DD203147A1 - METHOD FOR CALIBRATING A NOISE THERMOMETER ACCORDING TO THE COMPARATIVE METHOD - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Rauschthermometers nach der Vergleichsmethode. Es ist das Ziel der Erfindung, einen weniger aufwendigen Abgleich bei der Temperaturbestimmung vorzunehmen und eine hoehere Genauigkeit des Meszergebnisses zu gewaehrleisten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem verfaelschende Auswirkungen von Fehlanpassungen und Leitungsdaempfungen im Meszkreis auf das Temperaturmeszergebnis eliminiert werden. Die Loesung wird dadurch realisiert, dasz zur Kalibrierung des Rauschthermometers die Signalkenngroesze v. Meszsignal oder die Signalkenngroesze vom Vergleichssignal mittels eines Stellgliedes durch Einstellen eines Korrekturfaktors beeinfluszt wird, der eine der beiden Signalkenngroeszen innerhalb der Meszelektronik aendert. Dabei kann der Korrekturfaktor am Stellglied nur waehrend der Anliegezeit der Meszrauschspannung die Verstaerkung der Meszelektronik erhoehen oder waehrend der Anliegezeit der Vergleichsrauschspannung die Verstaerkung der Meszelektronik verringern. Es ist wesentlich, dasz der Abgleich zur wertrichtigen Einstellung des Korrekturfaktors mit der gleichen Signalkenngroesze von Mesz- und Vergleichsrauschspannung erfolgt, mit der auch die Bestimmung der Mesztemperatur durchgefuehrt wird.The invention relates to a method for calibrating a noise thermometer according to the comparison method. It is the object of the invention to make a less expensive adjustment in the temperature determination and to ensure a higher accuracy of the Meszergebnisses. The invention has for its object to provide a method with which the falsifying effects of mismatches and Leitungsdaempfungen be eliminated in Meszkreis on the Temperaturmeszergebnis. The solution is realized by calibrating the noise thermometer. Meszsignal or the signal characteristics of the comparison signal is influenced by means of an actuator by adjusting a correction factor, which changes one of the two signal characteristics within the Meszelektronik. In this case, the correction factor on the actuator increase the amplification of the measuring electronics only during the contact time of the Meszrauschspannung or reduce the Verstaerkung the Meszelektronik during the response time of Vergleichrauschspannung. It is essential that the adjustment for the correct value of the correction factor is carried out with the same signal characteristic of the measuring and comparison noise voltage with which the determination of the temperature of the measurement is also carried out.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Yerfahren zur Kalibrierung eines Rauschthermometer nach der Vergleichsmethode. Rauschthermometer werden mit Vorteil zur genauen Bestimmung der absoluten Temperatur unter ungewöhnlichen Umweltbedingungen eingesetzt. Erie Anwendung der Erfindung soll vor allem dort erfolgen, wo Temperaturfernmessungen durchzuführen sind und sich bei der Signalübertragung vom Temperaturfühler zur Meßelektronik das Leistungsspektrum der Meßrauschspannung und die Signalkenngröße, welche die Meßtemperatur abbildet, merklich ändern.The invention relates to a method for calibrating a noise thermometer according to the comparison method. Noise thermometers are used with advantage to accurately determine the absolute temperature under unusual environmental conditions. Erie application of the invention should be made especially where temperature remote measurements are to be carried out and the power spectrum of Meßrauschspannung and the signal characteristic, which maps the measurement temperature, change noticeably in the signal transmission from the temperature sensor to the measuring electronics.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bs ist bereits ein Rauschthermometer bekannt, das aus Meßkreis, Vergleichskreis und Meßelektronik besteht (H. Brijxy, Kerntechnik 1973, S. 458 ff). Der Meßkreis enthält den Meßwiderstand, der als Temperaturfühler ausgebildet ist, und ein Leitungssystem, welches die im Meßwiderstand erzeugte Leerlaufrauseilspannung zur Meßelektronik überträgt. Der Vergleichskreis, dessen Bauelemente einstellbar sind, wird aus Widerstand, Spule uiid Kondensator gebildet. Der Leitungseinfluß auf das Temperaturmeßergebnis wird beeinflußt, indem mit den einstellbaren elektrischen Bauelementen das Leistungsspektrum der Rauschspannung des Vergleichskreises mit dem Leistungsspektrum der Rauschspannung des Meßkreises in Übereinstimmung gebracht wird, Nachteilig bei diesem Rauschthermometer ist der aufwendige und komplizierte Abgleich des Vergleichskreises« Der Ausgleich des Leitungseinflusses mit konzentrierten Bauelementen gelingt nur für kurze Leitungen mit hinreichender Genauigkeit.Bs is already a noise thermometer known, consisting of measuring circuit, comparison circuit and measuring electronics (H. Brijxy, nuclear technology 1973, p. 458 ff). The measuring circuit contains the measuring resistor, which is designed as a temperature sensor, and a line system which transmits the Leerlaufrauseilspannung generated in the measuring resistor to the measuring electronics. The comparison circuit, whose components are adjustable, is formed of resistor, coil uiid capacitor. The influence of line on the Temperaturmeßergebnis is affected by the power spectrum of the noise voltage of the comparison circuit is brought into agreement with the power spectrum of the noise voltage of the measuring circuit with the adjustable electrical components, A disadvantage of this noise thermometer is the complex and complicated comparison of the comparison circle «The compensation of the line influence with concentrated components succeed only for short lines with sufficient accuracy.

