Цветовой пирометр истинной температуры Советский патент 1975 года по МПК G01K11/06 

1

Изобретение относнтся к инфракрасной те.х1нп е, а именно к устройствам для температурного контроля производственных процессов.

Известны цветовые пирометры, состоящие из объектива, диска обтюратора, фотоэлемента, усилителя, логарифмирующего каскада, ограничителя, измерительных приборов и ключей.

Цель изобретения - обеснечение измерения истинной темнературы поверхности тел с нечерным излучением - достигается тем, что в диске обтюратора нредлагаемого пирометра примепены четыре светофильтра, из которых одии светофильтр, одииаковый с каким-либо из трех других, снабжен неселектнвно поглощающей сеткой, уменьшающей прохождение светового потока.

На фнг. 1 изображена блок-схема нредлагаемого иирометра; на фиг. 2 -- диск обтюратора со светофильтрами; на фиг. 3 - графические зависимости, иллюстрирующие теоретические выкладки.

Пирометр содержит объектив 1, диск обтюратора 2, фотоэлемент 3, усилитель 4, логарифмирующий каскад 5, ограничитель 6 с характеристикой, магнитоэлектрические приборы 7, 7, измеряющие результирующую постоянную составляющую прямоугольных ИМиульсов с длительностью, пропорциональной логарифмам соответствующих спектральных

яркостей; переключатели 8, Sj, работающие синхронно с диском обтюратора, причем частота переключений контактов нереключателя 8i вдвое нревыщает частоту переключений контактов нереключателя 8; нагрузочные сопротивлеиия 9 в цени выходного каскада ограничителя 6, нричем J /внутр., где Гщтутр.- внутреннее сонротивление приборов 7, 7i; переменные сопротивления 10 в цеш ириборов 7 и 7,.

В диск обтюратора 2 (фпг. 2) вставлены четыре светофильтра 11 -14, подобранные таким образом, что суммарная частотная характеристика каждого из них совмеетно с фотоэлементом соответственно имеет значения

эффективных длин воли ль /.2, /-2 и АЗ. Светофильтры 12 и 13 одинаковые, но светофнльтр 13 имеет неселективно поглощающую сетку, уменьщающую проходящий световой поток в )) раз. Фильтры подбирают таким образом, чтобы эффективные длины волн К, лг и Яз были связаны соотнощением:

25

т. е. в данном нирометре эффективная длина средней волны Л2 системы фотоэлемент + светофильтр 12 (13) равна среднему арифмети30 ческому двух крайних длин волн AI и

Благодаря на.шчпю четырех светофильтре, на выходе ограничителя 6 (фиг. 1) одновременно (за один оборот обтюратора) измеряются:

а) прибором 7 - логарифм спектрального отногнеипя

1 1п-- -v7 +liii,:

h

ибо, при нрохождешп светофильтров 13 (пронускающего ослабленный в t ра.ч поток радиации спектральной яркостн и,-,,. ) и 14 (нроиускаюгцс) ноток |)адиации снек1|)а;1ьь:о1 1 яркости Ь.,) нерек;почато.;||, 8i закорачн1 ае1 прибор 7.

Коэффициент с определяется но/оженнсМ HjVHTOB , приборо 7 и 7ь

б) прпбором 7i - разность Л логарпфмов двух спектральных отпошеинй:

в,-У„

где

1 п X

ЬЧ

1 - коэффпцнепт ослабленпя потока через светофильтр 13, т. е.

е, .

Слсд.овательно,

bb

А:- : :1П--i- - 1 - 1п Г,. л,,,

Переключатель 8i включает шупт г нрнбора 7 при ripoxo K;i,einiH через нослединй имиу.тьсов тока, нропорциопальных .тогарнфмам спектральных яркостей b,. п Ь, (светофильтры 11 и 14).

В паписаиных выше выраженпях Oi п 82 велпчнны, пропорциональные обратным зна.еипям цветовой гемпературы.

Известно, что при измерении двух какнх-либо сиектрал1 нь х яркостей-- черного тела пли эталонн.ого излучателя (нанрнмер by н /;.) имеет место зависимость

1п- -J 1 +1п&,

6,„

истгп-П1ая температура излучающей иоверхпостп; постоянные коэффнпиепты,

ПрН градуировке нпрометра по черному (серому) телу пли температурной лампе устапавливают величины i и j (т. е. коэффициент поглощения в светофильтре 13 п ве.-щчппу шургга г прпборов 7 п 7i) такими, чтобы 0i

92На фиг. 3 а показаны «непрпведениые логарпфмт1ческие прямые Bi и 62, т. е. при полностью выведенных щунтах ( )

где 7, tg, и ,,, t

Биедон ;ем HiyMTOB на приборах 7, i хстаiiiiBJliinaK) i СУ| V:; Де.КПОТ П)ЯМуЮ 0i

нара.1лельноп :)Ял;;ч i-i iUi---o;2, см. cpni. 3 6 I.

