Устройство для измерения и регулирования потоков лучистой энергии Советский патент 1940 года по МПК G01J5/50 G05D27/00 

Измерение и регулирование таких величин, как температура, освещенность, яркость, интенсивность и т. д., сводятся к измерению и регулированню световых, тенловых, рентгеновских и других потоков лучистой энергии. Автоматические измерения последних (измерение с непосредственным отсчетом), автоматическая регистрация и регулирование требуют введения принципа компенсации вследствие того , что фотоэлементы, электронные лампы и другие устройства, служащие для превращения измеряемых параметров лучистой энергии в силу электрического тока или напряжения, не обладают нужным постоянством своих свойств.

Известные до сих пор компенсационные Способы измерения, например , световых величин, страдают громоздкостью, процесс измерения требует много времени, отсчет возможен лишь местный, по специальным приспособлениям (см., например, журнал Optical Society of America, 1929 г. № 8, Hardy). Те же из них, которые сумели сократить Время изме} ения, однако, мало уменьшили громоздкость аппаратуры и не дали опять-таки возможности вести отсчет и регистрацию простыми методами и средствами.

Уже предлагались устройства для измерения и регистрации потоков лучистой энергий, основывающиеся на автоматической компенсации потоков лучистой энергии, освещенности, яркостей, температур и т. д. и позволяющие с большой точностью автоматически и непрерывно во времени измерять и регистрировать сплошной

i линией вышеуказанные величины, непрерывно меняющиеся во времени,

помощью обычных электроизмерительных приборов и регистраторов. На фиг. I чертежа изображена прин, ципиальная схема такого устройства,

. в котором применены два прибора, например, фотоэлементы 5 и 4, преобразующие измеряемый и эталонный потоки лучистой энергии 0i и, соответственно, 0-2, излучаемые объектом измерения / (источником света, тепла или каких-либо других лучей), н, соответственно, эталонным источником 2

. того же вида энергии, в значения каких-либо параметров V, Vz электри; ческого тока (напряжение, силу тока,

: частоту, фазу и т. д.).

: Лучистая энергия Фг, действующая

на преобразователь 4, может регулироваться от нуля до наибольшего возможного значения регулятором 3, могущим иметь самые разнообразные формы выполнения (механическая заслонка, оптическая система и т. д.), в зависимости от характера лучей и конкретных обстоятельств.

Параметры Vi и Vi совместно воздействуют на приспособление 6, реагирующее или на их разность

(Vi-Vz), отношение i ./ ; , сумму

(V + Vz) или какую-либо другуо функцию.

Точнее, приспособление 6 реагирует не на самую функцию, а на отклоне«ия |функции F(Vi, Vz), от какого-нибудь заранее заданного ее постоянного значения.

Такими заданными значениями могут, например, быть для (V - Vz) - V

- единица, для (Кг-нуль; для

-;- Vz) - какая-либо постоянна я величина и т. д. Назначением приспособления 6 является преобразовать имеющее место отклонение функции F(Vi, Vz) в пропорциональное значение какой-либо силы Р, управляющей регулятором 3, а следовательно, и потоком лучистой энергии Фг эталонного источника 2. Под силой PL можно подразумевать механическую силу, электрическое напряжение, силу тока, силу светового потока или какую-либо другую величину, способную регулировать значение Ф помощью какого-либо регулятора 5.

Направление воздействия силы PI на поток Ф2 выбирается таким, чтобы регулятор 3 своей работой уничтожал причину, вызвавшую его действие, т. е. сводил к нулю отклонение /,F(Vi, Vz) функции F(Vi, Vz) от заданного значения. Отсчет значения измеряемого потока Ф1 ведется по какому-либо приспособлению, показания которого поставлены в строгую зависимость от значения Фз. Удобнее всего это сделать, измеряя силу PI или используя различные положения деталей регулятора 3.

Существенным для этого устройства является соблюдение условия Ф2 1 , Vz), где У должно быть

больше единицы. Значение у. определяет точность работы компенсатора: чем больше уо тем точнее он работает. При У со мы имели бы идеальный случай измерения, т. е. погрешность была бы равна нулю.

