[go: up one dir, main page]

RU2693539C2 - Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer - Google Patents

Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer Download PDF

Info

Publication number
RU2693539C2
RU2693539C2 RU2017144662A RU2017144662A RU2693539C2 RU 2693539 C2 RU2693539 C2 RU 2693539C2 RU 2017144662 A RU2017144662 A RU 2017144662A RU 2017144662 A RU2017144662 A RU 2017144662A RU 2693539 C2 RU2693539 C2 RU 2693539C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
frequency
gas
oscillations
spherical
Prior art date
Application number
RU2017144662A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017144662A3 (en
RU2017144662A (en
Inventor
Сергей Михайлович Осадчий
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
Priority to RU2017144662A priority Critical patent/RU2693539C2/en
Publication of RU2017144662A3 publication Critical patent/RU2017144662A3/ru
Publication of RU2017144662A publication Critical patent/RU2017144662A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2693539C2 publication Critical patent/RU2693539C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
    • G01K11/26Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of resonant frequencies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to the metrology. Method for measuring resonant frequency of an acoustic resonator of a gas thermometer, comprising the fact that the self-oscillation circuit is tuned to generate self-oscillations on the selected mode of the precision spherical resonator, filled with gas near one of resonance maxima, a cylindrical resonator is added to the feedback circuit, filled with the same gas and located at the same temperature as the spherical resonator, thereby providing conditions for occurrence of stable oscillations on the selected mode of the spherical resonator near the resonant maximum, adjusting the cylindrical resonator by adjusting its length to resonance maximum, coinciding with resonance maximum of spherical resonator so that on frequency of self-oscillations of spherical resonator to provide maximum gain in feedback circuit, change in the frequency of self-oscillations is used to determine the change in the thermodynamic temperature of the gas in the spherical resonator. Generation of oscillations at maximum of amplitude-frequency dependence is also provided and rectangular pulses of constant amplitude are supplied to exciting microphone, phase shift of which is adjusted depending on amplitude of signal from receiving microphone.EFFECT: technical result is higher accuracy, shorter measurement time.1 cl, 7 dwg

Description

В связи с планируемым переходом на новую термодинамическую шкалу возникает необходимость разработки эталонов температуры, основанных на законах термодинамики. Акустический газовый термометр рекомендован Консультативным Комитетом по Температуре при МБМВ в качестве основного первичного средства измерения температуры на диапазон температур от 4,2 К до 273,16 К, а также для более высоких температур.In connection with the planned transition to a new thermodynamic scale, the need arises to develop temperature standards based on the laws of thermodynamics. An acoustic gas thermometer is recommended by the Consultative Committee on Temperature at MBMV as the primary primary means of measuring temperature for a temperature range from 4.2 K to 273.16 K, as well as for higher temperatures.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке эталонов температуры 1-го и 0-го разрядов на базе акустического газового термометра в широком диапазоне температур. Важные преимущества способа: эталон температуры воспроизводит термодинамическую температуру; поскольку рабочим веществом является проточный газ, эталон обладает большим межповерочным интервалом; нет ограничений на количество циклов нагрев-охлаждение; малое время измерений.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in the development of temperature standards of the 1st and 0th digits based on an acoustic gas thermometer in a wide temperature range. Important advantages of the method: the temperature standard reproduces the thermodynamic temperature; since the working substance is flow gas, the standard has a large calibration interval; There are no restrictions on the number of heating-cooling cycles; short measurement time.

Важная задача - измерения резонансных частот акустического резонатора газового термометра. По амплитудно-частотным зависимостям в области резонанса определяются резонансные частоты соответствующие модам собственных колебаний резонатора. Зная резонансные частоты можно рассчитать с высокой точностью температуру газа в резонаторе.An important task is to measure the resonant frequencies of the acoustic resonator of a gas thermometer. The amplitude-frequency dependencies in the resonance region determine the resonant frequencies corresponding to the modes of the natural oscillations of the resonator. Knowing the resonant frequencies, one can calculate with high accuracy the gas temperature in the resonator.