Вел 1Ч1П1а i) - коэффнциеита ослаблеиия светофильтра 13 - уетапавлнвается пз еоотпошепня

In У). ;1п З, -- 1п -lo.

IljjH IaKoii ne :нчнне т прямые Bi и 02 совмегцак)тс5, следовательпо, во всем диапазопе 1змсряемь х температур для чериО1о (серого) тела или :атал()И10го излучателя

н, е., т. е. Л - О, где 0J -,Т- +Пп ;,; ЬЗ, Т 1 + In-v

Такп:. образом, прп градуировке или прп аводке иа чериос (серое) тело прибор 7 по1;аз1) пуль, а прибор 7 - цветовую темпеjviTypy, равною в этом елучае ценппюй.

Прп измсрсплп- данным пп)ометром температуры тела с несерым цзл} чеиием ripii6op 7 показывает eiO пветовуто температуру, пзме)епную в впде логарпфма епектральных яркостей Г1 хчастках спектра е эсрфектавнылш длинами волн Л; п АО. Эта цветовая температура о1-лпчае ея or нстннно па 1;ел1 Ч1П1 , пропорциопальн 1о логарн() отиощеппя егн ктраль1 ых коэф(|)1П1мент(в лучс1 епусканпя (с,, -,..) излучающей поверхпостп i5 епектральнькх учас1ках /. п /.о.

i:T,+Un,) .

W, .(Т,Г +1пЗН-1пт,) + 1п,

Прибор /1 в этом случае показывает ; (-)--с -2 по многочлены в скобках в правых частях выражений для 6i п 02 равны, ибо Т п o6oiix выражениях - значеппе истинной темнературы.

Следовательно,

A-Un- -In- .

Для многих тел, имеющих сплошной спектр излучения, в частности металлов, справедливо следующее:

- с удлинением волны излучательная способность уменьшается;

- в узком интервале изменения длин волн изменение (спектральной) излучательной способности или ее логарифма можно с большей точностью считать линейным.

Тогда, полагая, что при принятых соотношениях /ч, /-2 и АЗ лучеиспускательная способность на «средней волне kz, ex, .является средним арифметическим из ел; и ei., т. е.

-, + S,

- 2 Аг. ;

или

гх, -- sb - As. ,

где А

Введя обозначение Е

и подставив

значения для г в полученные ранее выражения для 01, 62 и А, получают

в, ;ь7 -Ч-ипЗ, + с1п(1+);

02 + 1пр, + 1п7, - 1п(1 -- );

(1-)(+)Следовательно, имея Oi (показания прпбора 7) и 02 (показания прибора 7), при помощи данного пирометра за одип оборот диска обтюратора определяют цветовую температуру тела и величину поправки не «несерость излучения.

Для градуировки прибора 1 непосредственно в значениях поправки к температуре, измеряемой прибором 7, путем элементарных вычислений получают зависимость

1п (+) f(A). Для металлов поправка

G (1-Ь)

отрицательна, так как цветовая температура всегда выше истинной.

Аналогичным образом определяют поправку, при условии, что на средней волне - 2

In г., -f п 3) 1П ;,., .

На шкалу прибора 1 можно нанести градусы, и пирометр позволит непрерывно измерять истинную температуру.

Предмет изобретения

логарифма спектрального отношения, состоящий из объектива, диска обтюратора, фотоэлемента, усилителя, логарифмирующего каскада, ограничителя, измерительных приборов и работающих синхронно с диском обтюратора ключей, отличающийся тем, что, с целью измерения истинной температуры поверхности тел с нечерным излучением, в диске обтюратора пирометра применены четыре светофильтра, из которых один светофильтр,

одинаковый с каким-либо из трех других, снабжен неселективно поглощающей сеткой, уменьшающей прохождение через него светового потока.

3.Пирометр по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в нем применены измеряющие результирующие постоянные составляющих прямоугольных импульсов с длительностью, пропорциональной логарифмам соответствующих спектральных яркостей, два магнитоэлектрических прибора, одии из которых указывает значение цветовой температуры, а другой - величину поправки к ней на истинную температуру.