Если Vi и Vz суть эталонированные функции Ф и Фг, то и Фа явится эталонированной функцией Фь

Если поставить в строгую зависимость от значения Ф2 какую-либо величину, поддающуюся отсчету, то задачу компенсационного измерения потока Ф1 можно считать разрешенной. В качестве такой величины можно использовать угол открытия заслонки регулятора 5 или какие-либо другие изменения в положении регулятора или в величине силы РЬ воздействующей на него, доступные непосредственному или косвенному визуальному наблюдению или регистрации. Однако, целесообразнее всего поставить в зависимость от величины Ф какой-либо параметр электричества, ибо последнее допускает передачу его на расстоянии, кроме того, дает ряд других преимуществ при контроле. Если, например , на механическую заслонку регулятора 5 воздействовать электрическим током, то нетрудно получить точную зависимость между силой тока (или напряжением) и потоком Ф. От этой силы тока (или напряжения) легко привести в действие ряд указательных приборов и регистраторов.

Схема по фиг. 1 превращается в схему автоматического регулирования, если предположить, что поток Фа после прохождения через регулятор 3 только в незначительной части используется для воздействия на преобразователь 4, в основном же идет для какой-либо промышленной или других целей. Источник 2 теперь уже перестает быть эталонным. Эталоном, задающим нужный поток Фз, является уже источник 1, интенсивность которого меняется извне по тому закону, по которому хотят заставить меняться поток после прохождения его через регулятор.

Схема, изображенная на фиг. 1, для получения меняющегося потока Фз при измерении и регистрации применяет эталон 2 постоянной интенсивности совместно с регулятором 3. Вместо ЭТОГО приспособления можно применить эталон 2 меняющейся интенсивности и. тем самым, избежать применения регулятора 3. В этом случае между Ф и Фг должна существовать эталонная зависимость. Тогда схема представится так, как показано на фиг. 2.

Неудобством схем, изобр1аженных на фиг. 1 и 2, является то, что петоки Ф и Фг воспринимаются двумя различными преобразователямк. При изменении параметров одного из последних будет иметь место искажение измерения (или регулирования). Во избежание этого целесообразно применить единый для обоих потоков преобразователь 7 (фиг. 3).

При применении больщинства существующих способов преобразования лучистой энергии в электрическую (например, фотоэлементов) действия двух потоков 01 и Фа от равноценных источников будут всегда складываться и мы никогда не требующейся нам разности (V - Vz), а будем вынуждены работать на функции (Vi-Vo) const, что практически не всегда удобно.

Чтобы перейти к разности (Vi - Vz), целесообразно применить коммутацию потоков Ф и Фг, заставляя их помощью какого-либо приспособления (например, вращающегося на оси Ш обтюратора 9) действовать попеременно на один и тот же преобразователь 7 (фиг. 4), для обнаружения же нужной разности получаемых при этом V и Vz следует поставить специальное приспособление 8, дающее на своем выходе параметры электрического тока, пропорциональные этой разности (V - Vz). Если в качестве преобразователя 7 взять, например, фотоэлемент, то роль приспособления 5 мог бы играть, например, трансформатор, первичная обмотка которого обтекается попеременно фототоками, пропорциональными Vi и V.

Вторичная обмотка дает при этом S. д. с., пропорциональную разности (Vi - УгЛ которую и заставляют действовать на приспособление 6.

Чтобы приспособление 6 на своем выходе давало значения PI, пропорциональные только (Vl - УаЛ и не вносило бы каких-либо искажений, з самом общем случае, на пути PI может оказаться необходимым применение вспомогательного приспособления 11 (фиг. 4), как бы отфильтровывающего (пропускающего) Л1;шь ту составляющую силы Р, которая пропорциональна (Vi - Vz) и не зависит вовсе (или ничтожно зависит) от параметров приспособления 6.

Если, например, приспособление 6 есть электронный усилитель, на который действует переменная э. д. с. вторичной обмотки трансформатора 8, пропорциональная (Vi - Vz), то в последнем каскаде, который дает Р (в данном случае сила анодного тока последнего каскада), следует поставить фильтр, отделяющий переменную составляющую пропорциональную (Vi - Vz), от постоянной, которая может меняться от параметров усилителя 6. Именно переменной составляющей в данном случае и должно осуществляться управление источником 2.

В качестве другой уже более конкретной схемы, позволяющей вместо (Vi -f- Vz) const работать с функцией (Vi - Vz) О, можно указать на схему, изображенную на фиг. 5. .

Здесь в качестве преобразователя 7 применен фотоэлемент с двумя изолированными друг от друга однородными катодами, на каждый из которых непрерывно падает свет только от одного источника из двух имеющихся У :i 2.

