Устройство для контроля дозы светового облучения Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля дозы светового облучения, например, при облучении животных и растений, при изучении биологического действия облучения для создания возможности более точного дозирования при облучении.

Цель изобретения - повьш1ение точности контроля путем учета влияния колебаний напряжения питания источника светового облучения и учета изменения со временем дозы светового облучения.

.На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит электронную измерительную схему, включающую под- строечные резисторы 1-5, источник 6 светового облучения, трансформатор 7 напряжения, диодный 8, состоящий из двух параллельно встречно соединенных цепочек из п диодов каждая, шунтирующий гальванический элемент 9, состоящий из замкнутой емкости 10, заполненной раствором электролита 11, в который погружено три металлических электрода 12, 13 и 14, причем второй металлический электрод 13 размещен на расстоянии t от первого металлического электрода 12, на расстоянии fj от которого размещен третий металлический электрод 14. Устройство имеет также выключатель 15, состоящий из механически соединенных четырех замыкающих контактов 1.6-19 и двух размыкающих контактов 20 и 21, и интегрирующий элемент 22, имеющий магни- топровод 23 с токовой обмоткой 24 и магнитопровод 25 с обмоткой 26 напряжения, .подключенной параллельно первичной обмотке трансформатора 7 напряжения, которая подключе.на параллельно цепи питания источника 6 светового облучения, имеющих зазор, в котором размещен металлический диск 27, механически соединенный с показывающим устройством 28, и постоянный магнит 29, между полюсами которого расположен металлический диск 27.

Один вывод токовой обмотки 24 подключен к общей точке первого конца первого размыкающего контакта 20, первого конца первого замыкающего контакта 16, первого вывода вторичной обмотки трансформатора 7 напряжения и одного конца первого подстроечного резистора 1. Второй вывод токовой об

2427202

мотки 24 подключен к общей точке одного конца второго подстроечного резистора 2, первого металлического электрода 12, одного общего конца це5 почек диодного блока 8, к второму

общему концу цепочек которого подсоединены через третий подстроечный резистор 3 и второй размыкающий контакт 21, второй вывод вторичной обИ) мотки трансформатора 7 напряжения и через второй замыкающий контакт 17 другой конец второго подстроечного резистора 2. К второму концу первого размыкающего контакта 20 через вертый подстроечный резистор 4 подключен второй металлический электрод 13 шунтирующего гальванического элемента 9,, третий металлический электрод 14 которого подсоединен через

20 пятый подстроечный резистор 5 к выходному концу первого замыкающего контакта. 16. К второму концу первого подстроечного резистора 1 подсоединена через третий замыкающий контакт

25 18 общая точка К-го диода .и (К+1)-го диода первой цепочки диодного блока 8 и через четвертый замыкающий контакт 19 общая точка К-го диода и (К + ii)ro диода второй цепочки ди30 одного блока 8„ При этом расстояния и j определяются из соотношений, приведенных в формуле изобретения, количество диодов в каждой цепочке .диодного блока 8 п и К - из соотно, шений, также приведенных в формуле изобретения.

Устройство имеет два режима работы в зависимости от положен.ия контактов выключателя 15,

Б исходном состоянии, когда замыкающие контакты 16-19 разомкнуты, а размыкаюш;ие контакты 20 и 21 замкнут ты, устройство осуществляет контроль дозы светового облучения. Принцип работы устройства в этом случае заключается в следующем.

При подаче напряжения на источник 6 светово1 о облучения через токовую

. облмотку 24 и обмотку 26 напряжения протекают токи, которые возбуждают переменные магнитные потоки в цепях магнитопроводов 23 и 25. Магнитные потоки пересекают металлический диск

27 и индуктируют в нем электродвижущую силу. В диске появляются вихревые токи, взаимодействие которых с магнитными потоками цепей магнитопроводов 23 и 25 приводит к появлению вращающего момента М,

Вращающий момент М вызывает вращение металлического диска 27, что приводит к возникновению магнитоин- дукционного момента торможения М, что приводит к равномерной скорости вращения металлического диска 27.

При изменении напряжения питания ток через токовую обмотку 24 изменяется таким образом, что создает вращающий момент

тт J.fe r

(,.м,(Ц;)

(индексы Н относятся к номинальным значениям М).

Показания устройства соответствуют контролируемой дозе светового облучения лампой накаливания.

При изменении, например уменьшени напряжения питания источника светового облучения, снижается напряжение на вторичной обмотке трансформатора 7 напряжения. Ток через токовую обмотку 24 интегрирующего элемента 22 при уменьшении напряжения питания снижается нелинейно благодаря диодному блоку 8 и его последовательному включению с токовой обмоткой 24. Это приводит к уменьшению вращающего момента М металлического диска 27, причем не в квадратичной зависимости от напряжения питания, а в степени 3,67 Показания показывающего устройства .28 пропорциональны в итоге(и/иц) Диоды диодного блока 8 служат в качестве нелинейных элементов, сопротивление которых увеличивается при уменьшении тока через них.

