Пирометр спектрального отношения Советский патент 1977 года по МПК G01J5/60 

Изобретение относится к радиационной пирометрии, точнее к технике измерения, высоких температур бесконтактным методом пб тепловому излучению. Известны пирометры -спектрального отношения l , которые определяют цветовую температуру путем измерения логарифма отношения монохроматических интенсивностей излучения объекта на двух длинах волн. Известен также пирометр 2 , содержащ приемник излучения, усилитель, обтюратор со светофильтрами, две накопительные RCцепочки, два ключа, псгсредством которых на копительные R.2 -цепочки подключаются к выходу усилителя, дифференцирующую и интегрирующую цепочки, подключаемые с помощью двух ключей к накопительным RCцепочкам, и схему сравнения. Недостатками этого пирометра являются невысокая точность и ограниченный диапазон измеряемых температур, что обусловлено методической погрешностью преобразования отношения монохроматических интенсивностей излучения объекта на двух длина волн во временной интервал, согласно выражению:4 -f- и Ьде TO-постоянная времени интегрирующей и дифференцирующей цепочек; и1ии2 -напряжения, пропорциональные монохроматическим интенсивностям излучения объекта на двух длинах волн соответственно, при этом должно соблюдаться условие: «Uz- . . Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых температур. Поставленная цель достигается тем, что в пирометр введены два дифференциальных усилителя с единичными коэффициентами усиления, два трехполюсных аналоговых ключа, формирователь импульсов и одновибратор. Первые входы дифференциальных усилителей подключены ко входам, а вторые входы к выходам соответствующих интегрирующих RC-цепочек. Вход .одной из интегрирующих RC-цепочек через формирователь импульсов соединен со входом установки триггера в начальное состояние и входом одновибратора, выход которого подключен к входу измерительной схемы совпадения. Первый и второй полюса одного трехполюсного аналогового ключа соединены соответственно с выходами. интегрирующих RC-цепочек, Пер вый и второй полюса другого трехполюсного аналогового ключа подключены соответственно к выходам дифференциальных усилителей третьи полюса ,трехполюсных ключей сое динены со входам., схемы сравнения. Входы трехполюсных ключей, управляющие замыканием первого и третьего по;1юсов, подключены к одному выходу триггера, а с другим его выходом соединены входы трехполюсных ключей, управляющие замыканием второго и третьего полюсов каждого трехполюсного ключа. На чертеже показана функциональная cxe ма предложенного пирометра, Пирометр содержит модулятор 1 световсяо потока, из оптической системы 2, с кадровыми окнами 3 и обтюратора 4 со светофильтрами, электродвигатель 5, приемник 6 излучения, предваритель ный усилитель 7, ключи 8-13, пиковые детекторы 14,15 с автоматическим сбросом, интегрирующие RC-цепочки 16,17, дифферен циальные усилители 18, 19 с единичными коэффициентами усиления, трехлолюсные ана логовые ключи 20, 21, схему 22 сравнения триггер 23 со счетным входом, измеритель ную схему 24, формирователь 25 импульсов и одновибратор 26. Пришит действия пирометра основан на том, что образуют экспоненциально возрастающие и экспоненциально затухающие с оди наковой постоянной времени электрические сигналы с конечными и начальными значениями,, равными амплитудам .импульсов Мл И ITII. пропорциональным монохроматическим интенсивностям излучения объекта н д&ух длинах волн соответственно, а об измеряемой температуре судят по интервалу времени между моментом равенства нарастающего сигнала, соответствующего первому импульсу, затухающему сигналу, соответствующему второму импульсу, и моментом равенства затухающего сигнала, соответствую щего первому импульсу, нарастающему сигналу, соответствующему второму импульс Пиромг гр работает следующим образом. Световой поток от объекта, температура которого измеряется J при помощи оптической системы 2, кадровых окон 3, обтю-ратора 4 со светофильтра.ми и приемника 6 излучения преобразуется в следующие друг за другом импульсы с чередующимися ампли

тудами, логарифм отношения которых в определеннйм масштабе пропорционален цветовой температуре объекта.

После усиления предварительным усилителем 7 импульсы через ключи 8 и 9, закорачивающиеся соответственно на время действия первого и второго импульсов, подаются на входы пиковых детекторов 14 и 15 с автоматическим сбросом, вьщеаяющих амплитудные значения импульсов У2 соответственно. После того как произошло запоминание амплитуд двух импульсов, синхронно замыкаются ключи 10 и 11,. и с выходов пиковых двтекторовц 14 и 15

ко входам интегрирующих цепочек 16 и 17 прикладываются напряжения, равные амплитудным значениям двух импульсов.