Фототоки каждого из катодов протекают каждый по своему сопротивлению 12 и 13, создавая на них напряжения, направленные навстречу друг другу, т. е. создавая тем самым разность (Vi - Vz), которая и действует на сетку лампы усилителя 6, превращающего (У - YZ) в пропорциоиальную силу анодного тока, управляющего интенсивностью потока Фо.

Во избежание влияния параметров усилителя 6 на значения Р, в первом каскаде его должна стоять лампа с большим коэфициентом усиления и с очень коротким хвостом характеристики /« f (Vc) в направлении оси сеточных напряжений в области отрицательных значений V., или какая-либо

другая лампа со специальными характеристиками, обладающая теми же свойствами.

В случае же применения обычной лампы следует заботиться о стабилизации всех напряжений усилителя или применить коммутатор 14, непрерывно переключающий полярность величины (V, - Vz), действующей на усилитель непосредственно или через какиелибо дополнительные приспособления. В случае применения коммутации в анодной цепи последнего каскада усилителя нужно отфильтровать переменную (рабочую) составляющую от постоянной помощью фильтра 15.

Если переменный ток, получаемый от усилителя 6, с какой-либо точки зрения неудобен для регулирования Фг его можно выпрямить, например, с помощью купроксных выпрямителей.

Понятно, что все приведенные принципиальные схемы компенсационного измерения лучистой энергии являются одновременно схемами для визуального и регистрирующего измерения и схемами автоматического регулирования лучистой энергии.

Ниже описываются несколько конкретных примеров осуществления приведенных выше принципиальных схем. Удобнее всего это сделать для измерения и регулирования световых или иепловых потоков.

Пример практического воплощения принципиальной схемы, показанной на фиг. 1, применительно к измерению или регулированию светового потока, показан на фиг. 6, на которой имеются следующие обозначения: У - объект измерения; 2 - эталон светового потока, питаемый постоянной силой тока от источника 18; 3 - механическая заслонка, сидящая на оси 4 электроизмерительного .механизма, имеющего противодействующую пружинку 5 н рабочую катушку 6; 7 - фотоэлемент, освещаемый от объекта измерения 1; 8 - фотоэлемент, освещаемый от эталона 2; 9 - источник питания фотоэлементов; 10 - нагрузочное сопротивление для фототока элемента 7; 11- нагрузочное сопротивление для фототоков элемента 8; 12 -начальное смещение на сетку усилительной лампы 15: 14 - нагрузочное сопротивление лампы 15; 16-начальное смещение сетки усилительной ламлы 17; 13 - источник питания анодных цепей усилителя; 19-нагрузочное сопротивление лампы 17; 21 - начальное смещение сетки лампы 20; 22 - контрольный прибор (указатель или регистратор или то и другое).

Свет от объекта измерения / падает на фотоэлемент 7, меняя его сопротивление, а следовательно, и напряжение на сопротивлении 10.

Это напряжение действует на вход усилителя, меняя силу тока L на выходе его. Ток /а обтекает рабочую катушку 6 измерительного механиз.ма, создавая пропорциональные отклонения его заслонки .5 вращающейся на оси 4. Заслонка 3 регулирует величину светового потока Ф-2, падающего от эталона 2 на фотоэлемент 8.

С ростом потока Ф: от объекта измерения 1 заслонка 3 должна увеличивать поток от эталона и наоборот.

Световой поток Ф от эталона 2, действуя на фотоэлемент 8, меняет напряжение на сопротивлении 11. Это последнее напряжение включено навстречу напряжению на сопротивлении 10, так что на вход усилителя действует разность их. Отсчет измеряемого потока ведется по прибору 22.

Когда измеряемый световой поток равен нулю, то и напряжения на сопротивлениях 10 и 7/ равны нулю; равен нулю и ток L на вьгходе усилителя. При этом заслонка 5 пружиной 5 приведена в положение полного закрытия света от эталона и контрольный прибор 22 (любой подходящий электроизмерительный прибор) стоит на нуле. При падении на фотоэлемент 7 светового потока напряжение на сопротивлении 10 возрастает. Вследствие большого коэфициента усиления усилителя это вызывает резкое повышение силы тока на выходе и заслонка 5 открывается, но открытие ее влечет за собой увеличение напряжения на сопротивлении 11, ъ резз льтате чего результнруюшее напряжение на входе будет уменьшаться. Прн некотором определенном положении заслонки 3, а следовательно, и 1гри строго определен ом значении /« наступит равновесие.

