Пирометр спектрального отношения

 

Ю4Й1ю, (J "Я (О . И Е

ИЗPgPEyEggq 646204

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Сюветскнх

Соцмалнстнческнх

Рвспубпнк

{6t) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 230876 (21) 2400542/18-25 с присоединением заявки №

{5l) М. Кл.

6 01 Л 5/60

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 050279. Бюллетень № 5 (53) УДК 536.521 (088. 8) Дата опубликования описания 050279 (?2) Авторы изобретения

В. И-.- Елажкевич, В. Г. Зубов, A. П. Крышев, К.С. Семенистый и Д.А. Юрковский

{71) Заявитель

Физико-механический институт AH Украинской ССР (54) ПИРОМЕТР СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ

1=

b(A,T)

En ° 56 — (1,;) то 1 ) Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть использовано в пирометрах спектрального отношения для бесконтактного метода измерения температуры нагретых тел по тепловому излучению, Известны пирометры спектрального отношения, содержащие обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, усилитель, регистрирующую схему. Недостатком этих пирометров является невозможность получения линейной температурной шкалы и обеспечения электрической корректировки шкалы пирометра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является пирометр спектрального отношения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, предварительный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолнового и длинноволнового излучения, первый и второй ключи, подсоединенные управляющими входами к соответствующим выходам датчика синхроимпульсов, генератор линейно изменяю- щегося напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных источника регулируемых опорных напряжений; третьего ключа и интегратора, причем управляющий вход третьего ключа подсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени.

В этих пирометрах используется линейная связь логарифма отношения .монохроматических интенсивностей излучения в двух длинах волн с обратным значением цветовой температуры объекта, отсчет показаний производится по условной шкале показывающего прибора, причем перевод сделанного по этой шкале отсчета в значения измеряемой цветовой температуры осуществляется с помощью градуировочного графика.

Известно, что связь цветовой температуры с интенсивностями монохроматических излучений 1)(А„Т 1 и ь(л 2,т ) в двух длинах волн л1 и

А (Л 2 /A.1 > 1 ) выражается формулой где С - (l, 4 380+0, 0001 ) 10 м. град— постоянная величина;

646204

I0

Т - абсолютная температура, выраженная в К-t

T — lIooToHHHRR величина, позволяющая смещать начало температурной

ыкалые

Недостатком прототипа являетсято, что его выходной сигнал не связан линейной зависимостью с измеряемой температуроф, а пропорционален тольО(л т) ко в@личине ii . в формуле (1) ., Ъ(я,т), Электронный потенциометр,- работающий в комплекте с цветовым пирометром, имеет лишь функциональную шкалу в условных делениях, которые наносятся на индивидуальной градуировке прибора.

На практйке в связи с системат膻 йскймЫ иэменениямй спектральной— чувствительйости фбтоэлемента вследствие перемены окружающей темперйТурй; длительной эксплуатации, а также смены фотоэлемента имеет место

Ь(Л) отклонение величины <» л т) от измеряемой прототипом величины где U u Uz амплитуды импульсов, связанные с интенсивноси тями монохроматических излучений при

" - двух длинах- волн зависимостями

0„"= . ЫЛ,,т), Ь(Л, T), где К ) и К вЂ” коэффициенты, эави» 2 сящие от спектральной чувствительности фотоприемника на участках спектра Л и Л д соответственно.

Используя зависимость (2), можно записать -.:Ц» g ф(Л»,Т) g К д, (3) н u > >b() " ) ь

Отсюда видно, что вследствие изменения спектральной чувствительности фотоприемника градуировка устройства необратимо изменяется и градусную шкалу при этбм требуется перечерчивать. Отсутствие возможности прбстой электрической корректировки шкалы является еще одйим его недостатком. =

Целью предлагаемого, изобретения является получение линейной темпераурйой шкаль) н обеспечение возможноси электрической корректировки шкалй пирометра.

Она достигается тем, что в пирометр введены блок памяти, два сумматора; -два трехпоЖсййх ключа, син: хрониэатор, RC -цепь с зарядным и разрядным ° ключами и триггер, при этом амплитудный детектор импульсов коротковолнового излучения и соответствующий выход источника регулируе = ййх ойорнЬ)х напряжений через йервый трехиолюсный ключ; а выход амплитудного детектора длинноволнового излучения и выход первого сумматора через второй трехполюсный ключ подсоединены соответственно к первому и второму входам преобразователя логарифма отношения двух напряжений в HHTepaaJI времени, второй выход которого подключен к единичному входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом разрядного ключа

QC-цепи, первые входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходу интегратора и к конденсатору РС -цепи, источник регулируемых опорных напряжений выходами подключен соответственно ко вторым входам сумматоров и к сигнальному входу эаряднбго ключа RC-цепи, синхронизатор входами подсоединен к вы-. ходам датчика синхроимпульсов, а выходами — соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей; к управляющим входам преобразователя отношения двух напряжений в интервал времени и к точке соединения нулевого входа триггера, управляющего входа блока памяти, шины сброса интегратбра и управляющего входа зарядного ключа RC -цепи, а вхбд блока памяти подсоединен к выходу второго сумматора. На чертеже представлена схема предлагаемого пирометра.

