Введение к работе
Актуальность темы. К настоящему времени ряд областей науки и техники, таких как машиностроение, геофизика,инфракрасная оптика,микроэлектроника, поставили перед измерительной техникой задачу повышения точности измерения разности температур. Это обусловлено тем, что одной из важных характеристик процессов, используемых либо исследуемых в данных областях, является разность температур пространственно разнесенных участков объекта. Так, например, определение к.п.д. турбин и насосов сводится к измерению разности температур жидкости на входе и выходе агрегатов. Контроль разности температур на входе и выходе контуров охлаадения энергетических установок необходим для обеспечения их надеаного функционирования. Измерения разности температур необходимы при поверке и настройке инфракрасных оптических систем высокого разрешения. Качество искусственных кристаллов и напыляемых пленок во многом определяется точностью контроля градиента температуры в технологических камерах. Измерение разности температур в придонных слоях осадков применяется в сочетании с другими геофизическими методами для поиска и локализации местороядений полезных ископаемых.
В термометрии применяется большое число типов первичных измерительных преобразователей, принцип действия которых основан на различных физических эффектах. Наиболее высокая точность температурных измерений в диапазоне температур -260...+1750 С достигается при использовании платиновых термометров сопротивления, что обусловлено высокой стабильностью их термометрических характеристик. В связи с этим обстоятельством, а также в соответствии со спецификой практических задач, явившихся поводом для проведения исследований,основное внимание в данной работе уделено вопросам измерения разности температур при помощи платиновых термометров сопротивления. Прецизионные платиновые терморезисторы имеют относительно невысокое сопротивление пр"и
0 С (примерно 10-100 0м) и сравнительно низкую чувствительность (порядка 0,4 процента на градус).Величина измерительного тока при точных измерениях ограничена эффектом саморазогрева
и, как правило,не превышает величины 1-2 мА. Поэтому уроєень сигнала,снимаемого с датчика, мал и составляет величину в несколько десятых мВ/"С. Данные особенности существенно затрудняют задачу точного измерения сопротивления и разности сопротивлений датчиков.
Проблеме создания и совершенствования каналов измерения разности сопротивлений посвящен большой ряд научных публикаций и конкретных практических разработок. Однако достигнутые к настоящему времени характеристики устройств для измерения разности сопротивлений терморезисторов и измерителей разности тенператур не удовлетворяют возросшим требованиям науки и практики.
Цель диссертационной работы заключается в теоретическом исследовании и практической разработке путей совершенствования каналов измерения разности сопротивлений терморезисторов, предназначенных для построения прецизионных измерителей разности температур в плане повышения точности, быстродействия и помехозащищенности.
Основные задачи исследования:
анализ современного уровня развития каналов измерения разности сопротивлений терморезисторов, предназначенных для построения измерителей разности температур, и выявление перспективных направлений их совершенствования;
анализ методов построения каналов измерения разности температур с помощью терморезисторов;
систематизация, анализ и развитие схемотехники преобразователей разности сопротилений терморезисторов в активный сигнал:
исследование и совершенствование динамических характеристик измерительных каналов, базирующихся на преобразователях разности сопротивлений;
исследование и развитие методов повышения помехоустойчивости каналов измерения разности сопротивлений терморезисторов;
анализ случайной погрешности, обусловленной собственными цунами элементов канала, и разработка мер по ее снижению;
разработка и исследование вопросов практической реали-
зации каналов измерения разности сопротивлений терморезисторов с повышенными метрологическими характеристиками, а такае устройств для измерения разности температур на их основе.
Решение этих задач и составляет основное содераание данной работы.
Методы исследования основаны на использовании аппарата теории линейных и нелинейных электрических цепей, теории вероятности и спектрального анализа. Основные теоретические выводы работы подтвершдены результатами экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем: получена оценка предельно дости&имай точности каналов измерения разности сопротивлений, ограничиваемая собственными шумами элементов, которая является критерием качества реальных каналов;
предлоаен метод повышения динамических характеристик каналов измерения разности сопротивлений, основанный на применении прецизионных демодуляторов и усредняющих устройств с конечной импульсной характеристикой;
исследована систематическая погрешность преобразователей разности сопротивлений в напряяение, реализующих метод косвенного вычитания, и доказаны преимущества этого метода по сравнению с методом непосредственного формирования разностного сигнала;
проведено исследование механизма воздействия внешних помех на каналы измерения разности сопротивлений, выявившее возможности повышения помехозащищенности на основе выбора оптимальной частоты модуляции и применения весовых функций с равноотстоящими нулями амплитудно-частотной характеристики.
Практическая значимость работы заключается в следующем: разработаны многорежимные преобразователи разности сопротивлений с повышенными точностными характеристиками;
предлояены схемотехнические решения, повышающие быстродействие каналов измерения разности сопротивлений;
определены оптимальные частоты модуляции в каналах измерения разности сопротивлений, использование которых упрощает фильтрацию и повышает помехоустойчивость:
для уменьшения влияния собственных шумов элементов US-
верительного канала рекомендовано применение равноамплитудных весовых функций, а такае даны численные оценки их эффективности;
предлоиены алгоритмы работы и схемные реализации каналов измерения разности сопротивлений с повышенными точностными характеристиками.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использсваны в раде разработок, выполнявшихся по хоздоговорным темам с участием автора, в том числе в микропроцессорном измерителе сопротивлений и температур "Градиент", внедренном в опытное производство на ПО "Электро-точприбор'Чг.Омск), малогабаритном преобразователе разности сопротивлений, внедренном в разработках ОКБ "Сигнал" Сг.Энгельс), и модуля ввода аналоговых сигналов, внедренном в эксплуатацию на ЛМТС (г.Ленинград).
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительно-информационные системы" (ИИС-89) (Ульяновск,1989г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Методология из-ыерений'Чг.Ленинград,1991г.),а такзе на научно-технических семинарах кафедры информационно-измерительной техники ЛГТУ и 45 отдела ВНИИЭП.
Публикации. По результатам проведенных исследований получено 4 авторских свидетельства и опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех разделов,заключения, списка литературы и приложения и содеряит 168 страниц основного текста,52 рисунка,120 наименований библиографии.