Температура газа в резонаторе и частота колебаний связаны соотношением:The temperature of the gas in the resonator and the oscillation frequency are related by the relation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т - измеряемая температура,

Figure 00000002
- резонансная частота для моды (
Figure 00000003
, n), М - молярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная, р-давление гелия в резонаторе,
Figure 00000004
- численный коэффициент, соответствующий моде (
Figure 00000003
, n), коэффициенты А-0.5, Al, А2 определяют вклад слагаемых зависящих от давления и обусловленных взаимодействием газа со стенками резонатора - А-0.5, - наличием температурного слоя на границе газ- стенка - A-1, - кулоновским взаимодействием молекул газа -A1,, А2; а=a w[1+α(Т-Tw)], а - радиус резонатора с учетом изменения геометрических размеров резонатора от температуры, α - коэффициент линейного расширения меди, aw - радиус резонатора при температуре тройной точке воды Tw.where T is the measured temperature
Figure 00000002
- the resonant frequency for the mode (
Figure 00000003
, n), M is the molar mass of a gas, R is the universal gas constant, p is the pressure of helium in the resonator,
Figure 00000004
- the numerical coefficient corresponding to the mode (
Figure 00000003
, n), the coefficients A -0.5 , A l , A 2 determine the contribution of pressure-dependent components caused by the interaction of the gas with the walls of the resonator - A- 0.5 , - by the presence of a temperature layer at the gas-wall interface - A -1 , - by the Coulomb interaction gas -A 1 ,, A 2 ; a = a w [1 + α (T-T w )], a is the resonator radius taking into account changes in the geometric dimensions of the resonator with temperature, α is the linear expansion coefficient of copper, and w is the radius of the resonator at the temperature of the triple point of water T w .

Измерение резонансной частоты известными способами требует применения специальных приборов и занимает большое количество времени на одно измерение [1]. Например, измерение с помощью цифрового синхронного усилителя SR 830 путем снятия амплитудно-частотных зависимостей занимает около 10. Так как измерения необходимо проводить при нескольких значения давления газа в резонаторе, то на проведение измерений температуры в одной точке могут уходить десятки минут. На время измерений необходимо стабилизировать температуру резонатора, обеспечить отсутствие градиентов и постоянный состав газа. Причем, для того, чтобы в газе не появились примеси от десорбции с внутренних поверхностей, необходимо обеспечить постоянный проток газа через резонатор.Measurement of the resonant frequency by known methods requires the use of special devices and takes a large amount of time per measurement [1]. For example, the measurement using a digital synchronous amplifier SR 830 by removing the amplitude-frequency dependencies takes about 10. Since measurements must be carried out at several gas pressures in the resonator, it can take dozens of minutes to take temperature measurements at one point. At the time of measurement, it is necessary to stabilize the temperature of the resonator, to ensure the absence of gradients and a constant gas composition. Moreover, in order that no impurities from desorption from internal surfaces appear in the gas, it is necessary to ensure a constant flow of gas through the resonator.

Наиболее важным достигаемым техническим результатом, при использовании заявленного способа, является оперативность измерения, т.е сокращение времени измерения с нескольких минут до 1 секунды.The most important technical result achieved, when using the claimed method, is the measurement efficiency, that is, the reduction of the measurement time from several minutes to 1 second.