Пирометр содержит обтюратор 1 со . светофильтрами, приемник .2 излучения, предварительный усилитель 3, амплитудный детектор 4 импульсов коротковолнового излучения, амплитудный детектор 5 импульсов длинноволнового излучения, ключи 6 и 7, датчик 8 синхроимпульсов, преобразователь 9 логарифма отношения двух напряжейий

40 в интервал времени, состоящий из схемы 10 сравнения, триггера 11, разрядной RC öåïè 12 и ключа 13, ин- тегратор 14, ключ 15, источник 16 регулируемых опорных напряжений, трехйолюсйые ключи 17 и 18, сумматоры .19 и 20, RC -цепь 21, состоящая из .конденсатора 22, резистора 23, заряд. ного ключа 24 и разрядного ключа 25, синхронизатор 26, в состав которого я0 входят триггер 27, схема 28 задержки, инвертор 29, схемы 30 и 31 совпадения и схема 32 ИЛИ, триггер 33 и блок 34 памяти.

Пирометр работает следующим образом.

Световой поток от объекта, температура которого измеряется при помощи оптической системы, обтюратора

1 со светофильтрами и приемника 2 излучения преобразуется в следующие

@ друг за другом однополярные импульсы

Напряжения ()» и 0д, с.чередующимися амплитудами О» и Uz, связанными . интенсивностями монохроматических излучений объекта в двух длИнах волн

65 зависимостями (2).

646204

После усиления импульсов и„ и 0 усилителем 3 и синхронного детектирования при помощи ключей б и 7 на амплитудных детекторах 4 и 5 выделяются амплитудные значения и и U< этих импульсов. Работой ключей.б и 7 управляют синхроимпульсы, поступающие с датчика 8, причем на управляющий вход ключа б импульсы приходят синхронно с импульсом. U< коротковолнового излучения, а на управляющий вход ключа 7 — синхронно с импульсом

U2 ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

С приходом импульса U, триггер

27 переводится соответствующим синхроимпульсом в единичное состояние (будем считать, что триггер запускается отрицательным импульсом) . Йапряжения, поступающие с выходов триггера 27 на управляющие входы трехполюсных ключей 17 и 18 обеспечивают подключение выходов амплитудных Ю детекторов 4 и 5 ко входам преобразователя 9. При этом состояния других элементов следующие: триггеры 11 и 33 находятся в единичных состояниях, ключи 13 и 24 эамкнутй, 25 а ключи 15 и .25 разомкнуты.

Выходное постоянное напряжение О„ амплитудного детектора 4 прикладывается через ключ 13 к разрядной кС цепи 12 и с момента времени t на- 3() чинается подготовка преобразователя

9 к работе (происходит заряд емкости RC -цепи 12) . Через промежу- ток времени т, достаточный для подготовки преобразователя 9 к 35 работе, синхронизатор 26 формирует передний фронт импульса, поступающего с выхода схемы 32 ИЛИ на управляющий вход ключа 13. В момент времени t, начинается первый такт преобра- 40 зования: однсвременно с разьыканием ключа 13 триггер 11 перебрасывается передним Фронтом выходного импульса инвертора 29 в нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 15.

В результате на выходе интегратора

14 напряжение начинает изменяться по закону и инт (ь)= — t- (+-t„), (4) п где U „ — приложенное к сигнальному входу ключа 15 опорное напряжение с выхода источника 16; (и — постоянная времени интегратора 14.

Одновременно, начиная с момента времени, на выходе разрядной

RC -цепи 12 образуется экспоненциально спадающе(з напряжение, описывающееся зависимостью

t -- q

Ц,(t- t,) =Ц„т. " (5) где — постоянная времени разряда RC -цепи 12. 65

Схема 10 сравнения срабатывает в момент времени Ф,, когда 1

up(e,-e,).è,С r" 02 сь) откуда — Ж

1 Uq

В момент времени .(выходной импульс схемы 10 сравнения перебрасывает триггер 11 в единичное состояние, и ключ 15 размыкается. Итак, в момент ( времени 1.т на выходе интег: атора 14

Фиксируется напряжение о1 тт

U„„ (t, >* „., = — (87

Таким образом, в течение первого такта происходит преобразование логарифма отношения напряжений Ц и

U2 пропорциональных монохроматическим интенсивностям излучения объекта в двух длинах волн, в напряжение. Действительно, после подстановки равенства (7) в равенство (8) получим т ит (о с n u

В момент времени eg триггер 27 перебрасывается в нулевое состояние вторым синхроимпульсом, а выходные, напряжения этого триггера, управляющие работой трехполюсных ключей 17 и 18, обеспечивают подключение ко входам преобразователя 9 выходов сумматора 19 и источника 16 соответственно. В результате к сигнальному входу ключа 13 прикладывается выходное напряжение сумматора 19, равное а к свободному входу схемы 10 сравнения — напряжение 0, где Uo2 и U — выходные опорные йапряжения источника lб. В течение промежутка времени t — 2 - происходит подготовка преобразователя 9 ко второму такту преобразования (идет заряд емкости разрядной RC -цепи 12 до значения О ) .

В момент времени э начинается. второй такт преобразования, при этом передним фронтом импульса, поступающего с выхода схемы 28 задержки триггер 35 перебрасывается в нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 25. Ключ 24 размыкается управляющим сигналом, поступа ющим с выхода схемы 28. Блок 9 производит преобразование логарифма от ношения напряжений U> и U в интервал времени согласно выражению

2т " и U

Us о3

B моМент времени t + 2T схема 10 сравнения формирует импульс, перебрасывающий триггер 33 в единичное состояние, в результате клн ч 25

646204 рази икается, и разряд емкости 32 через сопротивление 23 прекращается. Зафиксированное на емкости напряжение н этот момент равно .

t T

Ос*0 .0 сг (2) где ОО4 — опорное напряжение, задаваемое источником 16) постоянная времени разряда ЙС -цепи 21.

Блок 34 производит выборку и хранение уровня напряжения, поступающего с выхода сумматора 20 и равного

Ь >> > С О > где 0 - напряжейие, подаваемое на вход сумматора 20 с выхода источника 16.

После подстановки выражений (9 ), (10), (11) и (12), а полученного выражения в формулу (13) выходное напряженйе пирометра выразится в следующем виде

0ОФ

U 0 (14)

О1 1 О2 —. — Š— ->-—

0О2 П 2 0ОЪ где принято Г, =т. = с, В течение второго такта, кроме того, происходит сброс интегратора

14.

Иэ сравнения выражений (1) и (14) легко видеть, что для того, чтобы градусная шкала пирометра была линейной, т.е. чтобы выполнялось условие

U =Kt (45 ) н»>х где К вЂ” коэффициент пропорциональности, необходимо и достаточно выполнения следующих соотношений (Ц -0 — - U гКС вЂ” — — 1

O„O> e . О4 2(g .!

Аг

0О - SUo P > Uog KTo

Периодическая электрическая корректировка температурной шкалы пирометра, т.е.. учет члена (>, н

Kt1 формуле (3}, осуществляется выставК>> лением опорного напряжения Uð в источнике 16, При настройке пирометров, имеющих разные диапазоны измеряемых температур.и .использующих разные спектральные участки, необходимо иметь нозможнс ать изменять в формуле (14) йапряжеийя, пропорциональнйе величинам { — — — ) и En — в формуле

/ 4

2 Л Аг) л (1). Это осуществляется регулировкой опорных напряжений 0О4 и 0 соответственно.

Формула изобретения.

Пирометр спектрального отношения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, предварительный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолнового и длиннонолнового излучений, первый

)О !

40 и второй ключи, подсоединенные управлякм(ими входами к соответствующим выходам датчика синхроимпульсон, генератор линейно изменяющегося нап- ряжения, выполненный н виде последовательно соединенных источника регулируемых опорных напряжений, третьего ключа и интегратора, причем управляющий вход третьего ключа подсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью получения линейной температурной шкалы и обеспечения воэможности электрической корректировки шкалы пирометра, в него введены блок памяти, два сумматора, два трехполюсных ключа, синхронизатор, RC-цепь с зарядным и разрядным ключами и триггер, причем амплитудный детектор импульсов коротковолнового излучения и -соответствующий выход источника регулируемых опорных .напряжений через первый трехполюсный ключ, а выход амплитудного детектора длинноволнового излучения и выход первого сумматора через второй трехполюсный ключ подсоединены соответственно к первому и второму входам преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, второй выход которого подключен к единичному входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом разрядного ключа RC -цепи, первые входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходу интегратора и к конденсатору

ЯС -цепи, источник регулируемых опорных напряжений выходами подключен соответственно ко вторым входам сумматоров и к сигнальному входу за-: рядного ключа RC -цепи, синхронизатор входами подсоединен к выходам датчика синхроимпульсон, а выходами — соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей, к управляющим входам преобразователя отнощения двух напряжений в интернал времени и к точке соединения нулевого входа триггера, упранляющего

50 входа блока памяти, шины сброса ин.тегратора и управляющего входа зарядного ключа RC -цепи, а вход блока памяти подсоединен к выходу второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лапина Э.A. Пирометры излучения, M., НТО Приборпром, 1966, с.бЗ64.

2. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, M., Maшиностроение, 1965, с. 901-902.

3. Свет Д.Я., Линин Е. Цветоной пирометр ЦЭП-З, Приборостроение, 1965, М 12, с. 13-16.

646204

Составитель В. Зуев

Техред М. Петко Корректор Д. Мельниченко

Редактор Б. Павлов

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 100/32 Тираж 765 ПодписноЕ

ЦНИИПИ 1 осударствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5