Устройство для измерения температуропроводности твердых тел Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

(Л

С

Изобретение относится к технике теплофизичесокого приборостроения. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения влияния флуктуаций мощности нагрева, а также снижения влияния высокочастотных помех. В устройство введены диафрагма, ограничивающая мощность светового импульса, поступающего на фотоприемник, фильтр верхних частот, управляемый усилитель, интегратор, запоминающий блок и вычитающее устройство. Изобретение позволяет уменьшить разброс измерения временного интервала между началом импульса нагрева и моментом достижения максимума первой производной температуры по времени. 1 ил.

Изобретение относится к технике теплофизического приборостроения и может быть использовано для измерения теьшературопроводности твердых тел.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуропроводности твердых тел путем снижения влияния флуктуации мощности нагрева, а также влияния высокочастотных помех.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит оптический импульсный источник 1 нагрева, образец 2 исследования, измеритель 3 темпе-; ратуры, второй дифференциатор 4, первый дифференциатор 5, нуль-орган 6, фотоприемник 7, формирователь 8 имт пульса начала нагрева, измеритель 9 временного интервала, интегратор 10, запоминающий блок 11, управляемый

усилитель 12, фильтр 13 частот, вычитающее устройство 14 и диафрагму 15. ; Устройство работает .следующим об- .

разом. i

После нажатия кнопки Пуск импуль-| сный источник 1 нагрева выбрасывает световой импульс мощностью Ф, и нагревает образец 2. Тепловое излучение J с противоположной поверхности об- разча 2 регистрируется измерителем 3 температуры. Одновременно часть свето-. вого потока Ф, поступает на фотоприемник 7. Посредством диафрагмы 15 . этот поток ограничивается по мощности с целью исключения насыщения фото-, приемника 7. Сигнал фотоприемника 7 поступает на вход формирователя 8 импульса начала нагрева, на вькоде которого появляется импульс запуска измерителя 9 временного интервала,

О

одновременно сигнал фотоприемника 7 поступает на интегратор 10, на вько- де которого появляется пстгенциал, прог порциональньй мощности ф светового импульса. Это значение потенциала запоминается на время регистрации теплового излучения I зaпo fflнaющим блоком 11, в качестве которого можно применить пиковый детектор Уровень потенциала с выхода запоминающего блока 11 поступ/1ет на управляющий вход управляемого усилителя 12, коэффициент усиления которого обратно пропорционален -этому потенциалу.

Таким образом, из сигнала, соответствующего изменению температуры образца 2, исключается влияние изменения энергии вспышки, вызванное внешними факторами. Сигнал с выхода из- мерителя 3 темпера,туры через управляемый усилитель 12 поступает на входы второго дифференциатора 4 и фильтра 13 верхних частот. Шумовой сигнал с выхода фильтра 13 поступает на вход вычитающего устройств а 14, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго дифференциатора 4. Сиг- нал, пропорциональный разности входных сигналов, с выхода вычитающего устройства 14.через первый дифференциатор 5 поступает на вход нуль-органа 6. Импульс с выхода нуль-органа 6 поступает на вход измерителя 9 временного интервала. В качестве выходного сигнала устройства служит отрезок времени между началом импульса нагрева и моментом максимума первой производной температуры по времени f „ после чего по формуле о.0,09Т.2/( )

. - М.П

вычисляют температуропроводность, где L-толщина образца исследования; «.-температуропроводность .

Диафрагма 15 выполнена в виде патрона с отверстием диаметром 0,1 мм, надеваемого на фотоприемник (фотодиод) , и ограничивает поток на фото - диоде. Интегратор 10 выполнен на операционном усилителе и сигнал на его выходе пропорционален полной энергии импульса нагрева. Запоминающий блок 1 (пиковый детектор) сохраняет значение полной энергии импульса нагрева в течение времени измерения. Управляемьм усилитель 12 выполнен на операционном усилителе с полевым транзистором в цепи управления коэффициента передачи и предназначен для автоматической корректировки сигнала по энергии нагрева. Фильтр 13 верхних частот выполнен на операционном усилителе и предназначен для передачи частот f (3-5)/f,, минимальное измеренное время.

Вьиитающее устройство 14 выполнено на резисторах. Сигналы на вычитающее устройство 14 с выходов дифференциатора 4 и фильтра 13 поступает в противофазе, чем обеспечивается час- тотное подавление помехи.

Преимущество устройства состоит в снижении дисперсии измеряемого параметра - времени 1 „, что обеспечивает повьшение точности измерений при фиксированном числе измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуропроводности твердых тел, содержащее оптический импульсный источник нагрева, измеритель температуры, два дифференциатора, фотоприемник, формирователь импульса начала нагрева, измеритель временного интервала, причем выход первого дифференциатора подключен через нуль-орган к перво- . му входу измерителя временного интервала, к второму входу которого подключен выход фop шpoвaтeля импу льса начала нагрева, вход которого соединен с фотоприемником, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения влияния флуктуации мощности нагрева и снижения влияния высокочастотных помех, в устройство дополнительно введены диафрагмы потока наг.- рева, установленная перед фотоприемником, фильтр верхних частот, управляемый усилитель, интегратор, запоминающий блок и вычитающее устройство причем вход интегратора соединен с флтоприемником, выход интегратора через запоминающий блок подклю- чен к входу управления управляемого усилителя, вход которого соединен с выходом измерителя температуры, а выход - с входом второго дифференциатора и входом фильтра верхних- частот, выходы второго диффе1 енциатора и фильтра верхних частот подключены к первому и второму входам вычитающего устройства соответственно, а его выход соединен с входом первого дифференциатора.