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Auch, bei kurzen Meßleitungen muß der Leitungswiderstand sehr klein sein. Die Anwendung der o.a. Lösung bereitet in der Praxis Schwierigkeiten.Also, with short test leads the line resistance must be very small. The application of o.a. Solution is difficult in practice.

Weiterhin ist ein Rauschthermometer mit anderem Abgleichverfahren zur Bestimmung der Temperatur bekannt (Pursey und Pyatt, "J. Sei. Instr. 36 (1959) S. 260-264). Bei diesem sind Meß- und Vergleichskreis völlig gleich ausgelegt. Der Vergleichswiderstand ist ein Festwiderstand. Die Temperaturbestimmung erfolgt durch Abgleich eines einstellbaren frequenzunabhängigen und sehr genau kalibrierten Dämpfungsgliedes innerhalb der Elektronik. Es sind genaue Temperaturbestimmungen auch bei diesem Verfahren nur bei kurzen Leitungen durchführbar. · Es ist auch ein Übertragungssystem für das Meßsignal über Entfernungen bis 200 Meter bekannt (DE-OS 2 347 765! Der Meßwiderstand ist dabei an den Wellenwiderstand des Übertragungssystem angepaßt. Bei der stets verlustbehafteten Leitung treten jedoch Meßfehler auf, besonders dann, wenn stärkere Änderungen der Umweltbedingungen zu verzeichnen sind.. Bei einigen Anwendungsfällen bereitet es zudem Schwierigkeiten, die Wellenanpassung innerhalb des Meßbandes mit der gewünschten Genauigkeit zu realisieren.Furthermore, a noise thermometer with a different calibration method for determining the temperature is known (Pursey and Pyatt, "J. Sei, Instr., 36 (1959) pp. 260-264.) In this case, the comparison and comparison circuits are designed to be identical The temperature is determined by adjusting an adjustable frequency-independent and very precisely calibrated attenuator within the electronics.Also accurate temperature determinations are only possible with short lines. · A transmission system for the measuring signal over distances up to 200 meters is also known (DE -OS 2 347 765! The measuring resistor is adapted to the characteristic impedance of the transmission system, but measurement errors always occur in the always lossy line, especially when there are major changes in the environmental conditions innerha lb of the measuring tape with the desired accuracy to realize.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Bs ist das Ziel der Erfindung, einen weniger aufwendigen Abgleich bei der Temperaturbestimmung vorzunehmen und eine höhere Genauigkeit des Meßergebnisses zu gewährleisten.Bs is the object of the invention to make a less expensive adjustment in the temperature determination and to ensure a higher accuracy of the measurement result.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein VerfahrenThe invention is based on the object, a method