Значение светового потока от эта-лона при равновесии определится из

формулы Ф2 ir. где Фа поток от

1 J.

эталона, попадающий на фотоэлемент 5, Ф| - измеряемый поток, у.--коэфнциент усиления световых потоков, даваемый схемой, т. е. отношение приращения Фа, вызываемое приращением 1Ф2 - ф, к приращению (),

ДФ.,

т. е. U. -,,,

л (Ф, -. Ф,) .

Отсюда видно, что чем больше ;-., тем меньше разница между Ф и Фа. Отсчет ведется по прибору 22.

Во избежание заметного влияния параметров усилителя на результаты измерения коэфициент усиления первого каскада /5 желательно делать наибольшим; изменение анодного тока первого каскада от нуля до своего максимума должно происходить от незначительных отклонений сеточного напряжения от нуля (этого можно достичь специальной конструкцией электронной или ионной лампы, помещая управляющую сетку на ничтожных расстояниях от катода по сравнению с расстоянием от анода).

В лабораторных условиях измерения можно применять усилитель без вышеуказанных ограничений, ибо трудно ожидать изменения параметров усилителя в промежутке времени измерепия.

При отсутствии измеряемого потока на выходе усилителя можио допустить наличие тока. В этом случае пружина 5 и спирали прибора 22 потребуют иулезой затяжки. Если хотят работать на серединах характеристик ламп усилителя, но все же не иметь при этом «нулевого тока на выходе {при Ф 0), можно рекомендовать применение мостиковых схем, в одном из плеч которых находится цепь выходного каскада усилителя, управляющая равновесием моста, катушка же 6 и контрольный прибор 22 включаются в диагональ. Как говорилось выше, для уничтожения заметных влияний параметров усилителя можно также применять коммутатор.

В схеме, показанной на фиг. 6, его следует поместить перед сеткой первого каскада 15 с тем, чтобы резуль тирующее напряжение иа сопротивлениях 10 и 1}, пропорциональное (Ф-2 - Ф), воздействуя на сетку лампы 15, периодически меняло свой знак.

i В некоторых случаях будет целесоI образно этот коммутатор применять совместно с повышающим трансформатором, как показано на фиг. 7, где цифра 1 обозначает клеммы напряже: ПИЯ (или тока), пропорционального (Ф2 - Ф1), 2-коммутатор, 5 - первичкую обмотку повышающего транс; форматора, 4 - « торичную обмотку I его, 75 - первый каскад усилителя.

При применении коммутатора на выходе необходимо применять фильтр, отфильтровывающий переменную составляющую анодного тока от постояниой.

На 1ФИГ. 8 и 9 показан такой фильтр в двух вариантах. Здесь 20 - выходной каскад усилителя, 1 - клеммы

I его сеточного напряжения, 2 и 3 - обмотки выходного трансформатора, 4- реактор, 5 - конденсатор, 22 -

I котрольный прибор, 6 - рабочая катушка регулятора светового потока Ф ,. Если вместо эталона 2 и регулятора 5-4-5, показанных на фиг. 6,

j нрименить какой-либо электрический

источник света, интенсив ность которого стоит в строгой зависимости от силы тока через него или напряжения на нем (например, лампу нака.швания-,

I газосветную лампу и т. д.), то схема I на фиг. 6 преобразуется в схему, поi казанную на фиг. 10. i Эта схема соответствует принципиальной схеме, изображенной на фиг. 2.

Если в схеме на фиг. 10 два фото1 элемента заменить одним с двумя изо: лированными катодами, включенными i в схему так же, как показано на фиг. 10, и если, кроме того, применить коммутатор, показанный на фиг. 7, и i один из фильтров, показанных на i фиг. 8 и 9, то получается схема, со; ответствующая принципиальной схеме, показанной ка фиг. 5.

Во всех схемах измерения, применяющих два раздельных катода или даже два фотоэлемента, могут иметь место погрешности от изменения их параметров, Чтобы избежать этого.

как говорилось выше, следует применять лишь один фотоэлемент, заставляя воздействовать на него как Фь так и Фа. Однако, при этом для разделения действия Ф от Ф2 нужно одновременно вводить коммутатор этих световых потоков, подобный показанному на фиг. 4.

В случае применения коммутатора схема измерения световых потоков будет выглядеть так, как это показано на фиг. 11. Здесь 9 - обтюратор, вращающийся вокруг оси 10 Е попеременно пропускающий свет на фотоэлемент 7 то от источника 1, то от эталона 2, питающегося через конденсатор 5 от последнего каскада усилителя; 8 - трансформатор; 15 - первый каскад усилителя. Эта схема соответствует принципиальной схеме, показанной на фиг. 4.

