Пирометр спектрального отношения

Пирометр спектрального отношения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(<>j 575503

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) заявлено 01.03.76 (21) 2329080/26 25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.10.77. Бюллетень ¹3 (45) Дата опубликования описания 26.12.77 (51) М. К,,2

G 01 J 5/60

Увсудврственнв1й квинтет

Саввтв Мииистрев СССР пв делам ивееретвннй и втнрытий (53) УДК 536.52 ° (088.8) (72) Авторы изобретения

B. Г. Зубов, К. C. Семенистый и А, П, Крышев (71) Заявитель физико-механический институт АН Украинской ССР (54) ПИРОМЕТР СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ

Изобретение относится к радиационной пирометрии, точнее к технике измерения, высоких температур бесконтактным методом пб тепловому излучению.

Известны пирометры спектрального от- 5 ношения (1 j, которые определяют цветовую температуру путем измерения логарифма отношения монохроматических интенсивностей излучения объекта на двух длинах волн.

Известен также пирометр (2 ), содержаший!О приемник излучения, усилитель, обтюратор со светофильтрами, две накопительные RQцепочки, два ключа, посредством которых накопительные Ы -цепочки подключаются к выходу усилителя, дифференцируюшую и ин- 15 тегрируюшую цепочки, подключаемые с помошью двух ключей к накопительным RCцепочкам, и схему сравнения.

Недостатками этого пиреметра являют- 20 ся невысокая точность и ограниченный диа— пазон измеряемых температур, что обусловлено методической погрешностью преобразования отношения монохроматических интенсивностей излучения обьекта на двух длинах 25 волн во временной интервал, согласно выражению;

t, =7, ", (1.) ()2. где ТВ-постоянная времени интегрируюшей и дифференцирующей цепочек;

Ug и U -чапряжения, пропорциональные монохроматическим интенсивностям излучения объекта на двух длинах волн соответственно, при этом должно соблюдаться условие: Ug

Цг.

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 трехлолюсных аналоговых ключа, формирователь импульсов и одновибратор.

Первые входы дифференциальных усилителей подключены ко входам, а вторые входык выходам соответствуюших интегрируюших

ЯС-цепочек, Вход одной иэ интегрируюших RC-цепочек через формирователь им575503 пульсов 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. Первый и второй полюса другого трехполюсного аналогового ключа подключены соответственно к выходам дифференциальных усилителей, третьи полюса трехполюсных ключей соединены со входам. схемы сравнения, Входы

I трехполюсных ключей, управляющие замыка-. нием первого и третьего полюсов, подключены к одному выходу триггера, а с другим 15 его выходом соединены входы трехполюсных ключей, управляющие замыканием второго и третьего полюсов каждого трехполюсного ключа, На чертеже показана функциональная оке 26 ма предложенного пирометра, Пирометр содержит модулятор 1 светового потока, сост яший из оптической системы 2, с кадровыми окнами 3 и обтюратора 4 со светофильтрами, электродвига- 25 тель 5, приемник 6 излучения, предварительный усилитель 7, ключи 8-13, пиковые детекторы 14,15 с автоматическим сбросом, интегрирующие RC-цепочки 16, 17, дифференциальные усилители 18, 19 с единичными 30 коэффициентами усиления, трехполюсные аналоговые ключи 20, 21, схему 22 сравнения, триггер 23 со счетным входом, измерительную схему 24, формирователь 25 импульсов

Э5 и одновибратор 26, Принцип действия пирометра основан на том, что образуют экспоненциально возрастающие и экспоненциально затухающие с одинаковой постоянной времени электрические сигналы с конечными и начальными значениями„равными амплитудам импульсов

U и Ц пропорциональным монохроматиi ческим интенсивностям излучения объекта на двух длинах волн соответственно, а об из- 45 меряемой температуре судят по интервалу времени между моментом равенства нарастающего сигнала, соответствующего первому импульсу, затухающему сигналу, соответствующему второму импульсу, и моментом ра- о венства затухающего сигнала, соответствующего первому импульсу, нарастающему сигналу, соответствующему второму импульсу, Пиромс гр работает следующим образом, Световой поток от объекта, температура которого измеряется,при помощи оптической системы 2, кадровых окон 3, обтю.ратора 4 со светофильтрами и приемника 6 излучения преобразуется в следующие друг

60 эа другом импульсы с чередующимися амплитудами, логарифм отношения которых в определеннбм масштабе пропорционален цветовой температуре объекта.

После усиления предварительным усилителем 7 импульсы через ключи 8 и 9, эакорачиваюшиеся соответственно на время действия первого и второго импульсов, подаются на входы пиковых детекторов 14 и 15 с автоматическим сбросом, выделяющих амплитудные значения импульсов UgM

3 соответственно. После того как произош2 ло запоминание амплитуд двух импульсов, синхронно замыкаются ключи 10 и 11„и с выходов пиковых детекторов., 14 и 15 ко входам интегрирующих цепочек 16 и 17 прикладываются напряжения, равные амплитудным значениям двух:импульсов. . Одновременно триггер 23 устанавливается 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

U > U или полюса "б» и "в" при Ug 02.

