Измеритель лучистого теплового потока Советский патент 1990 года по МПК G01J5/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучения, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования температуры с помощью радиометров и пирометров.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит первичный преобразователь 1, выполненный в виде размещенных в одном корпусе прием ника 2 излучения с нагревателем 3 и компенсирующего термочувствительного

элемента 4, кроме того, измеритель содержит первый 5, второй 6 и третий 7 резисторы, источник 8 опорного напряжения, заслонку 9,первое устройство 10 управления, первый 1 и второй 12 резистивные делители напряжения, первый 13 и второй 14 переключатели, второе 15 и третье 16 устройства уп- равления первым 13 и вторым 14 переключателями соответственно, а также первый 17 и второй 18 операционные усилители.

Измеритель работает следующим образом.

При открытой заслонке 9 лучистый тепловой поток от исследуемого объекта (не показан) поступает на вход

сп 1

00

ел

приемника 2 излучения первичного преобразователя 1, вызывая изменение ег температуры. Если в качестве приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4 используются болометрические приемники то при изменении температуры приемни ка 2 излучения изменится его сопротиление Rn, При этом сопротивление RK компенсирующего термочувствительного элемента 4 определяется его температурой, которая близка к температур окружающей среды. Если же в качестве приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4 используются транзисторы (например, бескорпусные транзисторные сборки К129НТ1В), то при изменении температуры приемника 2 излучения изменяется падение напряжения ил между его первым и вторым выводами так как изменяется напряжение между эмиттером и базой транзистора.

Далее работа измерителя осуществляется следующим образом.

Первый переключатель 13 по сигналам, поступающим на его управляющий вход с выхода второго устройства 15 управления, периодически поочередно подключает к инвертирующему входу первого операционного усилителя 17 первые выводы приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 40 При этом напряжение Uj на инвертирующем и напряжение UM на неинвертирующем входах первого операционного усилителя 17 равны

UH - UH -- U,

on

где Uon - напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения;

R4 сопротивление резистора, включенного между первым и вторым выводами первого ре- зистивного делителя 11 напряжения;Rs - сопротивление резистора,

включенного между вторым , и третьим выводами первого резистивного делителя 11 напряженияь

Следовательно, токи 1« и 1ц, протекающие через приемник 2 излучения и компенсирующий термочувствительный элемент 4, соответственно равны

UJSU H

R.

UQn

кТ

-&.

R4 +R5

Uon

СЕ - -R

„54..

R4 +R5

где R и R - сопротивления первого

5 и третьего 7 резисторов соответственно. При этом падения напряжения Uri и U к на приемнике 2 излучения и компенсирующем термочувствительном элементе 4 соответственно равны

Un InRrtS UK 1пКк,

а напряжения на выходе первого операционного усилителя 17 соответственно равны

шп O+-R )CU0nR- - и„) 30

1 ъш к (1+

Riw,T Rs- тт R7)(UonR RS

5

0

5

0

5

- IicRos

где R6 - сопротивление резистора,

включенного между первым и вторым выводами второго резистивного делителя 12 напряжения;R - сопротивление резистора,

включенного между вторым и третьим выводами второго резистивного делителя 12 напряжения .

Отсюда очевидно, что выходное напряжение первого операционного теля 17 линейно зависит от величин падения напряжения Un и U на приему нике 2 излучения и компенсирующем термочувствительном элементе 4 соответственно, или от величины их сопротивлений RH и R к соответственно.

Таким образом, на выходе первого операционного усилителя 17 при воздействии исследуемого лучистого теплового потока будет формироваться переменное напряжение, амплитуда Up

i

5

которого равна разности напряжений,

пропорциональных температурам приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4, сле довательно, она будет пропорциональн интенсивности исследуемого лучистого теплового потока.

Периодически первое устройство 0 управления формирует сигнал, по которому заслонка 9 вводится между исследуемым объектом и первичным преобразователем 1, При этом на выходе первого операционного усилителя 17 будет формироваться переменное напряжение, амплитуда Up0 которого пропорциональна температурным перекосам между приемником 2 излучения и компенсирующим термочувствительным элементом 4, вызванным, например, неравномерностью прогрева корпуса первичного преобразователя 1 или неидентичности коэффициентов преобразования приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4, а также изменением сопротивлений первого 5 и третьего 7 резиторов. Это напряжение используется при обработке результатов измерений для получения истинного значения температуры исследуемого объекта,

Кроме того, при закрытой заслонке 9 периодически осуществляется определение чувствительности измерителя следующим образом.

На выходе третьего устройства 16 управления формируется сигнал, по которому второй переключатель 14 подключает второй вывод второго резистора 6 к выходу источника 8 опорного напряжения. При этом через нагреватель 3 будет протекать ток 1ц, величина которого равна

7

6

Учитывая величину напряжения Up, измеренную в это время на выходе первого операционного усилителя 17, можно рассчитать чувствительность S измерителя по формуле

S -И q

Используя измеренные величины напряжений Up, Up0 и Ь п, а также определенную чувствительность S из- меритепя, температуру Т исследуемого объекта определяют по формуле

Т

УЈ -Upo AS

где А - коэффициент, зависящий от

конструктивных особенностей первичного преобразователя; К - коэффициент преобразования приемника 2 излучения.

Таким образом, в измерителе осу- ществпяется исключение составляющих погрешностей, вызванных временной |и температурной нестабильностью первичного преобразователя 1, а также других элементов измерителя, что позволяет повысить точность измерений о Кроме того, использование в первичном преобразователе транзисторов вместо болометров позволяет понизить требования к стабильности источника 8 опорного напряжения, первого 5, второго 6 и третьего 7 резисторов, так как в транзисторах происходит изменение напряжения эмиттер-база от температуры, что позволяет упростить измеритель.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучения, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования температуры с помощью радиометров и пирометров. Цель изобретения - повышение точности измерений. Суть изобретения заключается в периодической коррекции выходного сигнала измерителя при отсутствии исследуемого излучения, а также определение чувствительности измерителя в процессе его работы. Кроме того в измерителе в первичном преобразователе наряду с болометрическими приемниками излучения можно использовать приемники излучения на базе бескорпусных транзисторов. В измерителе осуществляется исключение составляющих погрешностей, вызванных временной и температурной нестабильностью первичного преобразователя, а также других элементов измерителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

т - УОЦ , lH R

где R - сопротивление второго резистора 6, а на выходе второго операционного усилителя 18, в обратную связь которого включен нагреватель 3, напряжение UH равно

и„ - - -f Uon, R/L

где R4 - сопротивление нагревателя 3,

Мощность q, выделяемая в нагревателе 3 и рассеиваемая приемником 2 излучения, при этом равна

q -

45

Формула изобретения

Составитель А«Леви Редактор А.Ревин Техред Д.Олийнык.Корректор М.Самборская

Заказ 1907

Тираж 430

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное