по показанню вольтметра 23 витора 10 Фаза змінної складової на виході квадразначається рівень теплових шумів датчика в ретичного детектора 14 при цьому змінюється на жимі самоповірки і калібровки при ВІДОМІЙ темпе180°, що призводить до зміни полярності випрямратурі об'єкту Через чутливий елемент леної напруги на виході синхронного детектора 21 термоелектричного датчика (термопару) протікає змінний струм, тому в робочому спаї датчика не Таким чином, установкою перемикача 27 в одвиникає додаткове виділення або поглинання тепне з його положень можемо добитися компенсації ла через ефект Пєльтьє Внаслідок цього не винизміщення нуля від корельованих шумів вимірювакають викривлення во вторинному приладі (на ної схеми Регулюючи потенціометром 26 рівень рисунку не показано) і не змінюється температура додаткового корельованого шуму, можемо в поробочого спаю датчика, термоЕРС якого вимірювній мірі ліквідувати зміщення нуля вольтметра ється вольтметром 23 при закороченому вході пристрою від власних коЗондування чутливого елементу датчика змінрельованих шумів ним струмом дозволяє використовувати розглянуУстановку нуля вихідного вольтметру провотий пристрій для самоповірки як термоелектричдять як при калібровці датчика, так і при його саних, так і терморезистивних датчиків Змінний моповірці При вимірюванні шумів датчика ключ 24 струм не викликає також поляризації чутливого розмикають і перемикач 27 залишається в полоелементу датчика, що дозволяє використовувати женні, при якому було скомпенсоване початкове пристрій і для самоповірки електролітичних та інзміщення нуля вольтметру 23 ших датчиків температури з неоднорідними чутлиПриклад Розроблено пристрій для самоперевими елементами Незалежність результату від вірки термоелектричних датчиків температури В опору чутливого елементу дозволяє виконувати якості датчика використовувалась напівпровідни 13 46490 14 кова термопара стержневого типу з термоелектчастоти комутації 75Гц не менше, ніж на 40дБ, а родами із сплавів SbZn i SbCd, які мають внутрішумову напругу від датчика пропускають з ЮкГц і шній опір 300 - 400Ом і забезпечують чутливість вище з послабленням не більш, як на 3 - 5дБ до 600мкВ/град Спектральна густина теплових Високочастотний предпідсилювач амплітудно7 шумів при 30°С складала 10 ВЛ/Гц, яка ЛІНІЙНО го детектора виконано на мікросхемі К157УД2А В зростала з ростом температури до 800К Вхідний якості детектора з квадратичною характеристикою диференціальний підсилювач складається з двох використане дюдне коло з додатковим зміщенням малошумливих операційних підсилювачів типу від подільника сталої напруги на резисторах, що TLC 2262A (Texas Instrument) Фазошверсний касзабезпечує параболічну вольт-амперну характекад з прямим та інверсним виходами виконано за ристику детектора з відхиленням не більші ±3% мікросхемою АД8131 з коефіцієнтом підсилення Сталу часу фільтра синхронного детектора вибра2±0,03 Автоматичний комутатор побудовано на но порядку Зс, що забезпечує поріг чутливості побазі мікросхеми К561КТЗ, який керується знакопевірочного пристрою до температури ±0,01 К Похиремінною напругою від симетричного мультівібрабка визначення температури чутливого елементу тора низької частоти (75Гц) комутації Фільтр вердатчика по тепловим шумам не перевищує ±0,05 хніх частот суміщується з вхідним колом 0,1 К при вимірюванні температури в діапазоні 290 диференційного підсилювача і стримує напругу -600К 1 Ь 14 uVXu ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71