Предлагаемый метод состоит в следующем: включение резонатора в автоколебательный контур приводит к генерации колебаний на одной из резонансных частот сферического резонатора, заполненного газом, при условии, что коэффициент усиления системы для сигнала, сдвинутого по фазе на 180°, больше единицы. Подстройкой частотного фильтра и фазовращателя выбирается необходимая резонансная частота вблизи выбранной моды сферического резонатора. Наиболее точные результаты (стабильная генерация) достигаются, если генерация реализуется на высших гармониках вблизи резонансного максимума там, где есть сильно выраженная частотная зависимость амплитуды и сдвига фаз или на радиальных модах. Выбором схемы генерации и подборкой ее параметров можно обеспечить сравнимую систематическую ошибку при определении резонансной частоты, а за счет уменьшения времени измерения до нескольких секунд, получить больше данных, снизить случайные ошибки и тем самым снизить суммарную погрешность измерений.The proposed method is as follows: the inclusion of a resonator in a self-oscillating circuit leads to the generation of oscillations at one of the resonant frequencies of a spherical resonator filled with gas, provided that the system gain for the signal shifted by 180 ° is greater than one. By adjusting the frequency filter and the phase shifter, the required resonant frequency is selected near the selected mode of the spherical resonator. The most accurate results (stable generation) are achieved if the generation is realized at higher harmonics near the resonant maximum, where there is a pronounced frequency dependence of the amplitude and phase shift or on radial modes. By choosing a generation scheme and a selection of its parameters, you can provide a comparable systematic error in determining the resonant frequency, and by reducing the measurement time to several seconds, you can get more data, reduce random errors and thereby reduce the total measurement error.

Способ измерения термодинамической температуры газа, находящегося в акустическом сферическом резонаторе заключается в том, что резонансная частота измеряется по частоте автоколебаний контура в цепь обратной связи которого включен прецизионно изготовленный сферический резонатор, а в качестве узкополосного частотного фильтра используется цилиндрический резонатор, заполненный тем же газом при той же температуре, предварительно настроенный так, чтобы одна из его мод совпадала по частоте с выбранной модой сферического резонатора во всем рабочем диапазоне температур.A method for measuring the thermodynamic temperature of a gas in an acoustic spherical resonator is that the resonant frequency is measured by the frequency of the circuit’s self-oscillations in the feedback circuit of which a precision-made spherical resonator is included, and a cylindrical resonator filled with the same gas is used as a narrow-band frequency filter. same temperature, pre-tuned so that one of its modes coincides in frequency with the selected mode of the spherical resonator in all m working temperature range.

Способ достижения представленного технического результата поясняется чертежами. На Фиг. 1 - представлена блок-схема устройства генерации автоколебаний, на Фиг. 2 - Экспериментальная установка для измерения резонанса, на Фиг. 3 - Типичная амплитудно-частотная зависимость, на Фиг. 4 - 7 - графики измеренных температурных зависимостей.The way to achieve the technical result is illustrated by drawings. FIG. 1 is a block diagram of a device for generating self-oscillations; FIG. 2 — Experimental setup for measuring resonance; FIG. 3 — Typical amplitude-frequency dependence; FIG. 4 - 7 - graphs of measured temperature dependences.

Предлагается измерение резонансной частоты акустического резонатора газового термометра в широком диапазоне температур путем включения сферического резонатора 4 с микрофонами в цепь обратной связи системы, состоящей из усилителей 1, 3 и 5, управляемого фазовращателя 7, и частотного-фильтра, состоящего из цилиндрического резонатора с микрофонами 6. Второй контур обратной связи, предназначенный для генерации на максимуме амплитудно-частотной зависимости, состоит из амплитудного детектора 8 и управляемого фазовращателя 7.It is proposed to measure the resonant frequency of an acoustic resonator of a gas thermometer in a wide temperature range by including a spherical resonator 4 with microphones in the feedback circuit of a system consisting of amplifiers 1, 3 and 5, controlled phase shifter 7, and a frequency filter consisting of a cylindrical resonator with microphones 6 The second feedback loop, designed for generation at the maximum of the amplitude-frequency dependence, consists of an amplitude detector 8 and a controlled phase shifter 7.

