Пирометр спектрального отношения Советский патент 1979 года по МПК G01J5/60 

(54) ПИРОМЕТР СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быт использовано в пирометрах спектрального отношения для бесконтактного ме тода измерения температуры нагретых тел по тепловому излучению. Известны пирометры спектральногоотношения, содержащие обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, усилитель, регистрирующую схему. Недостатком этих пирометров является невозможность получения линейной температурной-шкалы и обеспечения электрической корректировки шкалы пирометра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является пирометр спектрального отно шения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, предварительный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолнового и длинноволнового излучения, первый и второй ключи, подсоединенные управляющими входами к соотвеТ-. ствующим выходам датчика синхроимпульсов, генератор линейно изменяющегося напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных источ НИка регулируемых опорных напряжений третьего ключа и интегратора, причем управляющий вход третьего ключа подсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений .в интервал времени. В этих пирометрах используется линейная связь логарифма отношения .монохроматических интенсивностей излучения в двух длинах волн с обратным значением цветовой температуры объекта, отсчет показаний производится по условной шкале показывгио- щего прибора , причем перевод сделанного по этой шкале отсчета в значения измеряемой цветовой температуры осуществляется с помощью градуировочного графика. Известно,- что связь цветовой температуры с интенсивностями монохроматических излучений b(Av т) и ъи Л) в двух длинах волн А ( л 2 I 1) выражается формулой я., Лг / w где Cg-.(1,4380+0,0001)10 м. грал постоянная величина; . ., Т абсолютная температура, выраженная ; Тр- постоянная величина, поз волйкйаая смещать начало температурно шкалы. . . .; .„ Недостатком прототипа является то, что его выходной сигнал не связ линейной зависимостьн) с измеряемой температурой, а пропорционален тольf &iJl . КО величине Ъ(А T)i ® формуле (1 Электронный потенциометр, работающий s комплекте с цветовьш пирометром, имеет лишь Функциональную Шкалу в условных делениях, которые наносятся на индивидуальной градуировке прибора. . ; , -На практике в с,с истемати ВсКйШТй%МененйямЙ спектральной; чувствительности фотоэлемента вслед й в1иё;пёрейё ны окружающей темпеtiS%V&a,Длительной экеплу-атации,--а также смёйы фотоэлемента имеет мест - f МЫ1 отклонение величины п йСЛ.т) ° йэмеряй ой прототипов величины 1 Jiu , где и и Ua амплитуды импул:ёсой, (Связанные c.HHTeffcHBHocтями монохроматических излучений при :дЙШдлинах волй завйсймостямй --(.:п (2) (Л2,Т, , где K.JJ и - коэффициенты,, -зави сящие от спектральной чувствитель- ности фотоприемника на участках спектра Л и Ag сортветст венно. Используя зависимость (2), можно записать ;- - : -; Отсюда видно, что вследствие измене спектральной чувствительности фотоприемника градуировка устройства нёоб5 атимо изменяется и градус ную шк;аДу йри этом требуё ЙЯ 11е- речерчивать. Отсутствие возможности простой элёктрической корректировки шкалы яв 1яется еще одМм его недбста ком;. - - . Целью предлагаемого, изобретения является получение линейной темпера турной шкалй и обеспечение возможно ff Н. элёк рйчёск ой к оррёк тиров КИ пирометра. Она достигается тем, что в пирометр введены блок Памяти,двасумматс ра два TpexttBJSobWfixключа7 син хронизатор, RC -цепь с зарядным и разрядным к ключами и триггер, при этом амплитудный дётеКтор импульсов коротковолнового излучения и соотве ствукиций выход источк ика Регулируе 1йеа: Ьйор нШ напряжёнии череэ первШ трехполюсный ключ, а выход амплйтуднОго детектора длинноволнового излучения и выход первого сукматора через второй трехполюсный ключ подсоединены соответственно к первому и второму входам преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, второй выход.которого подключен к единичному входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом разрядного ключа RC-цепи, первые входы первого и вто- . рого сумматоровподключены соответственно к выходу интегратора и к конденсатору RC -цепи, источник регулируемых опорных Напряжений выходами подключен соответственно ко вторым входам сумматоров и .к. сиг.нальному входу зарядного ключа RC-цепи, синхронизатор входами подсоединен к вы-ходам датчика.