Все описанные схемы являются сами по себе схемами автоматического регулирования, не составляющими сущности предлагаемого изобретения, а являющимися лищь схемными и конструктивными модификациями самого по себе известного устройства. Во всех этих схемах возможны явления перерегулирования, выражающиеся в непрерывных колебаниях системы, не позволяющих получить устойчивого равновесия потоков лучистой энергии (в схемах прямой компенсации) или параметров электрического тока в схемах косвенного регулирования.

Причиной этих колебаний является запаздывание процессов в отдельных звеньях динамически замкнутой цепи .автоматического регулирования. Например, в принципиальной схеме, изображенной на фиг. 1, если под регулятором 5 подразумевать механическую заслонку, то ее закрытие будет запаздывать относительно изменений силы Р из-за инерции ее. Большее или меньщее запаздывание может иметь место и в звеньях 5 4 и 5 (фиг. I).

В схеме по фиг. 2 запаздывание может иметь место в эталоне 2. Если в качестве эталона взять лампу накаливания с толстой нитью, то колебания силы света ее будут отставать от колебаний силы тока через нее.

Менее ярко выраженное, но заметное запаздывание может быть вызвано наличием самоиндукции в цепях протекания тока регулирования и т. д.

Сущность настоящего изобретения заключается в устранении в известном, самом: по себе, устройстве для измерения и регулирования потоков лучистой энергии явлений перерегулирования. Для этого, согласно изобретению, в цепь устройства между прибором, преобразующим отклонение значения функции параметров электрического тока от заданной величины в пропорциональные значения силы, и регулятором включаются одют или несколько приборов, дающих какую-либо переменную величину, пропорциональную первой производной от значения регулирующей силы по времени и алгебраически складываемую с одноименным параметром эталонного потока или потока объекта регулирования.

Дело в том, что, во избежание перерегулирования, следует на отклонения Д функции (1,) от заранее заданного значения, вызванные перерегулированием, накладывать переменную составляющую этой функции такой амплитуды и фазы, чтобы мгновенные значения ее, сложившись алгебраически с мгновенными; значениями F(V,V2, дали результирующую такой амплитуды и фазы, при наличии котюрой за каждый период колебания системы в последней энергия колебаний будет не возрастать, а падать с достаточной быстротой.

Это условие в первом приближении будет выполнено, если на колебания F(Vi,Vz} накладывать компенсирующую переменную составляющую, пропорциональную первой производной от значения регулирующей силы Р.

Принципиальная схема устройства, изображенная на фиг. 1, при использовании только что упомянутого приема устранения перерегулирования, превращается в схему, показанную на фиг. 12, на которой оставлены старые обозначения. Новой деталью является прибор 7 (диференциатор любого вида), дающий на своем выходе переменную функцию jF(Vi,y2),ie, НрОпорциональную первой производной от силы Р и являющуюся компенсирующей составляющей. Эту функцию, совместно с uF(Vi,V2), заставляют воздействовать на приспособление 6.

Прибор 7 может быть и интегратором, но тогда следует неревернуть фазу получающейся при этом lAF(Vi, Уз), «а 180°.

В качестве диференциатора может быть использован трансформатор, через первичную обмотку котортго пропу|скается ток, цропОрц5иональный Р. Э. д. с. вторичной обмотки при этом будет пропорциональна искомой компенсирующей составляющей F(V,y,)-,.

Для более медленных колебаний в компенсаторе, свойственных наличию больших запаздываний процессов авторегулирования, в нем рекомендуется применять диференциаторы, основанные на принципе тепловой инерции.

Схема такого диференциатора приведена на фиг. 13, на которой цифрой J обозначено эталонное сопротивление, обтекаемое током /. пропорциональным Р; 2 - нагреватель с подходящей тепловой инерцией, нагреваемой тем же током, который протекает через сопротивление 1; 3 - термопара (или батарея таковых).

На клеммах 4 при колебаниях постоянного тока / возникает напряжение, пропорциональное первой производной от /.

В случае, если частота колебаний перерегулирования в данном компенсаторе, при различных условиях его работы, будет сильно меняться, целесообразно применить одновременно несколько ди|ференциаторов с различ)ными ха рактеристиками: с таким расчетом, чтобы при изменении частоты колебаний системы эффект, даваемый компенсирующей составляющей F(Vi, не менялся.

