УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПИРОМЕТРОВ Российский патент 2011 года по МПК G01J5/08 G01K15/00 

Изобретение относится к области температурных измерений, а более конкретно к оптической пирометрии, в частности, для определения зависимости сигнала пирометра в вольтах от температуры.

Процедура калибровки необходима для определения зависимости сигнала пирометра в вольтах от температуры. Известно, что оптический пирометр не дает истинного значения температуры При этом длина волны монохроматического излучения, соответствующая определению яркостной температуры, заменяется эффективной длиной волны. Соответствие между яркостной температурой и значением выходного напряжения пирометра определяется при калибровке пирометра на калибровочном стенде.

Известно устройство для калибровки пирометра, содержащее источник света и фильтр для имитации абсолютно черного тела известной температуры, механизм выравнивания относительно входа датчика температуры, содержащий пучок для передачи интенсивности света на поверхность (патент США №6345909, кл. G01К 15/00 от 2002 г.).

В способе (патент США №5988874, кл. G01K 15/00 от 1999 г.) калибровку пирометра осуществляют относительно наружной реперной точки, путем изменения фокуса пирометра без его перемещения.

Наиболее близким является калибровочная система для калибровки инфракрасных приборов для измерения температуры (сайт фирмы RAYTEK, www.raytek.ru), содержащая основание, на котором расположены калибруемый пирометр и модель абсолютно черного тела, выходное отверстие которой сопряжено с калибруемым пирометром. Однако оно обеспечивает калибровку только одноканальных пирометров и не обладает точностью юстировки.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения с повышением и понижением температуры абсолютно черного тела (АЧТ) с позиционированием каждого прицельного пятна относительно центра донышка модели АЧТ с регулировкой в вертикальной и горизонтальной плоскостях и поворота вокруг оптической оси зонда.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для калибровки многоканальных пирометров содержится основание, на котором расположен калибруемй пирометр и модель абсолютно черного тела с электропечью, выходное отверстие которой сопряжено с калибруемым пирометром, причем оно дополнительно содержит поворотный котировочный механизм с закрепленным на нем пирометром, программный регулятор температуры с термопарой регулирования температуры полости излучателя электропечи, усилитель фотосигнала и компьютер, при этом компьютер электрически связан с поворотным котировочным механизмом и усилителем фотосигналов. Полость излучателя выполнена трубчатой формы из металлокерамического материала на основе хромита лантана.

На фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство для калибровки многоканального пирометра.

На фиг.2 представлена модель абсолютно черного тела.

Устройство для калибровки многоканальных пирометров содержит многоканальный пирометр 1, который закреплен на поворотном юстировочном механизме 3 с электромеханическим приводом 4, обеспечивающих передвижение по рельсу в горизонтальном и в вертикальном направлениях и которые зафиксированы на основании 2. Модель абсолютно черного тела (АЧТ) 5 выполнена в виде печи с излучателем 6, в котором установлена термопара 7, соединенная с регулятором температуры 9, который соединен с нагревателем ложемента 12, представленным на фиг.2. Внутри рабочей части нагревателя установлена перегородка 11 из того же материала, что и сам нагреватель. Излучатель 6 выполнен трубчатым из металлокерамического материала на основе хромита лантана с прямым нагревом. Максимальная температура внутри нагревателя может достигать 1250°С. Термопара 7 расположена на противоположной стороне перегородки 11 от входного окна АЧТ калибруемого пирометра.

Нагреватель-излучатель уложен на корундовый ложемент и конструктивно расположен в металлическом корпусе, заполненном теплоизоляционным материалом VALOX. Материал нагревателя (LaCrO₃) имеет высокий собственный коэффициент излучения ε=0,95, что позволяет использовать этот материал для изготовления моделей черного тела. Для усиления фотосигналов, снимаемых с пирометра, его выход соединен с усилителем фотосигналов 10, который подключен к компьютеру 8, соединенному с электромеханическим приводом 4, зафиксированным на основании 2 и обепечивающим поворот пирометра при калибровке.

Для осуществления процесса градуировки многоканального пирометра позиционируют пятно визирования каждого канала пирометра на центре донышка полости АЧТ. На расстоянии от выходного окна пирометра 300 мм полный размер изображения линейки моноволокон равен 150 мм, диаметр пятен будет равен 10 мм. Если расположить центральное пятно на оси полости АЧТ, то крайние пятна будут располагаться за пределами входного окна. Чтобы позиционировать крайние пятна по оси полости, нельзя просто передвинуть пирометр перпендикулярно оси полости. Следует поворачивать зонд пирометра вокруг оси, проходящей через центр отражающей грани призмы.

Первичная градуировка 8-канального пирометра осуществляется в следующей последовательности. Предварительно проводится позиционирование каждого из восьми прицельных пятен относительно центра донышка модели АЧТ с помощью юстировочных регулировок в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также с помощью поворота вокруг оптической оси зонда. При этом зонд пирометра отделяется от блока фотопреобразователей для освобождения выходных торцев моноволокон. Каждое моноволокно освещают со стороны выхода источником света. Получающееся изображение пятна на донышке модели АЧТ позиционируется с помощью поворотного столика и положение каждого пятна считывается по поворотной шкале и записывается. Далее подсоединяется блок фотопреобразователей и производится собственно градуировка пирометра для каждого канала с использованием данных по положению поворотного столика для каждого канала.

Закрепленный в градуировочном устройстве оптический зонд поворачивается на поворотном столике в пределах угла модели АЧТ и одновременно производится контроль выходного сигнала поочередно для каждого канала пирометра. Находится среднее положение столика в диапазоне малых изменений показаний и после этого производят регистрацию показаний данного канала и после переходят к следующему. Градуировка проводится в узловых точках температуры АЧТ, кратных 50°С, в диапазоне температур от 700°С до 1150°С. Далее строятся апроксимационные кривые для каждого канала - функции напряжение в ваттах от температуры в градусах Цельсия. По полученным данным для каждого канала формируется таблица градуировки: зависимости напряжения сигнала от температуры строго в узловых точках. Эта таблица вводится в память компьютера для дальнейшего использования программой обработки данных.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для калибровки многоканальных пирометров. Сущность: устройство содержит модель абсолютного черного тела (АЧТ) (5) в виде электропечи с излучателем (6), установленную на основании (2), программный регулятор температуры (9), термопару (7) регулирования температуры полости излучателя электропечи, поворотный котировочный механизм (3), усилитель фотосигналов (10) и компьютер (8). Компьютер электрически связан с поворотным котировочным механизмом и усилителем фотосигналов. Калибруемый пирометр скрепляют с котировочным механизмом и фиксируют на основании сопряженно с выходным отверстием модели АЧТ. Технический результат: повышение точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для калибровки многоканальных пирометров, содержащее основание, на котором расположены калибруемый пирометр и модель абсолютного черного тела с электропечью, выходное отверстие которой сопряжено с калибруемым пирометром, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит поворотный юстировочный механизм с закрепленным на нем пирометром, программный регулятор температуры с термопарой регулирования температуры полости излучателя электропечи, усилитель фотосигналов и компьютер, при этом компьютер электрически связан с поворотным юстировочным механизмом и усилителем фотосигналов.

2. Устройство для калибровки многоканальных пирометров по п.1, отличающееся тем, что полость излучателя выполнена трубчатой формы из металлокерамического материала на основе хромита лантана.