синхроимпульсов, а выходами - соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей; к управляющим входам преобразователя отношения двух напряжений в интервал времени и к точке соединения нулевого входа триггера, управляющего входа блока памяти, шины сброса интеграторай управляющего входа зарядного ключ,а -.RC-цепи, а вхйд блока памяти подсоединен к выходу второго cy мaтopa. - . , На чертеже представлена схема предла.гаемого пирометра. Пирометр содержит обтюратор 1 со. светофильтрами, приемник :2 излучения, предварительный усилитель 3, амплитудный детектор. 4 импульсов коротковолнового излучения, . амплитудный детектор 5 импульсов длинноволнового излучения, ключи 6 и 7, датчик 8 Сйнйроимпульсов, преобразователь 9 логарифма отношения двух на пряжений в интервал времени, состоящий из схемы 10 сравнения, триггера 11, разрядной .RC-цепи 12 и ключа13, интегратор 14, ключ 15, источник 16 регулируемых, опорных напряжений, т|ГёйНШ1осные ключи.; 17 и 18, сумматоры 19 .и 20, Rt. -цепь 21,- состоящая из конденсатора 22, резистора 23, зарядного ключа 24 и разрядного ключа 25, синхронизатор 26, в состав которого входят триггер 27, схема 28 задерж ки, инвертор 29, схемы 30 и 31 совпаДёнйя и схема 32 ИЛИ, тригге 33 и блок 34 памяти. - Пирометр работает следующим образом. Световой поток от объекта, температура которого измеряется при помощи Оптической система, обтюратора 1 со светофильтрами и приемника 2 излучения преобразуется в следующие друг за . другом однополярные импульсы напряжения Ц и Ua с , чередующимися амплитудами U и L) , связанными .интенсивностями монохроматических Излучёний объекта в двух длинах волн Зависимостями (2). После усиления импульсов U;, и U усилителем 3 и синхронного детектирования при помощи ключей 6 и 7 на амплитудных детекторах 4 и 5 выделя ются амплитудные значения U и U этих импульсов. Работой ключей.6 и управляют синхроимпульсы, поступаю щие с датчика 8, причем на управляю щий вход ключа 6 импульсы приходят синхронно с импульсом и коротковолнового излучения, а на управляющ вход ключа 7 - синхронно с импульсо Ug длинноволнового излучения. С приходом импульса IJ триггер 27 переводится соответствующим синхроимпульсом в единичное состояние (будем считать, что триггер запуска ется отрицательным импульсом). Йапряжения, поступающие с выходов три гера 27 на управляющие входы трёхполюсных ключей 17 и 18 обеспечивают подключение .выходов амплитудных детекторов 4 и 5 ко входам преобразователя 9 . При этом состояния других элементов следующие: триггеры 11 и 33 находятся в единичных состояниях, ключи 13 и 24 замкнутй а ключи 15 и 25 разомкнуты. Выходное постоянное напряжение U амплитудного детектора 4 прикладыва ется через ключ 13 к разрядной RC цепи 12 и с момента времени to на чинается подготовка преобразователя 9 к работе (происходит заряд емкости RC-цепи 12). Через промежуток времени t, , достаточный для подготовки Преобразователя 9 к работе, синхронизатор 26 формирует, передний фронт импульса, поступающего с выхода схемы 32 ИЛИ на управляющий вход ключа 13. В момент време ни t начинается первый такт преобразования: одновременно с размыканием ключа 13 триггер 11 перебрасывается передним фронтом выходного импульса инвертора 29 в нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 15. В результате навыходе интегратора 14 напряжение начинает изменяться по закону . U,«;(t)(i-t,), W где UQ - приложенное к сигнальному входу ключа 15 опорное напряжение с выхода источника 16 С п - постоянная времени .интегратора 14 . Одновременно, начиная с момента времени t , на выходе разрядной RC -цепи 12 образуется экспоненциально спадающеЬ напряжение, описывающееся зависимостью Up{t-t,)u,e С5) где tr - постоянная времени разряда RC-цепи 12. Схема 10 сравнения срабатывает в момент времени t., , когда Up(t;-t,)U,, , (6) откуда -t,-t.T-, В момент времени t.( выходной импульс схемы 10 сравнения перебрасывает триггер 11 в единичное состояние, и ключ 15 размыкается. Итак, в момент времени t на выходе интегратора 14 фиксируется напряжение Таким образом, в течение первого такта происходит преобразование логарифма отношения напряжений U и и2 I пропорциональных монохроматическим интенсивностям излучения объекта в двух длинах волн, в напряжение. Действительно, после подстановки равенства (7) в равенство (8) получим Uoi-c e В момент времени . триггер 27 перебрасывается в нулевое состояние вторым синхроимпульсом, а выходные, напряжения этого триггера, управляющие работой трехполюсных ключей ,17 и 18, обеспечивают подключение ко входам преобразователя 9 выходов сумматора 19 и источника 16 соответственно. В результате к сигнальному входу ключа 13 прикладывается выходное напряжение сумматора 19, равное иЗ а к свободному входу схемы 10 сравнения - напряжение Uoj где Uo2 и UQJ - выходньхе опорные