Абсолютный радиометр Советский патент 1986 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к технической физике в части создания абсолютных радиометров, предназначенных для воспроизведения и передачи поверяемому средству измерений раз- мера единицы энергетической освещенности, которые найдут широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, использующих радиометрические измерения, в частности в пир гелиометрии.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения паразитного конвективного теплообмена, уменьшения постоянной вре меня радиометра и увеличения его стабильности.

На чертеже представлена конструкция абсолютного радиометра.

Абсолютный радиометр содержит расположенные в корпусе 1 апертур- ную диафрагму 2, приемную коническую полость 3j у вершины которой с наружной ее стороны расположен отражающий экран 4, Между последним и приемной конической полостью 3 размещена обмотка 5 электрического замещения, У основания приемной конической полости с наружной ее стороны расположен термочувствитель ный элемент 6. Коаксиально приемной конической полости 3 установлен массивный конический теплоот- вод 7, с наружной его стороны размещены термочувствительный элемент 8 и регулятор 9 температуры. Между массивным теплоотводом 7 и приемной конической полостью 3 коакси- апьно им установлен дополнительный конический экран 10, внутренняя по- верхность которого,обращенная к приной конической полости, имеет тепловой контакт с. термочувствительным элеме 2том 6 приемной конической полости 3. На наружной стороне экрана 10 расположены дополнительные регулятор 1i температуры в виде электрической обмотки и термочувствительный элемент 12 в виде термобатареи, последняя имеет тепло вой контакт с соответствующей поверностью теплоотвода 7. Приемная коническая полость 3 и дополнительный конический экран 10 связаны с теплоотводом 7 с помощью теплостоко 13 и 14 в виде медных колец,

Управление режимами рег «1йторов температуры осуществляется с помощью системы 15 авч-оматической термостабилизации (САТ), один из вхдов которой подключен к термочувствительному элементу 6, а второй вход - к термочувствительному элементу 12. Один из выходов CAT 15 подсоединен к дополнительному регулятору 1 1 температуры, второй - к обмотке 5 электрического замещения, третий - к регулятору 9 температуры и четвертый - к вычислительному устройству 16, которое предназначено для обработки информации.

Абсолютный радиометр работает следующим образом.

Процесс измерения состоит из фазы облучения и фазы закащения.

В фазе облучения исследуемое оптическое излучение направляется через апертурную диафрагму 1 в приемную коническую полость 3, вследствие чего она нагревается и происходит одновременное перераспределение тепла от приемной конической полости 3 к теплоотводу 7 и к дополнительному экрану IО как по тепл стоку 13, так и по термочувствитель- юму элементу 6. При этом на концах термобатареи термочувствительного элемента 6 образуется термо-ЭДС, сигнал которой поступает в CAT 15. Последний подает при этом в обмотку дополнительного регулятора 1 температуры электрическую мощность такой величины, при которой сигнал дополнительного термочувствительного элемента 6 становится равным нулю, что свидетельствует об отсутствии паразиного теплообмена между приемной конической полостью 3 и дополнительным коническим экраном 10. Процесс теплообмена между ними сопровождается также теплообменом между дополнительным коническим экраном О и теплоотводом 7 по теплостоку 14 и термочувствительному элементу 12, сигнал термобатареи которого также поступает в CAT 15). При этом, CAT 15 подает в обмотку регулятора 9 тем- перс1туры электрическую мощность такой величины, при которой сигнал термочувствительного элемента 12 становится равным величине, соответствующей перепаду температур дополнительного конического экрана 10 и теплоотвода 7, равному 1-2К. При этом, между теплоотводом 7 и корпусом I абсолютного радиометра

устанарзливается определенный перепад температур, который в процессе измерений контролируется при попощи термочувствительного элемента 8.

Таким образом, внутри абсолютног радиометра устанавливается и поддерживается тепловое равновесие.

В фазе замещения перекрывают оптическое излучение, в результате че температура приемной конической полости 3 уменьшается и на концах термочувствительного элемента 6 образуется термо-ЭДС, сигнал которо подается в CAT 15. Последний подает в обмогку 5 электрического замещени электрическую мощность такой величины, при которой сигнал термочувствительного элемента 6 становится раным нулю. Фиксированные значения , тока (Зг и напряжения(U обмотки 5 электрического замещения вводятся в вычислительное устройство 16, которое производит обработку полученной при измерении информации по заданной программе.

Освещенность, создаваемая исследуемым оптическим излучением в плоскости апертурной диафрагмы абсолютного радиометра, может быть рассчитана по формуле

(

и, - электрическая мощность, рассеиваемая в приемной конической полости при электрическом замещении ;

коэффициент поглощения приемной конической полости; площадь апертурисй диафрагмы; суммарный поправочный фактор, определяемый по формуле

где Р 3

л

J l

od Е - А г

П А:

(2)

где А.

- частые поправочные факторы, учитьшающие основные источники систематической погрешности абсолютного радиометра. В результате проведенного анализа источников систематической пог- решности предлагаемого абсолютно1АГ,664

I O радиометра определяют следующие значения поправочных факторов А;1 и неисключенных систематических погрешностей их определе- 5 ния (8,,; :

А, 1 ,00050; 9j,, - 0,003% - учитывает неселективность абсолютного радиометра;

А2 1,00000; 9 0,03% - свя- 10 зан с измерением площади апертурной диафрагмы;

А, 1,00000; в„, 0,020% - связан с измерением электрической мощности замега.ения;

15 А 1,00123; 0,010% - учитывает неэквивалентность замещения, вызванную разницей тепловых полей при радиационном и электрическом нагревах;

20 Aj 1,00029; &, 0,003% - учитывает краевой эффект;

А., 1,00250; в - 0,150% - учи25

30

5

0

оь

тывает влияние термического сопротивления поглощающего покрытия приемной конической полости;

А 0,99840; Qo 0,010% - учитывает нагрев заслонки (не показана :

Ag 1,00000; бдд 0,010% - учитывает нагрев диафрагм;

А,

I,00030; д

09

0,003% - учитывает нагрев подводящих проводов; А.„ 1,00100; 9„„ 0,020% - учи010

мг тывает

5

тывает дифракционные потери;

А,| 1,00000; б,„ 0,005% - учи- тьшает нелинейность абсолютного радиометра;

А,. 0,99970;% 0,010% - учирассеяние мощности в апертурной трубе (не показана);

А - учитывает конвективный теплообмен приемной конической полости с окружающей средой.

При этом неисключенная системати ческая погрешность абсолютного ра- диометра определяется соотношением

(3)

блМ

ГТ2

4s

0

.j. Среднее квадратичное отклонение результата измерений рассчитывается по формуле

лЕ

01

W

0,05% и определяется погрешностью измерения электрической мощности/

02

5.3

Sno 0,08Z и определяется точностью поддержания равенства температур приемной конической полости и дополнительного конического экрана;

0,03% и определяется динамической погрешностью абсолютного радиометра. Таким образом, изобретение дает возможность устранить практически паразитный конвективный теплообмен между приемной конической полостью и окружающей средой, и тем самым, повысить точность измере

НИИ за счет, исключения систематической погрешности определения фактора, учитьгоающего упомянутый теплообмен, которая вносит в известном устройстве наиболее существенньй вклад в суммарную систематическую погрешность радиометра.

Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность.уменьшить постоянную времени радиометра и увеличить его стабильность и, тем самым уменьшить динамическую погрешность радиометра, вносящую существенный вклад в случайную погрешность радиометра.

Составитель С.Соколова Редактор И.Дербак Техред Д.Бабинец

Заказ 994/52 Тираж 778Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

Корректор И.Эрдейи