Принцип работы:Principle of operation:

- система настраивается на автоколебания на одном из резонансных максимумов прецизионного сферического резонатора, заполненного газом;- the system is tuned to self-oscillations on one of the resonant maxima of a precision spherical resonator filled with gas;

- для обеспечения стабильных колебаний в цепь обратной связи добавляется цилиндрический резонатор, заполненный таким же газом и находящийся при той же температуре, что и сферический резонатор;- to ensure stable oscillations, a cylindrical resonator is added to the feedback circuit, filled with the same gas and at the same temperature as the spherical resonator;

- подстройкой длины цилиндрический резонатор настраивается на один из резонансных максимумов так, чтобы на частоте автоколебаний сферического резонатора обеспечить максимальный коэффициент усиления в цепи обратной связи;- by adjusting the length of the cylindrical resonator is tuned to one of the resonant maxima so that at the frequency of self-oscillations of the spherical resonator to provide the maximum gain in the feedback circuit;

- при изменении температуры газа в резонаторах будет происходить одинаковое смещение резонансных максимумов в сферическом и цилиндрическом резонаторе, однако, за счет разного модового состава колебаний для сферического и цилиндрического резонаторов автоколебания будут устойчиво возникать только на начально выбранном резонансном максимуме сферического резонатора;- when the gas temperature in the resonators changes, the resonant maxima in the spherical and cylindrical resonator will be shifted the same, however, due to the different mode composition of the oscillations for the spherical and cylindrical self-oscillation resonators will only occur at the initial selected resonant maximum of the spherical resonator;

- цилиндрический резонатор, который настраивается на один из резонансных максимумов, так, чтобы на частоте автоколебаний сферического резонатора обеспечить максимальный коэффициент усиления в цепи обратной связи;- a cylindrical resonator, which is tuned to one of the resonant maxima, so that at the frequency of self-oscillations of the spherical resonator to ensure maximum gain in the feedback circuit;

- для снижения систематической ошибки определения резонансной частоты путем обеспечения генерации колебаний на максимуме амплитудно-частотной зависимости на возбуждающий микрофон при помощи формирователя импульсов 2 подаются прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, фазовый сдвиг которых подстраивается по амплитуде сигнала с приемного микрофона.- to reduce the systematic error of determining the resonant frequency by ensuring the generation of oscillations at the maximum of the amplitude-frequency dependence, rectangular pulses of constant amplitude are fed to the excitation microphone using a pulse shaper 2, the phase shift of which is adjusted by the amplitude of the signal from the receiving microphone.

Экспериментальные исследования проводились на газовом акустическом термометре включающем:Experimental studies were conducted on a gas acoustic thermometer including:

- термостат со сферическим резонатором, расположенным внутри камеры давления;- thermostat with a spherical resonator located inside the pressure chamber;

- систему реализации автоколебаний и измерения частоты;- system of self-oscillation realization and frequency measurement;

- систему стабилизации температуры резонатора;- a system for stabilizing the temperature of the resonator;

- систему регулирования давления и потока газообразного гелия;- a system for regulating the pressure and flow of helium gas;

- систему очистки газообразного гелия.- helium gas purification system.