Таким образом, к одному входу схемы

22 с выхода интегрирующей цепочки 17 приклвдьгвается напряжение, изменяющееся по закону:

0ñ,- 2(1 i ), Р) где 0С -напряжение на выходе интегрирую% щей цепочки 17; 1: — постоянная времени интегрирующих цепочек 16 и 17, а к другому входу схемы 22 сравнения с выхода дифференциального усилителя 18 с единичным коэффициентом усилении прикладывается напряжение, изменяющееся по закону:

Q) где U „--напряжение на сопротивлении 4

R< интегрирующей цепочки 16.

Для дифференциальных усилителей 18 и 19 должны выполняться соотношения з" » и k5=Р. 1 R соответстI . венно.

Легко показать, что момент t установления равенства между экспоненциально изменяющимися в разных направлениях сиг налами Uc и Ц я определяется по форсг муле: 1

t Ctn 1

U1+ +Up

В момент 1 срабатывает схема 22 сравнения и своим выходным импульсом перебрасывает триггер 23 в "единичное" с<т стояние. Выходные сигналы триггера, поступающие на управляющие входы аналоговых ключей 20 и 21, обеспечивают замыкание полюсов "б и в" ключей. В результате ко входам схемы 22 сравнения оказываются подключенными выходы интегрирующей цепочки

575503

16 и дифференциального усилителя 19 соответственно. Напряжение; приложенное ко входам схемы сравнения, изменяется по заU„- = u (ь) где Я - напряжение на выходе интегрис руюшей щепочки 16, u - О е ), (.6) где U< - напряжение на сопротивлении Ф

% интегрирующей цепочки 17. 10

Момент t> наступления равенства между напряжениями Uc. и U11 равен

t1--- ею AU, щ

В момент tg схема сравнения срабатыва- 15 ,вт еще раз, возврашая триггер 23 в «нупрвое состояние. Интервал времени

g - определяется вьцзажением:

t0 t en . И)

Измерительная схема 24, содержащая 20 трехвхсдовую схему совпадения, генератор счетных импульсов и счетчик, предназначена для измерения интервала времени

Ко входам схемы совпадения подключены выход одновибратора, генератор счетных им- 25 пульсов и единичный" выход .триггера 23, а вход счетчика соединен с выходом схемы совпадения, Измерительная схема работает следующим образом. В момент времени О когда происходит синхронное замыкание клю чей 10 и 11, выходной импульс формирователя 25 переводит одновибратор 26 во временно-устойчивое состояние, в течение которого на выходе одновибратора существует разрешающий сигнал для схемы совпадения.

Время, в течение которого одновибратор находится во временно-устойчивом состоянии, должно быть больше максимального времени, определяется формулой (7).

В течение времени t0, определяемого формулой (8), 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: .

М =f>

26, а подготовка интегрирующих RC-иепочек к следующему циклу измерения производится с помощью разрядных ключей 12 и 13, замыкаемых электродвигателем 5 синхронно с ключами 8 и 9 соответственно, Вотличие от прототипа,,на точность выполнения соотношения (1) которого накладывается условие (11 «Ug, в результате чего сужается диапазон измеряемых температур, а также: снижается точность измерения, формула (9) точно выполняется для любого соотношения амплитудных значений импульсов Ug и Ug, что позволяет существенно повысить точность измерения, а также расширить диапазон измеряемых температур.

Формула изобретения

Пирометр спектрального отношения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, усилитель, пиковые детекторы, интегрирующие КС-цепочки, схему сравнения, триггер, генератор счетных импульсов и счетчик, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых температур, в него введены два дифференциальных усилителя с единичными коэффициентами усиления, два трехполюсных аналоговых ключа, формирователь импульсов и ,одновибратор, при этом входы дифференциальных усилителей подключены к входам и выходам соответствующих интегрирующих

Я.С -цепочек, вход одной из интегрируюших RC-цепочек через формирователь импульсов соединен со входами триггера и одновибратора, выход которого подключен к входу измерительной схемы, два полюса одного трехполюсного аналогового ключа соединены, соответственно с выходами

ЯС-цепочек, а два полюса другого трехполюсного ключа подключены к выходам дифференциальных усилителей, третьи полюса трехполюсных ключей соединены со входами схемы сравнения, входы трехполюсных 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 пирометрии.

Металлургия" М., 1971, с. 362 -.

2. Авторское свидетельство СССР № 179033, кл. G 01 J 5/60, 1963, »55О3

Составитель В. Зуев ,Редактор Т, Орловская Техред Н. Бабурка Корректор Е Папп:

Заказ 41 19/47 Тираж 865 Подписное

HHHHl lH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4