Спектропирометр для измерения температуры газа Советский патент 1984 года по МПК G01J5/10 

Изобретение относится к пирометрии горячих газов, в частности к пирометрии промышленных газов, содержащих молекулярные компоненты, такие например, как COg, СО, Н20 ,HCe,Np,NO и др., и имеющих в связи с этим цолосатый или линейчатый спектр. Известен спектропиромотр, содержащий источник сравнения, интерференционный фильтр, приемник излучения и блок регистрации. Для того, чтобы получить температуру газа, необходимо провести измерения трех величин: изл.учения источника сравнения, излучения измеряемого газа и суммарного излучения источника сравнения, частично поглощенного газом, и излучения газа. По полученным данным температуру газа рассчитывают по известным соотношениям lj . Однако реализация этого метода в существующих спектропирометрах не поз воляет достичь хорошую точность измерения из-за значительного превышения спектральной ширины пропускания интер ференционного фильтра по сравнению с собственной спектральной шириной ли ний излучения (поглощения) измеряемог газа. Известен спектрометр для измерения температуры газа, содержащий источник сравнения объема исследуемым газом, приемник излучения, блок регистрации и оптическую систему. Этот прибор содержит спектральный прибор высокого разрешения, например, монохроматор, приемник излучения и блок регистраци1 Однако сложность устройства сущест венно увеличивается из-за введения монохроматора высокого разрешения. Цель изобретения - повьшение точности измерения температуры и упрощение спектропирометра. / . Поставленная, цель достигается тем что в сп.ектропирометре, содержащем источник сравнения, объем с исследуе мым газом, приемник излучения, блок регистрации и оптическую систему, между объемом с исследуемым газом и приемником излучения установлены по оптическому пути от источника излучения параллельно оптической оси две оптические кюветы, одна из которых заполнена холодным измеряемым газом, а вторая оптически эквивалентна первой и заполнена средой, не имеющей поглощения в инфракрасной области, за оптическими кюветами по ходу и-злу чения установлен модулятор| имеющий нечетное число отверстий, равномерно , расположенных по окружности и снабженный генератором синхронных электрических импульсов, а в блоке регистрации установлен синхронный детектор, электрически соединенный с генератором. На чертеже представленспектропирометр, общий вид. Спектропирометр содержит источник излучения сравнения 1, расположенный перед объемом с исследуемьм газом 2, приемник излучения 3, установленный за объемом с исследуемым газом. На оптическом пути от источника сравнения 1 к приемнику излучения 3 установлена оптическая система в виде линз 4, и две оптические кюветы 5 и 6, расположенные параллельно оптической оси. Кюветы 5 и 6 оптически эквивалентны между собой, причем одна из кювет заполнена холодным исследуемым газом, а вторая либо вакуумирована, либо заполнена газом, не имеющим поглощения в ИК-области. За оптическими кюветами 5 и 6 по ходуизлучения установлен дисковый модулятор 7, имеющий нечетное число отверстий, например 7,равномер но расположенных по окружности диска, . и снабжен генератором синхронных электрических импульсов 8. Приемник излучения электрически соединен с блоком регистрации 9, содержащим синхронный детектор 10. Кроме того, генератор синхронных импульсов 8 электрически соединен с синхронным детектором 10 блока регистрации 9. Спектропирометр работает следующим образом. Источник сравнения 1 с помощью оптической системы 4 посылает излучение через исследуемый объем 2, две оптические кюветы 5 и 6 и далее на приемник излучения 3. По выходе из оптических кювет излучение модулируется модулятором 7 таким образом: вследствие наличия нечетного числа отверстий в модуляторе 7 потоки излучения, проходящие через кювету 5 (компенсацион-. ную) и кювету 6 (исполненную холодным газом) попеременно попадают на приемник, так что переменная составляющая электрического сигнала, появляющегося на выходе приемника излучения, пропорциональна разности оптических потоков, попеременно падающих на приемник. Электрический сигнал с приемника подается на блок регистрации 9,

включающий синхронный детектор 10. Синхронный детектор 10 детектирует сигнал, в фазе с электрическими импульсами, подаваемыми от генератора синхронных импульсов 8, благодаря чему на выходе блока регистрации вьщеляется постоянный сигнал, пропорциональный разности оптических сигналов, попеременно подаваемых на приемник излучения. Таким путем последовательно измеряют 3 лучистые потока, регистрируемые блоком регисрации 9, излучение источника сравнения при отсутствии измеряемого газа собственное излучение измеряемого газа при выключенном источнике сравнения суммарное излучение источника сравнения, частично поглощенное в измеряемом газе, плюс собственное излучение измеряемого газа.

Спектропирометр подразумевает точное соответствие действующего спра излучения зондирукмцего источника и спектра поглощения, поскольку вьщеляемая синхронным усилителем

переменная составляющая оптического сигнала отвечает только спектральной области модуляций, т.е. области существования полос поглощения ( и излучения) измеряемого газа.

Резерв точности спектропирометра заключается также в том, что ввиду достигаемого точного соответствия спектров поглощения и эффективного зондирующего излучения в спектротшрометре измеряемая величина будет иметь гораздо большее значение, приближаясь к 1 для случая плотных газов, содержа №х молекулярные добавки (например СО, , СО, НСЕ и т.д.). Это обеспечит дополнительные возможности повьшения фотометрической точности до 1-2%.

Преимуществом предлагаемого спектропирометра является упрощение прибора, поскольку исключается использование точных и дорогих спектральных .приборов высокого разрешения, весьма сложных в монтаже и эксплуатации.

СПЕКТРОПИРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА, имеющего полосатый или линейчатый спектр, содержащий источник сравнения, объем с исследуемым газом, приемник излучения, блок регистрации и оптическую систему, отличающийся, тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и упрощения спектропирометра, между объемом с исследуемым газом и приемником излучения ycTaiновлены по оптическому пути от источника излучения параллельно оптической оси две оптические кюветы, одна из которых заполнена холодным измеряемым газом, а вторая - оптически эквивалентна первой и заполнена средой, не имеющей поглощения в инфракрасной области, за оптическими кюветами по ходу излучения установлен модулятор, имеющий нечетное число отверстий, равномерно расположенных по окружности, и снабженный генератором синхронных электi рических импульсов, а в блоке регистрации установлен синхронный (Л детектор, электрически соединенный с генератором. 00 о 00 05