Основными элементами экспериментального образца измерительной установки являются термостат 10, в который опущена вставка 13 с акустическим сферическим резонатором из меди M1 радиусом 49,8075 мм, баллон 14 с газообразным гелием сверхвысокой чистоты марки 7.0, газовый редуктор 15 для сверхчистых газов FDM 500-16, криогенная ловушка 12, опущенная в сосуд Дьюара 11 с жидким гелием. Температура нижней части резонатора Temperature 1 и верхней Temperature 2 измеряется двумя платиновыми термометрами сопротивления типа ТСПН, подключенными к многоканальному прецизионному измерителю температуры МИТ 8.15, позиция 18. Нагрев резонатора происходит с помощью нагревательного элемента и управляемого источника тока GPD-73303D, позиция 17. Стабилизация температуры осуществлялась по термометру сопротивления Temperature 1 ПИД-регулятором, реализованным в программе на ПК, позиция 16, к которому подключен МИТ 8.15. Частота измерялась частотомером АСН-8326, позиция 9, также подключенным к ПК. На резонаторе установлены два капсюля микрофонных конденсаторных МК-465. Для анализа амплитудно-частотных характеристик резонатора применялся цифровой синхронный усилитель SR 830. Усилители 1, 3, 5 и фазовращатель 7 изготовлены на основе операционных усилителей фирм Texas Instruments и Analog Devices.The main elements of the experimental model of the measurement setup are the thermostat 10, in which insert 13 is lowered with an acoustic spherical resonator made of M1 copper with a radius of 49.8075 mm, a cylinder 14 with ultrahigh-purity helium gas of grade 7.0, a gas reducer 15 for ultra-pure gases FDM 500-16, cryogenic trap 12, lowered into a Dewar 11 with liquid helium. The temperature of the bottom of the resonator Temperature 1 and the upper temperature 2 is measured by two TSPN type platinum resistance thermometers connected to the MIT 8.15 multichannel precision temperature meter, position 18. The resonator is heated using a heating element and a controlled current source GPD-73303D, position 17. Temperature stabilization was carried out on a resistance thermometer Temperature 1 by a PID controller implemented in a program on a PC, position 16, to which MIT 8.15 is connected. Frequency was measured with an ASN-8326 frequency meter, position 9, also connected to a PC. On the resonator, there are two caps of microphone condenser MK-465. The SR 830 digital synchronous amplifier was used to analyze the amplitude-frequency characteristics of the resonator. Amplifiers 1, 3, 5 and phase shifter 7 are made on the basis of operational amplifiers from Texas Instruments and Analog Devices.

Типичная амплитудно-частотная зависимость при температуре 0°С для сферического резонатора, заполненного гелием, полученная с помощью цифрового синхронного усилителя SR 830, приведена на Фиг. 3. Определение резонанса по максиму традиционным способом дает заметную ошибку порядка 10-4. Применение математических методов существенно повышает точность определения резонансной частоты, однако для этого требуется значительное время и специальное ПО.A typical amplitude-frequency dependence at a temperature of 0 ° C for a spherical resonator filled with helium, obtained using a digital synchronous amplifier SR 830, is shown in FIG. 3. Determining the resonance from the maximum in the traditional way gives a noticeable error of the order of 10-4 . The use of mathematical methods significantly improves the accuracy of determining the resonant frequency, but this requires considerable time and special software.

Лучшая стабильность достигается на более высоких частотах генерации. При изменениях настройки фазовращателя получена генерация на частоте 69680 Гц при температуре 27°С. Измеренная стабильность частоты колебаний показана на Фиг. 4.Better stability is achieved at higher generation frequencies. With changes in the setting of the phase shifter, lasing was obtained at a frequency of 69680 Hz at a temperature of 27 ° C. The measured oscillation frequency stability is shown in FIG. four.

Стабильность генерации в течении одного часа на уровне нескольких милликельвинов получается с применением типовых схем и электронных компонент в фазовращателе, частотном фильтре и усилителе. Для получения большей стабильности помимо обеспечения постоянного состава газа, отсутствия градиентов температуры в резонаторе, стабилизации давления газа в резонаторе, необходимо применение дополнительных мер, например, выбор прецизионных электронных компонент, улучшение термостабилизации и т.п.Для обеспечения одинакового состава газа в системе в процессе измерений и для обеспечения постоянного состава газа при замене баллона может использоваться устройство очистки газа от примесей.Stability of generation within one hour at a level of several millikelvinov is obtained using typical circuits and electronic components in a phase shifter, frequency filter and amplifier. In order to obtain greater stability in addition to ensuring a constant gas composition, the absence of temperature gradients in the resonator, stabilizing the gas pressure in the resonator, additional measures are necessary, for example, the choice of precision electronic components, improved thermal stabilization, etc. To ensure the same gas composition in the system during measurements and to ensure a constant gas composition when replacing the cylinder can be used a device for cleaning gas from impurities.