. Одновременно триггер 23 устанавлиааету. ся в начальное нулевое состояние импульсом, поступившим с выхода формирователя 25 импульсов. На управляющие входы трехполюсных ключей 20,21 с выходов триггера 23 поступают сигналы, замыкающие полюса а и в ключей 20 и 21 при или полюса б и в при Uj UjТаким образом, к одному входу схемы 22 с выхода интегрирующей цепочки 17 прнкладьюается напряжение, изменяющееся по закону:-t/.. Uc2,-Ua(i- ), С2.) где Ue -напряжение на выходе интегрирующей цепочки 17; Т - постоянная времени интегрирующих цепочек 16 и 17, а к другому входу схемы 22 сравнения с выхода дифференйиапьного усипигепя 18 с единичным коэффициентом усиления прикладывается напряжение, изменяющееся ло закону. -t/tr . ия, , СЗ) где Й( -напряжение на сопротивлении Rj интегрирующей цепочки 16. Для дифференциальных усилителей 18 и 19 должны выполняться соотношения R3 « R ц R J и 5 е г соответственно. Легко показать, что момент tj установления равенства между экспоненциально изменяющимися в разных направлениях сиг- UR определяется по форналамимуле: Ui м В момент t срабатывает схема 22 сравнения и своим выходным импульсом i перебрасывает триггер 23 в единичное сс стояние. Выходные сигналы триггера, поступающие на управляющие входы аналоговых ключей 20 и 21, обеспечивают замыкание полюсов б и в ключей. В результате ковходам схемы 22 сравнения оказываю гея подключенными выходы интегрирующей цепочки 16 и дифференциального усилителя 19 соответственно. Напряжение, jipHnoweHHoe ко входам схемы сравнения, изменяется по за конам -1/1-Ч ,г Uci Uitt-e ), (5) где T3ci напряжение на выходе интегрирующей щепочки 16, ,,.Сб) . где Uj.-- напряжение на сопротивлении 1К интегрирующей цепочки 17. Момент tji наступления равенства между напряжениями Uc|H Ug.,равен a. 1 1игСЧ Д, В момент t схема сравнения срабатыва т еще раз, возвращая триггер 23 в нуnjgBoe состояние. Интервал времени , определяете выражением: t . Cfr) Измерительная схема 24, содер5кащая трехвходовуто схему совпадения, генератор счетных импульсов и счетчик, предназначена для измерения интервала времени to . Ко входам схемы совпадения подключены выход одновибратора, генератор счетныхим пульсов и единичный выход триггера 23, а вход счетчика соединен q выходом схемы совпадения. Измерительная схема работает следующим образом. В момент времени t О когда происходит синхронное замыкание кл чей 10 и 11, выходной импульс формирова теля 25 переводит одновибратор 26 во вре менно-устойчивое состояние, в течение кот рого на выходе одновибратора существует раэрещающий сигнал для схемы совпадени Время, в течение которого одновибратор на ходится во временно-устойчивом состо5шии должно быть больше максимального времен t.-, опредепяется формулой (7), В течение времени tg , определяемо формулой (в) , триггер 23 находится в единичном состоянии, и импульсы от генератора счетных импульсов через схему совпадения поступают на вход счетчика. Таким образом, после каждого цикла измерения в счетчике фиксируется число импульсов, равное: N foren% , , С9) где fg - частота генератора счетных импульсов.Сброс счетчиКа осуществляется задним фронтом выходного импульса одновибратора 26, а. подготовка интегрирующих RC-ueпочек к следующему циклу измерения прои водится с помощью разрядных ключей 12 и 13, замыкаемых электродвигателем 5 синхронно с ключами 8 и 9 соответственно, В отличие от прототипа, на точность выполнения соотношения (1) которого накладывается условие UjL и , в результате чего сужается диапазон измеряемых температур, а также, снижается точность измерения формула (9) точно выполняется для любого соотношения амплитудных значений импульсов Uj и U2 , что позволяет существенно повысить точность измерения, а также расширить диапазон измеряемых темпер атур. Формула изобретения Пирометр спектрального отношения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, усилитель, пиковые детекторы, интегрирующие RC-цепочки, схему сравнения, триггер, генератор счетных импульсов и счетчик, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых температур, в него введены два дифференциальных усилителя с ед1шичными коэффициентами усиления, два трехполюсных аналоговых ключа, формирователь импульсов и одновибратор, при этом входы дифференциальных усилителей подключены к входам и выходам соответствующих интегрирующих RC -цепочек, вход одной из интегрирующих RC-цепочек через формирователь импульсов соединен со входами триггера и одновибратора, выход которого подключен к входу измерительной схемы, два полюса одного трюхполюсного аналогового ключа соединены, соответственно с выходами RC-цепочек, а два полюса другого трехполюсного ключа подключены к выходам дифференциальных усилителей, третьи полюса трехполюсных ключей соединены со входами схемы сравнения, входы трехполюсяых ключей, управляющие замыканием первого и третьего полюсов, подключены к выходу триггера, а с другим его выходом соединены входы трехполюсных ключей, управляющие замыканием второго и третьего полюсов каждого трехполюсного ключа, Источники информации, учтенные при экспертизе заявки: 1,Гордов А, И. Основы пирюметрии, Металлургия Мм 1971, с, 362-. 2,Авторское свидетельство СССР № 179033, кл. G01 J 5/60, 1963,

I