Все описанные выще в принципиальной, схеме устройства для измерения и регу.тарования потоков лучистой энергии при применении предлагаемого приема уничтожения перерегулировок претерпевают совершенно такое же видоизменение, какое претерпела схема по фиг. 1, т. е. в каждую ив них должно быть введено диференцирующее устройство для си.лы, Р или какой-либо другой величины, пропорционально Р и незначительно разнящейся от нее по фазе (если Р имеет постоянную составляющую, то термин «фаза надо отнести к соответствующим переменным составляющим ее).

Выше предполагалось, что диференциатор, работая от силы Р, дает непосредственно величину F(Vi,, действующую совместно с

Однако, диференциатор может работать не только от Р, но и от других величин, давая на своем выходе значения, пропорциональные производным этих величин н выраженные в виде любой подходящей величины, как. например, Ф, Vz, угла открытия заслонки регулятора и т. д. Эти значения производных, будучи наложены на значения одноименных величин, дадут также эффект уничтожения явления перерегулирования. Это дает возможность применять диференциаторы в любом звене динамически замкнутой цепи регулятора. Применение подходящих диференциаторов во всех звеньях, вносящих эффект запаздывания, надо считать наиболее идеальным решением проблемы уничтожения перерегулирований.

Выше уже указывалось, что для устранения влияния изменения параметров схемы устройства на точность измерения можно применять коммутацию световых потоков, падающих на фотоэлемент. Согласно изобретению, можно производить для этой же цели модулирование измеряемого потока каким-либо способом (например, оптическим, механическим и т. п.) с достаточной частотой, чтобы уловить все изменения Фь происходящие во времени. Глубина модуляции желательна в . В простейшем случае это можно осуществить вращающимся непрозрачным для данных лучей диском с зубцами соответствующей формы, обеспечивающей плавные изменения Ф1 от нуля до максимума, опять до нуля и т. д. (желательный закон изменения Ф во времени - синусоида с постоянной составляющей).

Если эталонный источник 2 является достаточно безъинерционным, чтобы его поток следил за колебаниями силы PI (например, тока через него), то схема измерения (и авторегулирования) представится так, как это показано на фиг. 14. Здесь / - объект измерения; 2 - эталонный источник лучистой энергии; 16 - модулятор потока 7 - преобразователь потоков Ф и 6 - приспособление, реагирующее на отклонение функции (V1 -{- Vz) от постоянной величины; // - приспособление, отфильтровывающее ту составляющую Р, которая пропорциональна только отклонениям (V Vz) от заданного значения. Если измене-ние измеряемого потока Ф{ происходит очень быстро, так что поток Ф2 эталонного источника 2 (фиг. 14) не успевает меняться за меняющейся силой Р, то целесообразно применить схему измерения, показанную на фиг. 15. Эта схема отличается от схемы по фиг. 14 прежде всего применением обтюратора 17 для потока Фг. Этот обтюратор вращается синхронно с обтюратором 16 и с таким расчетом, чтобы при постоянных интеноивностях источников / и 2 (но не обязательно разных) сумма потоков (Ф + Фз), попадающих в преобразователь 7 в любой момент времени, оставалась постоянной. Кроме того, схема по фиг. 15 отличается от схемы по фиг. 14 применением выпрямителя 18 в тех случаях, когда- рабочую (переменную) составляющую регулирующей силы Р требуется сгладить, чтобы не вызвать колебания интенсивности источника 2. В качестве конкретного примера выполнения обтюраторов 16 и 17, используемых в схеме по фиг. 15, можно привести конструкцию, показанную на фиг. 16. Здесь / - объект из.мерения; 2 - эталонированный источник лучей; 19 - зеркальный диск с зубцами (фиг. 17), вращающийся вокруг оси 20; 21 - неподвижная бленда (фиг. 18) с отверстием около периферии, 7 - преобразователь лучистой энергии в параметры электричества. При непрерывном вращении диска 19 поток Ф| может или свободно проходить в отверстие бленды 21 и попадать в преобразователь 7 илн задерживаться зубцами зеркального диска 19. Что касается потока Фо, то он: может либо свободно проходить череа отверстие бленды 21, либо отражаться зубцами зеркального диска 19 в приспособлении 7. В любой момент времени сумма сечений световых потоков Ф| и Фг в плоскости зеркального диска равна одной и той же постоянной, величине. , Конкретный прием осуществления, схемы с применением модулятора для потока Ф показан на фиг. 19. Здесь, / - объект измерения; 16 - модулятор его светового потока; 2 - эталон, питающийся переменной составляющей анодного тока последнего, каскада усилителя; 5 - сопротивление, на котором фототок создает падения напряжения, затем усиливаемые,(вместо него можно применить трансформатор S по фиг. II). Данная схема соответствует принципиальной схеме, показанной на, фиг. 14. Модификация схемы по фиг. 19,, показанная на фиг. 20, соответствует:принципиальной схеме по фиг. 15.. Здесь 17 - обтюратор, одновременно модулирующий оба световых потока Ф1 и Ф, согласно законам, о которых говорилось выще; 5 - выпрямитель,, позволяющий перейти на питание прибора 22 и эталона 2 сглаженным постоянным током (такой выпрямитель, может быть применен и в любой другой из приводимых здесь схем). В качестве выпрямляющих элементов моЖНо применить купроксы, электронные лампы и т. д. Применениеэлектронных ламп дает то преимущество, что, благодаря отсутствию обратного тока через них, не возникает дополнительно погрещности измереНа фиг. 21 и 22 приведены конкретные схемы, иллюстрирующие цримененке предлагае-мого, согласно изобретению, приема уничтожения перерегулирований. На фиг. 21 дана модификация схемы по фиг. 19 для непосредственного метода. Здесь диференциатор Д нейтрализует запаздывание в звенья 2-4-6., Схема не требует дальнейших пояснеНа фиг. 22 дана модификация той же схемы по фиг. 19 для случая, когда диференциатор Д нейтрализует запаздывание лишь в одном звене 2.

