Устройство для измерения лучистых потоков Советский патент 1986 года по МПК G01J5/22 

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения лучистых потоков. Известно устройство для измерения лучистых потоков по схеме К. Ангстрема, состоящее из двух чувствительных элементов, установленных на каждом йз них датчиков температуры, электрического нагревателя для одного из чувствительных элементов и источника его питания. Недостатками такого устройства являются большая инерционность чувствительного элемента за счет присоединения к нему измерителя температуры и еще большая инерционность компенсационного элемента за счет присоединенных к нему и измерителя температуры, и нагревателя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения лучистых потоков, содержащее мостову схему с включенным в нее чувствитель ным элементом в виде темпёратурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измеритель ную схему, включенную в другую диат гональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания. Подобные устройст ва широко известны под названием термоанемометров постоянного сопротивления. Сначала через чувствительный элемент пропускается ток, который рассеивает на нем мощность больше ожидаемой мощности измеряемого теплового потока, а затем при облучении чувствительного элемента измеряемым тепловым потоком электрическая мощность уменьшается до достижения заданного ранее постоянного перегрева чувствительного элемента над окружаю щей средой. Величина измеряемого теплового потока определяется как разность электрических мощностей до и после обслучения. Достоинством это го устройства является то, что приемник излучения не нуждается в граду ировке и обладает минимальной инерционностью, поскольку чувствительный элемент в виде температурозависимого сопротивления объединяет в себе функ ции тепловоепринимающего элемента, измерителя температуры и электрического нагревателя. Однако описанное устройство обладает и существенным недостатком, связа:нным с тем, что изменение условий охлаждения при непосредственном измерении теплового потока по сравнению с условиями охлаждения при установлении начального перегрева (начального значения электрического тока) приводит к появлению неконтролируемой ошибки измерения. Кроме того, такие устройства требуют сложных систем термостабилизации для обеспечения идентичности (стабильности) условий охлаждения чувствительного элемента. Цель изобретения - повьшение точности измерений при нестабильности условий охлаждения.. Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления включены таким образом, что одни их концы соединены вместе в общую точку схемь, а вторые концы подсоединены к входу аналогового измерительного устройства. Введение в схему устройства второй мостовой схемы с температурозависимым сопротивлением, источником питания и дифференциальной измерительной схемой дает возможность автоматически поддерживать заданную температуру компенсационного элемента, изменяя при этом ток через него в зависимости от изменения условий его охлаждения, что дает возможность отслеживать суммарную мощность, рассеиваемую на чувствительном элементе синхронно с ее изменением и тем самым устранить зависимость результата измерения лучистого потока от условий охлаждения чувствительного элемента, и тем самым повысить точность его измерения. Введение в схему аналогового устройства позволяет производить отсчет показаний устройства непосредственно 3 в единицах измеряемой мощности тепло вого потока. На чертеже приведена схема устройства. Чувствительный элемент 1 и компен сационный элемент 2 включены в мосто вые схемы (мосты) 3 и 4, в эти же мостовые схемы введены переменные сопротивления 5 и 6 для установки необходимой степени перегрева чувствительного 1 и компенсационного 2 элементов, в генераторные диагонали мостов 3 и 4 включены источники 7 и 8 питания (тока), а в измерительные диагонали - дифференциальные измерительные схемы 9 и 10 соответственно, чувствительный 1 и компенсационньш 2 элементы включены в мостовые схемы 3 и 4, так, что один из концов их соединен с общей точкой, а другие концы подключены к входам аналоговог устройства 11. Устройство работает следующим образом. При отсутствии измеряемого потока на переменных сопротивлениях 5 и 6 выставляется такая величина, чтобы баланс мостовых схем 3 и 4 достигался при заданной мощности перегрева чувствительного 1 и компенсационного 2элементов. После этого включаются источники 7 и 8 питания, управляемые сигналами разбаланса мостовых схем 3и 4, усиленными дифференциальными измерительными схемами 9 и 10, и устанавливаются токи i и i,j. При равенстве сопротивлений чувствительного 1 и компенсационного 2 элементов (R R) и условий их охлаждения одинаковый их перегрев достигает При этом на ся при токах них рассеиваются электрические мощности г или, заменяя и и U, можно написать U|.1/R. При облучении чувствительного эле мента 1 измеряемым тепловым потоком начнет возрастать его сопротивление за счет роста температуры, что приведет к разбалансу моста 3 и соответствующему уменьшению тока источника 7 питания. При установлении нового положения равновесия моста 3 пр новом значении тока i, суммарная мощ норть, рассеиваемая на чувствительно элементе 1, определится как сумма из меряемого лучистого потока и мощност . хвьщеляемая током i , т.е. 35 Q i откуда измеряемый лучистый поток равен Работа устройства обеспечивает постоянство во времени как сопротивления чувствительного элемента 1 R, так и компенсационного элемента 2 R, и, следовательно, их равенство R Rj, как выбрано вначале. Мощности, рассеиваемые на них при одинаковости условий охлаждения, также одинаковы. Таким образом, разность квадратов падений напряжений на компенсационнбм 2 и чувствительном 1 элементах, умноженная на проводимость (величину, обратную сопротивлению) чувствительного элемента 1 соответствует измеряемому лучистому тепловому потоку, Аналоговое устройство 11 вьшолняет операцию UT. - U:,, которая наиболее просто вьшолняется как (U, - U) «(U + U) при этом на его выходе появляется сигнал, пропорциональный мощности измеряемого лучистого теплового потока с точностью до постоянного множителя /R умножение на который, при необходимости, может также осуществляться в аналоговом устройстве. Рассмотрим эффективность данного устройства. Если в качестве чувствительного элемента использовано термосопротивление из никеля с приемной поверхностью F 5,3 мм и электрическим сопротивлением R 100 Ом, то при его охлаждении с коэффициентом теплоотдачи oL - 5 Вт/м К и температурном напоре Д t 1 К шкала измерителя лучистого потока будет 26,. Q ГДад 5,3-10 °5-1 При этом стабилизация температуры охладителя с точностью ±0,01 К вызовет погрешность в измерении теплового потока +0,26,5-10 Вт, т.е. 1% от располагаемой шкалы мощности, Вьщеление в чувствительном элементе с сопротивлением R 100 Ом мощости W 26, qooTBeTCTByeT адению напряжения на нем WR 51,5-10-3 В. При работе по данной схеме устройства и использовании серийных цифровых вольтметров измерения возможно проводить с погрешностью на уровне 10, т.е. ошибка в измерении падения напряжения на чувствительном злементе составит М 51,5 10 5,15-10 В Ошибка в определении мощности, рассеиваемой на приемном элементе, при этом составит 2i51,510 5,15-10° 2и и/2 Г 100 0,35-10 Вт. Таким обрааом, применение настоя, щего устройства позволяет увеличить точность измерения лучистого теплового потока более, чем в 75 раз. Изобретение может быть использовано для научных исследований, испыта ний энергетических устройств, работающих как в стационарных, так и в импульсных режимах, для обнаружения по тепловому излучению движущихся и неподвижных объектов, для обеспечения измерений в лазерной технике.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным злементом в виде температуроза №CO t 3 r g i n fij-fjlj.., . I, висимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагонгшь моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, отличающёес я тем, что, с целью повышения точности измерений при нестабильности условий охлазвдения, в него введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления вклю;чены таким образомj что одни их концы соединены вместе в общую точку (Л схемы, а вторые концы подсоединена к входу аналогового измерительного устройства.