Компенсация изменения дозы светового облучения осуществляется с помощью шунтирующего гальванического элемента 9, сопротивление которого зависит от концентрации электролита примерно обратно пропорционально. Пр протекании тока через раствор электролита 11, например водный раствор гидрокарбоната натрия NaHCOj, происходит электрохимическое выделение водорода вследствие электролиза, уменьшается количество воды, т.е. увеличивается концентрация электролита, при этом наблюдается уменьшение сопротивления шунтирующего гальванического элемента 9. С уменьшением сопротивления шунтирующего гальванического элемента 9 увеличивается ток

через него и снижается ток через токовую обмотку 24, т.е. наблюдается уменьшение вращающего момента М металлического диска 27. Как показали исследования, точность контроля дозы светового облучения зависит от количества диодов п в каждой цепочке диодного блока 8 и расстояния t между металлическими

электродами 12 и 13. Их значения определяются по указанным в формуле выражениям.

В другом положении контактов выключателя 15, когда замыкающие контакты 16-19 замкнуты, а размыкающие контакты 20 и 21 разомкнуты, устройство осуществляет контроль дозы светового облучения, например, люминесцентной лампой, причем это происходит следующим образом.

При подаче напряжения на источник 6 светового облучения через токовую обмотку 24 и обмотку 26 напряжения протекают токи, которые приводят в

итоге к созданию вращающего момента М, тормозного элемента М и к повороту металлического диска 27 на угол о .

При изменении напряжения питания ток через токовую обмотку 24 изменяется таким образом, что создает вращающий момент

(т/ Показания устройства соответствуют дозе светового облучения люминесцентной лампой.

При изменении, например увеличении напряжения питания источника 6 светового облучения, возрастает напряжение на вторичной обмотке трансформатора 7 напряжения. Ток через токовую обмотку 24 при этом увеличивается нелинейно благодаря диодному блоку 8 и его параллельному включению с токовой обмоткой 24. Это приводит к увеличению вращающего момента М металлического диска 27, причем не в квадратичной зависимости от напряжения питания, а в степени 1,2. Показания показывающего устройства 28 пропорциональны в итоге (U/U). Диоды диодного блока 8 служат в качестве нелинейных элементов, сопротивление которых увеличивается при уменьшении тока через них.

Компенсация изменения дозы светового облучения осуществляется с по

мощью шунтирующего гальваничаского элемента 9, причем расстояние tj между первым 12 и Третьим 14 металлическими электродами, а также количество Диодов К определяется по выражениям, приведенным в формуле.

Формула изобретения

Устройство для контроля дозы светового облучения, содержащее источник светового облучения, электронную измерительную схему, включающую под- строечные резисторы, соединенную с интегрирующим элементом с показывающим устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля путем влияни колебаний напряжения, оно дополниt -ельно содержит трансформатор напря- ения, диодный блок, шунтирующий гальванический элемент и выключатель при этом интегрирующий элемент выпол нен в виде магнитопровода с токовой обмоткой и магнитопровода с обмоткой напряжения, имеющих зазор, в котором размещен металлический диск, механически соединенньш с показывающим устройством, и постоянного магнита, между полюсами которого расположен металлический диск, выключатель снабжен механически соединенными четырьмя замыкающими контактами и. двумя размыкающими контактами, диодный блок состоит из двух параллельно . встречно соединенных цепочек из п диодов каждая, шунтирующий гальванический элемент представляет собой замкнутую емкость, заполненную раствором электролита, в который погружено три металлических электрода, второй из которых размещен на расстоянии t от первого металлического электрода, на расстоянии fj о которого размещен третий металлический гэлектрод, а обмотка напряжения интегрирующего элемента подключена парал

л ельно первичной обмотке трансформа

тора напряжения, которая подсоедине на параллельно к цепи питания источника светового облучения, один вывод токовой обмотки интегрирующего элеме та подключен к общей точке первого конца первого размыкающего контакта выключателя, первого конца первого замыкающего контакта, первого вывода вторичной обмотки трансформатора

;

)

j о

5 п

напряжения и одного конца первого подстроечного резисто15а, другой вывод токовой обмотки подключен к общей точке одного конца второго подстроечного резистора, первого металлического электрода и одного общего конца цепочек диодного блока, к другому общему концу цепочек которого подсоединены через третий подстроечный резистор и второй размыкающий контакт второй вывод вторичной обмотки трансформатора напряжения и через второй замыкающий контакт,другой конец второго подстроечного резистора к второму концу первого размыкающего контакта через четвертый подстроечный резистор подключен второй металлический электрод шунтирующего гальванического элемента, третий металлический электрод которого подсоединен через пятый подстроечньй резистор к второму концу первого замыкающего контакта, а к другому концу первого подстроечного резистора подсоединены через третий замыкающий контакт, общая точка К-го диода и (К + 1)-го диода первой цепочки диодного блока и через четвертый замыкающий контакт, общая точка К-го диода и (К + 1)-го диода второй цепочки диодного блока, причем