Здесь применен источник 5, дающий световой поток АФ2 находящийся в фазе и пропорциональный величине

-.j. Вместо трансформаторов и нагревателей для диференциатора можно применить также подходящую схему с конденсаторами, используя тот факт, что ток через конденсатор опережает напряжение на нем на 90°. Можно применить также цепи с большими емкостями и сопротивлениями. Применение того или иного диференциатора, однако, не изменяет основной идеи предлагаемого приема уничтожения перерегулирований.

Все приведенные выше схемы, как уже указывалось, являются одновременно схемами автоматического регулирования, если на место измеряемого источника поставить источник, задающий программу регулирования, а вместо эталонного источника поставить объект регулирования.

Все описанные KOHKpefHbie схемы являются лишь случайными примерами, касающимися измерения и 1регулирования лишь световых и тепловых лучей. Замена в них фотоэлемента другими преобразователями лучистой энергии любого вида в электрические параметры ие изменяет сущности действия описанных устройств. Не изменяют эту сущность устройства также и видоизменения схем усилителя, схем получения функции FfVi, V), схем получения регулирующей силы Р на выходе усилителя, конструкции модуляторов и коммутаторов лучистой энергии.

Все вышеприведенные принципиальные и конкретные схемы устройства являются схемами, использующими непосредственную компенсацию потоков лучистой энергии, ибо равновесие компенсатора достигается регулированием также потока Фа лучистой энергии.

Возможны, однако, и косвенные способы компенсации. В этом случае равновесие компенсатора достигается регулированием параметров электрического тока нулевой или низкой ча-стоты, а не светового потока Ф2.. Пользуясь условностями, введенными, в начале настоящего описания, равновесие достигается регулированием ве,личины 2. В качестве конкретной, схемы, являющейся одним из примеров косвенной компенсации применительно к световым потокам, можно указать на схему, показанную на фиг. 23, на которой цифра / обозначает объект измерения; 2 - модулятор измеряемого потока, вращающийся вокруг оси 5; 4-фотоэлемент;

5- источник питания фотоэлемента;

6- нагрузочное сопротивление фотоэлемента; 8 - эталонное сопротивление; 17 - реактор; 9 - конденсатор; 10 - контрольный прибор; // - источник анодного питания; 7, 15 и 16-- батареи сеточных смещений; 12, IS, 14 - каскады усилителя.

Схема работает следующим образом. Модулированный световой по-ток, падая па фотоэлемент 4, создаст колебания напряжения на сопротивле-. НИИ 6, переменная составляющая которых пропорциональна измеряемому потоку. Напряжение на сопротивлении 6 компенсируется напряжением на эталонном сопротивлении 8, обтекаемом током /а последнего каскада усилителя. Переменная составляющая тока /а будет строго пропорциоnavibHa переменной составляющей напряжения на сопротивлении 6, а следовательно, и измеряемому потоку.. Реактор 17 и конденсатор 9 служат для выделения переменной составляющей анодного тока, которая непосредственно или через выпрямитель измеряется контрольным прибором 10.