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anzugeben, mit dem verfälschende Auswirkungen von Fehlanpassungen und Leitungsdämpfungen im Meßkreis auf das Temperaturmeßergebnis eliminiert werden. Die Erfindung bezieht sich auf Rauschthermometer, die nach der Vergleichsmethode die absolute Temperatur bestimmen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,to be eliminated with the falsifying effects of mismatches and line losses in the measuring circuit on the temperature measurement. The invention relates to noise thermometers, which determine the absolute temperature according to the comparison method. According to the invention, this object is achieved

daß zur Kalibrierung des Rauschthermometers die Signal-Heß- ede r kenngröße vomvVergleichssignal mittels eines Stellgliedes durch Einstellen eines Korrektürfaktors beeinflußtwird, der eine der beiden Signalkenngrößen innerhalb der Meßelektronik ändert. Dabei kann der Korrekturfaktor am Stellglied nur während der Anliegezeit der Meßrauschspannung die Verstärkung der Meßelektronik erhöhen oder während der Anliegezeit der Vergleichsrauschspannung die Verstärkung der Meßelektronik verringern. Es ist wesentlich, daß der Abgleich zur w.ertrichtigen Einstellung des Korrekturfaktors mit der gleichen Signalkenngröße von Meß- und Vergleichsrauschspannung erfolgt, mit der auch die Bestimmung der Meßtemperatur durchgeführt wird. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Korrekturfaktor dadurch z.u ermitteln, daß der Widerstandswert des Vergleichswiderstandes au£-: den Widerstandswert des Meßwiderstandes eingestellt wird, daß beide Widerstände der gleichen Temperatur ausgesetzt werden und daß mittels des Stellgliedes die Signalkenngröße vomin that, for the calibration of the noise thermometer, the signal interference variable of the comparison signal is influenced by means of an actuator by setting a correction factor which changes one of the two signal parameters within the measuring electronics. In this case, the correction factor on the actuator can only increase the amplification of the measuring electronics during the resting time of the measuring noise voltage or reduce the gain of the measuring electronics during the resting time of the comparative noise voltage. It is essential that the adjustment to the w.ertrichtigen adjustment of the correction factor with the same signal characteristic of measuring and Vergleichsrauschspannung done with which the determination of the measuring temperature is performed. It has proved to be advantageous to determine the correction factor by adjusting the resistance value of the comparison resistor to the resistance value of the measuring resistor, by subjecting both resistors to the same temperature, and by means of the actuator the signal characteristic of

die Meßsignal und Signalkenngröße vom Vergleichssignal am Ausgang der Meßelektronik auf den gleichen Wert gebracht werden. the measurement signal and signal characteristic of the comparison signal at the output of the measuring electronics are brought to the same value.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutertThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment

An einem nicht zugänglichen Ort soll mit hoher.Genauig- In an inaccessible place should with high.Genauig-