Для подтверждения работоспособности способа и формулы (1) была построена зависимость температуры Т от ƒ2 (ƒ - частота генерации автоколебаний) по полученным экспериментальным данным (Фиг. 5).To confirm the efficiency of the method and formula (1), the dependence of temperature T on ƒ 2 (ƒ is the frequency of generation of self-oscillations) was constructed using the experimental data obtained (Fig. 5).

Показанная зависимость Т от ƒ2, приведена при р=100 кПа. Оценка суммарной стандарной неопределенности дает 10 мК,The shown dependence of T on ƒ 2 is given at p = 100 kPa. An estimate of the total standard uncertainty gives 10 mK,

Был оценен только вклад стабильности колебаний в течении двух суток в стандартную неопределенность измерения температуры. Вклад оказался сравним с влиянием других факторов. Оценка составила 5 мК, что вполне согласуется с ожиданиями.Only the contribution of the oscillation stability during two days to the standard temperature measurement uncertainty was evaluated. The contribution was comparable to the influence of other factors. The estimate was 5 mK, which is quite consistent with expectations.

Оценки стандартной неопределенности измерения температуры позволяют сделать вывод, что способ может быть использован при разработке эталонов температуры 1-го и 0-го разрядовEstimates of the standard uncertainty of temperature measurement allow us to conclude that the method can be used in the development of temperature standards for the 1st and 0th digits

Измеренные температурные зависимости при ступенчатом изменении температуры в этом режиме в резонаторе, заполненном воздухом, показаны на Фиг. 7.The measured temperature dependences with a stepwise change in temperature in this mode in a cavity filled with air are shown in FIG. 7

Для определения чувствительности метода мы проанализировали стабильность и ступенчатое воздействие в виде нагрева и последующего охлаждения нижней части резонатора на 5 мК Фиг. 6. Из Фиг 6 следует, что изменение частоты соответствует изменению температуры резонатора с высокой точностью.To determine the sensitivity of the method, we analyzed the stability and step effect in the form of heating and subsequent cooling of the lower part of the resonator at 5 mK. FIG. 6. From Fig. 6 it follows that the frequency change corresponds to a change in the temperature of the resonator with high accuracy.

Для выбора оптимальных условий генерации автоколебаний использовались расчеты амплитудно-частотных зависимостей.To select the optimal conditions for the generation of self-oscillations, calculations of the amplitude-frequency dependences were used.

Вывод: продемонстрирована возможность относительных измерений термодинамической температуры по резонансной частоте акустического резонатора газового термометра в режиме автоколебаний с погрешностью на уровне 1 мК.Conclusion: the possibility of relative measurements of the thermodynamic temperature at the resonant frequency of the acoustic resonator of a gas thermometer in self-oscillation mode with an error of 1 mK was demonstrated.

Источники информацииInformation sources

1. С.М. ОСАДЧИЙ, Б.Г. ПОТАПОВ, К.Д. ПИЛИПЕНКО, Э.Г. АСЛАНЯН, А.Н. ЩИПУНОВ Измерение постоянной Больцмана в квазисферическом акустическом резонаторе, Измерительная техника №7, 2017 г., с 8-13.1. S.M. SEDUCTOR, B.G. POTAPOV, KD Pilipenko, E.G. ASLANYAN, A.N. SCHIPUNOV Measurement of Boltzmann constant in a quasispherical acoustic resonator, Measuring equipment No. 7, 2017, p. 8-13.