Во избежание влияния параметров фотоэлемента 4, величины сопротивления 6 и напряжения на источнике 5 целесообразно применять иные преобразователи световых потоков, а именно такие, которые не требуют вспомогательных источников питания, а сами добывают электрическую энергию. Эти преобразователи следует включать на место сопротивления 6.

Если преобразователь дает очень низкое напряжение, порядка милливольт, то целесообразно его увеличить трансформаторным методом за ;€чет некоторого потребления мощно-сти от преобразователя, путем, например, циклического переключения первичной обмотки трансформатора на преобразователь. Желательно такого .рода повышение напряжения совместить одновременно с модуляцией его.

В этом случае во вторичной обмотке трансформатора имело бы место сразу достаточно высокое, модулированное напряжение, переменная составляющая которого пропорциональла измеряемому потоку. Вторичную обмотку трансформатора следует включить в схему по фиг. 23 вместо сопротивления 6.

Вследствие того, что описанные устройства, основанные на компенсации потоков лучистой энергии, позволяют в конечном виде преобразовать измеряемый поток в силу постоянного тока или тока низкой частоты, не зависящую в щироких пределах от сопротивления цепей, по которым этот ток компенсации проте.кает, представляются пиирокие возможности для введения этих устройств для измерения и регулирования потоков лучистой энергии в лромыщленных предприятиях. Действительно, такое свойство этих устройств позволяет осуществить непрерывный контроль меняющихся ве-личин с непосредственным отсчетом, с регистрацией, позволяет осуществить телеизмерение, мультипликацию (размножение) показаний, суммирование их. Точность измерения в щироких пределах может быть сделана независимой от параметров схемы. Описанные устройства могут быть нсполь.зованы и для автоматического р егулирования промышленного значения (в случае применения в качестве усилительных элементов - тиратронов).

В частности, эти устройства могут найти применение при автоматической непрерывной пирометрии, при автоматической непрерывной термометрии (помощью термопар), при автоматическом регулировании освещенности помещений (на постоянную величину или по графику), при автоматической дозировке ультрафиолетового и других видов излучения, при автоматическом контроле прозрачности, при автоматической объективной фотометрии и т. п.

Предмет изобретения.

1.Устройство для измерения и регулирования потоков лучистой энергии с применением одного или двух прргборов,, например, фотоэлементов, преобразующих измеряемый и эталонный потоки лучистой энергии в значения каких-либо параметров электрического тока (напряжение, силу тока, частоту, фазу и т. п.), воздействующих на прибор, в свою очередь преобразующий отклонение значения функции параметров электрического тока от заданной величины в пропорциональные значения силы, управляющей регулированием эталонного потока или объекта регулирования, отличающееся тем, что, с целью устранения явлений перерегулирования, в цепь устройства между исполнительным органом 3 и прибором 6, преобразующим отклонение значения функции параметров электрического тока от заданной величины в пропорциональные значения силы, включены один или несколько приборов, дающих какуюлибо переменную величину, пропорциональную первой производной от значения регулирующей силы по времени и алгебраически складываемую с одноименным параметром эталонного потока или потока объекта регулирования (фиг. 12).

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью устранения влияния параметров схемы устройства на точность измерения и регулирования, применены один или два синхронно работающих модулятора потоков лучистой энергии, превращающие потоки в пульсирующие для более легкого отделения, например, посредством фильтров, величин, им пронорциональных, от постоянных составляющих тех же величин, зависящих от параметров схемы.

3.В устройстве по пп. 1 и 2 применение зубчатых дисков 16, 17 в качестве модуляторов световых потоков.,, к авторскому свидетельству А. До 57034 В. Михайлова

фиг

4---cU

р.

фиг

Ф, .-, Г7

/ ФХГг/ ч I

J-, li Т -I

фиг.6

,

5

77

12,,

/pj-

фиг.

Ф,7 5

)d-c

.

р.

Ф .4

«-Tfj /i f r.

.:-%

р.

фиг.7

3 i

I 5

|Ь I

- LJHH,:J

фиг.9

Р

йг

авторскому свидетельству А. В. Л 57034

фигЮ

ff i

Р

. Ф |4

.,- 1 Михайлова

фиг.15

-ff 7 л

-Т.А

р

фиг. 17

т(иг.1Б

фиг.18

Ш

фиг.19

16

п

-И к авторскому свидетельству А. Л1 57034 В. Михайлова

фиг22

I

.С7;

.

ГГ- г 5©4и 1-Э

, lift г ,фг--- - - - ® о

IO

фиг.23

-СЬй