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keit über lange Zeit die absolute Temperatur mit einem Rauschthermometer, welches Chopper und einen Korrelator enthält, nach der Vergleichsmethode bestimmt werden. Das Meßsignal übertragen zwei dämpfungsarme längere Leitungen vom Temperaturfühler zur Meßelektronik. Beide Leitungen sind an den Meßwiderstand parallel angeschlossen und laufen geräteseitig leer. Jeder der Leitungen ist aus mehreren Leitungsstücken, welche unterschiedliche Eigenschaften besitzen, zusammengestellt. Bei den Übertragungen der Meßrauschspannung ändern sich deren zeitlicher Verlauf, deren Leistungsspektrum und als Folge der aus den angebotenen Signalen im Korrelator gebildete Realteil der Kreuzleistung, welcher Abbildgröße, der Meßtemperatur ist. Dagegen gelangt die von dem genau bekannten Vergleichswiderstand abgegebene.:: Leerlauf-Vergleichsrauschspannung unbeeinflußt an die Meßelektronik. Der bei dem VergleichFor a long time, the absolute temperature with a noise thermometer, which contains chopper and a correlator, are determined by the comparison method. The measuring signal transmit two low attenuation longer lines from the temperature sensor to the measuring electronics. Both lines are connected in parallel to the measuring resistor and run on the device side empty. Each of the lines is composed of several pieces of pipe, which have different properties. In the transmissions of Meßrauschspannung change their time course whose power spectrum and as a result of the signals formed in the correlator real part of the cross power, which image size, the measuring temperature. In contrast, the output from the well-known reference resistance. :: No-load Vergleichrauschspannung unaffected passes to the measuring electronics. The one in the comparison

mit dem H with the H

des Realteils der Kreuzleistung des MeßsignalsVent-the real part of the cross power of the measuring signal

stehende Temperaturfehler wird eliminiert, indem während der Anliegezeit.der Meßrauschspannung, gesteuert von dem Chopper, ein stetig von Hand einstellbares frequenzunabhängiges Stellglied die Verstärkung des Korrelators um den. Korrekturf aktor ^•erhöht. Der Korrekturfaktor wird so gewählt, daß die Auswirkung-der verursachten Meßsignaländerungen auf das Temperaturmeßergebnis geradestanding temperature error is eliminated by adjusting the gain of the correlator by, during the time of application of the measuring noise voltage, controlled by the chopper, by a continuously adjustable frequency independent actuator. Correction factor ^ • increased. The correction factor is chosen so that the impact-caused measurement signal changes on the temperature measurement result just

Λ ausgeglichen wird. Ohne, daß der Zahlenwert des Faktors ^ ermittelt werden muß, erfolgt die wertrichtige Einstellu. des Stellgliedes durch einen Geräteabgleich. Der Geräteabgleich wird durchgeführt, indem vorbereitend der Widerstandswert des Vergleichswiderstandes mit dem Widerstandswert des Meßwiderstandes in Übereinstimmung gebracht wird und dabei diese beiden Widerstände auf gleicher Temperatur gehalten werden. Danach wird am Stellglied der Korrekturfaktor <Q auf einen Wert eingestellt, bei dem die Meß- und die Vergleichsrauschspannun Λ is compensated. Without the fact that the numerical value of the factor must be determined ^, the value-correct Einstellu. of the actuator by a device balance. The device adjustment is performed by preliminarily bringing the resistance value of the comparison resistor into agreement with the resistance value of the measuring resistor while maintaining these two resistances at the same temperature. Thereafter, the correction factor <Q is set at the actuator to a value at which the measuring and the comparison Noise

2 3 3 8 7 ό 2 3 3 8 7 ό

am Korrelatorausgang gleiche zeitliche Spannungsmittelwerte hervorrufen. Meistens ist dem Korrelator eine Anzeigeeinheit nachgeschältet, welche die Differenz zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Meßsignal-Korrelat orausgangsspannung und dem zeitlichen Mittelwert der Vergleichssignal-Korrelatorausgangsspannung anzeigt. In diesem Fall ist das Stellglied abgeglichen, wenn der an der Anzeigeeinheit ablesbare zeitliche Mittelwert der Spannungsdifferenz gerade Null ist. Der durch Fehlanpassungen verursachte Temperaturmeß- . fehler läßt sich auch beseitigen, indem während der Anliegezeit des Yergleichssignals an der Meßelektronik von dem Stellglied die Verstärkung des Korrelators um den Korrekturfaktor«^ herabgesetzt wird. Die wertrichtige Einstellung des Korrekturfaktors <J- ist'in gleicher Weise vorzunehmen, wie es vorstehend für das.. ^£. '-Abgleichverfahren beschrieben wurde.cause equal time average voltages at the correlator output. In most cases, the correlator is followed by a display unit which displays the difference between the time average of the measured signal correlator output voltage and the time average of the comparison signal correlator output voltage. In this case, the actuator is adjusted when the readable on the display unit time average of the voltage difference is just zero. The temperature measurement caused by mismatches. error can also be eliminated by the gain of the correlator is reduced by the correction factor "^ during the application time of the Yergleichssignals to the measuring electronics of the actuator. The correct value adjustment of the correction factor <J- 'is to be carried out in the same way as described above for the .. ^ £. 'Matching method has been described.