25 п35

40

45

50

55

5 h, - 4а., Z,

21i,

где а, /, С IJ2 Кх (oL. - Д- . 1, )

-М„К,,.1,Г. , (1 Г, )(R + R,)j ,

b, СМнКз 1 , (R +R +

+ R/,R«(1 -A)(1 +Jb.) + Ri.Cl ) + сиз К, fR,(1,r.ь7JЗ.|;- () - R (1 +J)(1,f /r-oCv ,

z, (R + ) .,,-i,, -r) - , + R,) 4 + ,(l -Я),

где DH, MH - номинальные напряжения питания источника светового облучения и вра-- щающий момент металлического диска интег ри- рующего элемента соответственно;К - постоянная интегрирующего элемента

/

Kj - коэффициент трансформации трансформатора напряжения ;

j , R, R,) - сопротивления третьего и четвертого подстро- ечных резисторов и токовой обмотки интегрирующего элемента; s С - постоянная шунтирующего гальванического элемента;о - коэффициент изменения

дозы светового облуче- 10 НИН источником светового облученияJ РИ - коэффициент снижения

сопротивления шунтирующего гальванического 15 элемента при протекании тока между первым и вторым металлическими электродами; - коэффициент изменения 20 сопротивления диода диодного блока при колебаниях напряжения питания -источника светового облучения, 25

t - bj (b,)2 - , ,

30

де а { MHU K KjRjRzHd, ) + + -) 4l,r Ujl - (1 -Г2)меК| 1,ГЧ

x«3C(Rj + Rt) RjR + RZ +

Ril + ий Ч R J.

b, с(мйК2 i.r rV LRlR .H-dJbjrz)

+ (Rj + Ri4){R2Ri4 (R + ) + 35 + (R2 + R2i,)(1 -П)- - MnUJ. K,KjR.,R.,(1 -Гг} (t + 1,Г -/Ьг ) R5(1 +Jb)(1,f )- R.R.CR + R.,)p -)

(1 +jiO(1,r° + t2)+ 40

( jbi) (1 -a)j,

z, M«U2K.K3R,(R,, R. + R/R,, + + Ri) (1 - Л )(1,Г -t-oC) + + ,- -oC:, fi ) - (1 - ) M K24,(R2R .4 +(R2+ + R,).-(lR2Rz( (R + RS) + r( -H Ri4)} + UJK R.,

де R, Rj, RS - сопротивления первого, второго и пято- 50

го подстроечных резисторов,

- коэффициент изменения дозы светового облучения источником светового облучения; - коэффициент снижения сопротивления шунтирующего гальванического элемента при протекании тока между первым и третьим металлическими электродами; |р т коэффициент изменения сопротивления диода диодного блока при колебаниях напряжения питания источника световог о облучения,

количество диодов п в каждой цепоче диодного блока равно

Р,-2 (Ь. (b) - 4a,z, )

МмКз1,Г 4-сс(р1- C()(.)RA

где р, , (1,,

+ MHl, . Кз R,(R4 + RZ) +

+ ()b -Й )}, Ra - сопротивление одного диода диодного блока,

Р,- (Ь, (Ь,)-4а,г;)

причем

К п де Р, С (;, -Г) ,Г .г

4R2 Rii)-(RzRiH (R + R-i ) + з + Ra4)RiRs- + .R6 +« MHUSK.,Kj

4R, -t- R5-)(oizr2 - )- - , -H R,H)(|b, -J ,)(1,r + +,),

P, nc R(l ,). x(R,, + Rг) (RZ + Ri4-)R5J + + ийк2 Rji,+ /1 . с RA-MHUS K,K,

R,R,H(1,r -г -oia) - Rb-CRj -t- + )( +oCj) .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при световом облучении животных и растений, а также при изучении биологического действия облучения. С целью повышения точности контроля путем учета влияния колебаний и отклонений напряжения и учета изменения характеристик источников со временем в схему устройства дополнительно введены трансформатор напряжений с электронными элементаьш упра вления и шунтирующий гальванический элемент. При этом интегрирующий элемент выполняется в виде магни- топровода с токовой обмоткой,а рассто- яния между .электродами шунтирующего гальванического элемента определяются расчетным путем. Расчетные величины включают коэффициенты, учитывающие зависимость свето.отдачи от колебаний напряжения, а также процесс старения источника светового облучения. 1 ил. с 1 л 1чЭ 4ib | to