напряжения источника 16. В течение промежутка времени tg-t tj. происходит подготовка преобразователя 9 ко второму такту преобразования (идет заряд емкости разрядной КС -цепи 12 до значения Oj ) . В момент времени t начинается, второй такт преобразования, при этом передним фронтом импульса, поступающего с выхода схемы 28 задержки триггер 35 перебрасывается в нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 25. Ключ 24 размыкается управляющим сигналом, поступающим с выхода схемы 28. Блок 9 производит преобразование логарифмаотношения напряжений УЗ и UQ В интервал Времени согласно выражению (0 . „ Нэ. Uoi t tgT схема 10 момент времени ta равнения формирует импульс, перерасывающий триггер 33 в единичное остояние, в результате клкхч 25 размыкается, и разряд емкости 32 через сопротивление 23 прекращается. Зафиксированное на емкости напряжение в этот момент равно Uo4-eгде Uo4. - опорное напряжение, задаваемое источником 16 постоянная времени разряда RC -цепи 21, Блок 34 производит выборку и хра нение уровня напряжения, поступающе с выхода сумматора 20 и равного ,,.--Uc-Uo6, «3) , где {Jog- напряжение, подаваемое на вход- сумматора 20 с выхода источника 16. После подстановки выражений ( 9 (10), (11) и (12), а полученного выражения в формулу (13).выходное напряжение пирометра выразится в следующем виде UQI -g r, где принято 1Х, :t: -С. В течение второго такта, кроме того, происходит сброс интегратора 14.. Из сравнения выражений (1) и (1 легко видеть, что для того, чтобы градусная шкала пирометра была линейной, т.е. чтобы выполнялось u..,..Kt . где 1с - коэффициент пропорциональности, необходимо и достаточно выполнения следующих соотношений (А. JL-. U, л, Лг и„.--кт. ог- оъ Л о5 о Периодическая электрическая корректировка температурной шкалы пиро метра, т.е.-учет члена ц- в формуле (3), осуществляется выстав лением опорного напряжения Ugj в источнике 16. При настройке пирометров, имеющ разйые дйапа§йны измеряемых температур .и использующих разные спектральные участки, необходимо имет /ар31можнс :;ть изменять в формуле (14 наЯряясёнйй, йропо1рцйональные веЯи чинам ( - .) и п А в формуле (1). Это осуществляется регулировко опорных напряжений ветственно. Формула изобретения Пирометр спектрального отношения содержащий обтюратор со светофильтpaJMH, приемник излучения, предвари тельный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолнового и длинноволнового излучений, первый и второй ключи, подсоединенные управляюгцими входами к соответствующим выходам датчика синхроимпульсов, генератор линейно изменяющегося напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных источника регулируемых опорных напряжений, третьего ключа и интегратора, причем управляющий вход третьего ключаподсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, о тличающийся тем, что,с целью получения линейной температурной шкалы и обеспечения возможности электрической корректировки шкалы пирометра, в него введены блок памяти, два сумматора, два трехполюсных ключа, синхронизатор, RC-цепь с зарядным и разрядным ключами и триггер, причем амплитудный детектор импульсов коротковолнового излучения и -соответствующий выход источника регулируемых опорных .напряжений через первый трехполюсный ключ, а выходамплитудного детектора длинноволнового излучения и выход первого сумматора через второй трехполюсный ключ подсоединены соответственно к первому и второму входам преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, второй выход которого подключен к единичному входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом разрядного ключа RC -цепи, первые входы первого и второго сумматоров. Подключены.соответственно к выходу интегратора и к конденсатору RC -цепи, источник регулируемых опорных напряжений выходами подключен соответственно ко вторым входам сумматоров и к сигнальному входу зарядного ключа RC -цепи, синхронизатор входами подсоединен к выходам датчика синхроимпульсов, а выходами - соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей, к управляющим входам преобразователя отношения двух напряжений в интервал времени и к точке соединения нулевого входа триггера, управляющего входа блока памяти, шины сброса интегратора и управляющего входа зарядного ключа RC -цепи, а вход блока памяти подсоединен к выходу второго сумматора. Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе .1. Лапина Э.А. Пирометры излучения, М., НТО Приборпром, 1966, С.6364. 2.Агейкин Д.И., и др. Датчики контроля и регулирования, М., Машиностроение, 1965, с. 901-902. 3.Свет Д.Я., Линин Е. Цветовой пирометр ЦЭП-3, Приборостроение, 1965, № 12, с. 13-16.

Г/

i I

«I