Wenn der Meßwiderstand seinen Widerstandswert ändert, ändert sich die Fehlanpassung und als Folge der Wert des Temperaturmeßfehlers. Die Änderung des Temperaturmeßfehlers wird durch Nachstellen des Stellgliedes ausgeglichen. Die zum aktuellen Widerstandswert des Meßwiderstandes gehörige Einstellung wird zum Beispiel unter Benutzung einer Meßkurve nach einer am Stellglied angebrachten Skala vorgenommen. Die Meßkurve, welche den Zusammenhang zwischen dem Widerstandswert des Meßwiderstandes und der Skalenanzeige am Stellglied angibt^ läßt sich vor der Meßfühlermontage nach dem angegebenen»^ beziehungsweise^- Abgleichverfahren für das Übertragungssystem bei verschiedenen Widerstandswerten innerhalb des Änderungsbereiches des Meßwiderstandes aufnehmen. Dadurch läßt sich der Neuabgleich bei einer auftretenden Meßwiderstandsänderung vermeiden.When the measuring resistor changes its resistance value, the mismatch changes and, as a result, the value of the temperature measuring error. The change in the Temperaturmeßfehlers is compensated by adjusting the actuator. The setting associated with the current resistance of the measuring resistor is made, for example, using a measuring curve after a scale attached to the actuator. The measurement curve which indicates the relationship between the resistance of the measuring resistor and the scale display on the actuator can be recorded before the sensor mounting according to the specified ^ or ^ adjustment method for the transmission system at different resistance values within the range of change of the measuring resistor. As a result, the new adjustment can be avoided in a measuring resistance change occurring.

Im Meßkreis können neben Fehlanpassungen und Leitungsdämpfungen zusätzlich noch Störrauschströme auftreten,In addition to mismatches and line losses, additional noise currents can occur in the measuring circuit.

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die ebenfalls das Temperaturmeßergebnis verfälschen. Der von den Störrauschströ'men verursachte Fehleranteil läßt sich nur mittels eines Kompensationskreises reduzieren. Die von Fehlanpassungen und Leitungsdämpfungen ausgehende ?/irkung auf das Meßergebnis wird weiterhin mit dem frequenzunabhängigen Stellglied eliminiert. Bei dem Rauschthermometer mit Kompensationskreis ist die. wertrichtige Einstellung des Kompensationsfaktors "^beziehungsweise <?c am Stellglied nach einem anderen Abgleichsverfahren durchzu-which also falsify the temperature measurement. The error component caused by Störrauschströ'men can only be reduced by means of a compensation circuit. The effect of mismatches and line losses on the measurement result is further eliminated by the frequency-independent actuator. In the noise thermometer with compensation circle is the. correct adjustment of the compensation factor "^ or <? c on the actuator according to another adjustment method.