Claims (1)

Способ измерения резонансной частоты акустического резонатора газового термометра, заключающийся в том, что автоколебательный контур настраивают на генерацию автоколебаний на одном из резонансных максимумов вблизи резонансной частоты выбранной моды прецизионного сферического резонатора, заполненного газом; в цепь обратной связи добавляют цилиндрический резонатор, заполненный таким же газом и находящийся при той же температуре, что и сферический резонатор, тем самым обеспечивают условия для возникновения стабильных колебаний на выбранной моде сферического резонатора вблизи резонансного максимума; настраивают цилиндрический резонатор посредством подстройки его длины на резонансный максимум, настройку выполняют так, чтобы частота одной из мод резонатора совпадала с частотой выбранной моды сферического резонатора во всем рабочем диапазоне температур сферического резонатора, а также, чтобы на частоте автоколебаний сферического резонатора обеспечить максимальный коэффициент усиления в цепи обратной связи; по изменению частоты автоколебаний определяют изменение термодинамической температуры газа, находящегося в сферическом резонаторе; снижают систематическую ошибку определения резонансной частоты за счет того, что обеспечивают генерацию колебаний на максимуме амплитудно-частотной зависимости и тем, что подают на возбуждающий микрофон прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, фазовый сдвиг которых подстраивают в зависимости от амплитуды сигнала с приемного микрофона.A method of measuring the resonant frequency of an acoustic resonator of a gas thermometer, which consists in the fact that the self-oscillating circuit is tuned to generate self-oscillations at one of the resonant maxima near the resonant frequency of the selected mode of a precision spherical resonator filled with gas; a cylindrical resonator filled with the same gas and located at the same temperature as the spherical resonator is added to the feedback circuit, thereby providing conditions for the occurrence of stable oscillations in the selected mode of the spherical resonator near the resonant maximum; adjusting the cylindrical resonator by adjusting its length to the resonant maximum, tuning is performed so that the frequency of one of the resonator modes coincides with the frequency of the selected spherical resonator mode in the entire working temperature range of the spherical resonator, and also to ensure the maximum gain in the spherical resonator frequency feedback circuit; by changing the frequency of self-oscillations determine the change in thermodynamic temperature of the gas in a spherical resonator; reduce the systematic error in determining the resonant frequency due to the fact that they generate oscillations at the maximum of the amplitude-frequency dependence and by supplying rectangular pulses of constant amplitude to the exciting microphone, the phase shift of which is adjusted depending on the amplitude of the signal from the receiving microphone.
RU2017144662A 2017-12-20 2017-12-20 Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer RU2693539C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144662A RU2693539C2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144662A RU2693539C2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017144662A3 RU2017144662A3 (en) 2019-06-20
RU2017144662A RU2017144662A (en) 2019-06-20
RU2693539C2 true RU2693539C2 (en) 2019-07-03

Family

ID=66947259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017144662A RU2693539C2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693539C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816860C1 (en) * 2023-06-20 2024-04-05 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" Method of determining geometric dimensions of a cylindrical resonator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3214976A (en) * 1960-10-28 1965-11-02 Gen Dynamics Corp Temperature measuring apparatus
US3318152A (en) * 1963-07-16 1967-05-09 Westinghouse Electric Corp Temperature sensor
US3427881A (en) * 1966-10-25 1969-02-18 Corning Glass Works System for measuring temperature
RU103910U1 (en) * 2010-11-03 2011-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" ACOUSTIC TEMPERATURE TRANSDUCER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3214976A (en) * 1960-10-28 1965-11-02 Gen Dynamics Corp Temperature measuring apparatus
US3318152A (en) * 1963-07-16 1967-05-09 Westinghouse Electric Corp Temperature sensor
US3427881A (en) * 1966-10-25 1969-02-18 Corning Glass Works System for measuring temperature
RU103910U1 (en) * 2010-11-03 2011-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" ACOUSTIC TEMPERATURE TRANSDUCER