V<srqiefchs führen. Vorbereitend wird der Widerstandswert des -¥ und des Kompensationswiderstandes mit dem Widerstandswert des Meßwiderstandes in Übereinstimmung gebracht und dabei der Vergleichs- und der Kompensationswiderstand gleicher Temperatur, der Meßwiderstand, der um den Paktor zwei größeren absoluten Temperatur von Ver-V <srqiefchs lead. The resistance value of the - and compensation resistor is set in agreement with the resistance value of the measuring resistor, and the comparison and compensation resistance of the same temperature, the measuring resistor, which has two greater absolute temperatures around the factor, are used.

kcmpensoKbnsgleichs- und IteSwiderstand ausgesetzt. Danach wird am Stellglied der Korrekturfaktor ©Z. beziehungsweise^ auf einen Wert eingestellt, bei dem der zeitliche Mittelwert der Vergleichssignal-Korrelatorausgangsspannung mit dem zeitlichen Mittelwert der Differenzsignal-Korrelatörausgangsspannung, gebildet durch die Überlagerung von Meß- und Kompensationsrauschspannung, übereinstimmt. Uach diesem Abgleich ist am Stellglied der wertrichtige Korrekturfaktor eingestellt. Mit dem Rauschthermometer läßt sich nun die Meßtemperatur bestimmen.kcmpensoKbnsgleichs- and IteSwiderstand exposed. Then the correction factor © Z. or ^ set to a value at which the time average of the comparison signal correlator output voltage coincides with the time average of the differential signal correlator output voltage formed by the superimposition of measurement and compensation noise voltage. After this adjustment, the value correct correction factor is set on the actuator. With the noise thermometer, the measuring temperature can now be determined.

Claims (5)

τ 233 87 3 3τ 233 87 3 3 Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zur Kalibrierung eines Rauschthermometers nach der Vergleichsmethode, gekennzeichnet dadurch, daß die Signalkenngröße vom Meßsignal oder die Signalkenngröße vonT Vergleichssignal mittels eines Stellgliedes durch Einstellen eines Korrekturfaktors beeinflußt wird, der eine der beiden Signalkenngrößen innerhalb der Meßelektronik verändert.1. A method for calibrating a noise thermometer according to the comparison method, characterized in that the signal characteristic of the measuring signal or the signal characteristic ofT comparison signal by means of an actuator is influenced by adjusting a correction factor, which changes one of the two signal characteristics within the measuring electronics. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kprrekturfaktor am Stellglied nur während der Anliegezeit der Meßrauschspannung die Verstärkung der Meßelektronik erhöht.2. The method according to item 1, characterized in that the Kprrekturfaktor increases the gain of the measuring electronics on the actuator only during the application time of Meßrauschspannung. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Korrekturfaktor am Stellglied nur während der Anliegezeit der Vergleichsrauschspannung die Verstärkung der Meßelektronik verringert.3. The method according to item 1, characterized in that the correction factor reduces the gain of the measuring electronics on the actuator only during the response time of the Vergleichsrauschspannung. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Abgleich zur wertrichtigen Einstellung des Korrekturfaktors mit der gleichen Signalkenngröße von Meß- und Vergleichsrauschspannung erfolgt, mit der auch die Bestimmung der Meßtemperatur durchgeführt wird.4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the adjustment for value-correct adjustment of the correction factor with the same signal characteristic of measuring and Vergleichsrauschspannung done with the determination of the measuring temperature is performed. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Korrekturfaktor dadurch ermittelt wird, daß der Widerstandswert des Vergleichswiderstandes auf den Widerstandswert des Meßwiderstandes eingestellt5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the correction factor is determined by the fact that the resistance value of the comparison resistor set to the resistance value of the measuring resistor 233 87 3 3233 87 3 3 wird, daß beide Widerstände der gleichen Temperatur ausgesetzt werden und daß mittels des Stellgliedes die Signalkenngröße vom Meßsignal und die Signalkenngröße vom Vergleichssignal am Ausgang der Meßelektronik auf gleichen Wert gebracht werden.is that both resistors are exposed to the same temperature and that the signal characteristic of the measuring signal and the signal characteristic of the comparison signal at the output of the measuring electronics are brought to the same value by means of the actuator.