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gavin Sutton. Acoustic Resonator Experiments at the Triple Point of Water // Int J Thermophys, 2010. *
J. T. Zhang. Progress Toward Redetermining the Boltzmann Constant with a Fixed-Path-Length Cylindrical Resonator // Int J The *
L. Pitre Determination of the Boltzmann constant using a quasispherical acoustic resonator // Phil. Trans. R. Soc. A, 2011. *
X J Feng. Determination of the Boltzmann constant with cylindrical acoustic gas thermometry: new and previous results combined // Metrologia N 54, 2017 pp. 748-762. rmophys, 2011. *
Осадчий С.М. Измерение постоянной Больцмана в квазисферическом акустическом резонаторе // Измерительная техника // Измерительная техника N 7, 2017. *
Осадчий С.М. Измерение резонансной частоты акустического резонатора газового термометра в режиме автоколебаний // Конференция "175 лет ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и Национальной системе обеспечения единства измерений", 14.06.2017. *
Осадчий С.М. Измерение резонансной частоты акустического резонатора газового термометра в режиме автоколебаний // Конференция "175 лет ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и Национальной системе обеспечения единства измерений", 14.06.2017. X J Feng. Determination of the Boltzmann constant with cylindrical acoustic gas thermometry: new and previous results combined // Metrologia N 54, 2017 pp. 748-762. Осадчий С.М. Измерение постоянной Больцмана в квазисферическом акустическом резонаторе // Измерительная техника // Измерительная техника N 7, 2017. L. Pitre Determination of the Boltzmann constant using a quasispherical acoustic resonator // Phil. Trans. R. Soc. A, 2011. J. T. Zhang. Progress Toward Redetermining the Boltzmann Constant with a Fixed-Path-Length Cylindrical Resonator // Int J Thermophys, 2011. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816860C1 (en) * 2023-06-20 2024-04-05 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" Method of determining geometric dimensions of a cylindrical resonator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017144662A3 (en) 2019-06-20
RU2017144662A (en) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7855608B2 (en) System and method for providing temperature correction in a crystal oscillator
CN102812344B (en) The method and apparatus of calibration tubular vibration-type densitometer
Salmela et al. Acoustic resonances in helium fluids excited by quartz tuning forks
TW201249097A (en) Oscillation device
CA2371264C (en) Self-compensating ovenized clock adapted for wellbore applications
US4215308A (en) Self calibrating crystal controlled frequency counter method and apparatus
RU2693539C2 (en) Method of measuring resonant frequency of acoustic resonator of gas thermometer
US9484855B2 (en) System and methods for correcting clock synchronization errors
JP5355278B2 (en) Calibration parameter determination method and density calculation method for vibration type density meter
Frigerio et al. ON-MEMS-CHIP compact temperature sensor for large-volume, low-cost sensor calibration
RU2665758C2 (en) Device for measuring mass flow, molecular weight and humidity of gas
US3318152A (en) Temperature sensor
Lozano-Martín et al. Speed of sound in gaseous cis-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropene (R1234ze (Z)) between 307 K and 420 K
Osadchii et al. Measurement of the Boltzmann constant in a quasispherical acoustic resonator
RU2349897C2 (en) Density and viscosity measurement method and related device
Sydenham et al. Thermistor controller with microkelvin stability (for strainmeter testbase temperature control)
RU2277292C1 (en) Piezo-crystal oscillator
Lin et al. Studies on a sealed-cell lambda-point device for use in low temperature thermometry
JP2011142444A (en) Method for manufacturing piezoelectric oscillator, and piezoelectric oscillator
SU1651114A1 (en) Method for temperature measurements
Pitre et al. The comparison between a second‐sound thermometer and a melting‐curve thermometer from 0.8 K down to 20 mK
SU119700A1 (en) Temperature measuring device
CN106165297B (en) Systems and methods for operating mechanical resonators in electronic oscillators
Nannan et al. Speed of sound and ideal-gas heat capacity data for selected siloxanes from acoustic measurements: CH3 2− Si− O4 and CH3 2− Si− O5
Simpson et al. Quartz at Low Temperatures