Устройство для измерения лучистых потоков

(51) 4С 01 Л 5/22 БРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИК АВТОРСКОМУ СВИДЕ21 3337482 18-25(46) 30.03.86. Бюл. У 12 (71) Институт технической теплофизики АН Украинской ССР(56) Геращенко О.А. Основы теплометрии. Киев."Наукова думка", 1971, с. 192.физические измерения в газовой динамике и при горении. Ред.Ладенбург Р.У. и др. М.; Изд-во иностранной литературы, 1957, с, 220. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температуроза,.80102653 висимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональмоста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыщенияточности измерений при нестабильности условий охлаждения, в него введена дополнительная мостовая схема,идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления включены таким образом, что одни их концы соединены вместе в общую точкусхемы, а вторые концы подсоединены квходу аналогового измерительного устройства.Изобретение относится к областирадиационной пирометрии и может бытьиспользовано для измерения лучистыхпотоков.Известно устройство для измерениялучистых потоков по схеме К, Ангстрема, состоящее из двух чувствительных элементов, установленных на каждомИз них датчиков температуры,электрического нагревателя для одного из чувствительных элементов и источника его питания, Недостаткамитакого устройства являются большаяинерционность чувствительного элемента за счет присоединения к немуизмерителя температуры и еще большаяинерционность компенсационного элемента за счет присоединенных к немуи измерителя температуры, и нагревателя,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому устройствуявляется устройство для измерениялучистых потоков, содержащее мостовуюсхему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональмоста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входуисточника питания, Подобные устройства широко известны под названиемтермоанемометров постоянного сопротивления.Сначала через чувствительный элемент пропускается ток, который рассеивает на нем мощность больше ожидаемой мощности измеряемого теплового потока, а затем при облучении/чувствительного элемента измеряемымтепловым потоком электрическая мощность уменьшается до достижения заданного ранее постоянного перегревачувствительного элемента над окружающей средой. Величина измеряемоготеплового потока определяется какразность электрических мощностей дои после обслучения. Достоинством этого устройства является то, что приемник излучения не нуждается в граду"ировке и обладает минимальной инерционностью, поскольку чувствительныйэлемент в виде температурозависимогосопротивления объединяет в себе функции тепловоспринимающего элемента,измерителя температуры и электрического нагревателя. Однако описанное5 1 О 15 устройство обладает и существенным недостатком, связанным с тем, что изменение условий охлаждения при непосредственном измерении теплового потока по сравнению с условиями охлаждения при установлении начального перегрева (начального значения электрического тока) приводит к появлению неконтролируемой ошибки измерения. Кроме того, такие устройства требуют сложных систем термостабилизации для обеспечения идентичности (стабильнос" ти) условий охлаждения чувствительного элемента.Цель изобретения - повышение точности измерений при нестабильности условий охлаждения. 20 25 30 35 40 45 Ю 55 Введение в схему аналогового устройства позволяет производить отсчет показаний устройства непосредственно Цель достигается тем, что в йзвестное устройство, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления включены таким образом, что одни их концы соединены вместе в общую точку схемы, а вторые концы подсоединены к входу аналогового измерительного устройства.1Введение в схему устройства второй мостовой схемы с температуроза" виснмым сопротивлением, источником питания и дифференциальной измерительной схемой дает возможность автоматически поддерживать заданную температуру компенсационного элемента, изменяя при этом ток через него в зависимости от изменения условий его охлаждения, что дает возможность отслеживать суммарную мощность, рассеиваемую на чувствительном элементе синхронно с ее изменением и тем самым устранить зависимость результата измерения лучистого потока от условий охлаждения чувствительного элемента, и тем самым повысить точность его измерения.3 1026535 4в единицах измеряемой мощности тепло- .кного потока.Я+", К ="К,На чертеже приведена схема устройства.откуда измеряемый лучистый потокЧувствительный элемент 1 и компенсационный элемент 2 включены в мосто- и 2 .к 2,вые схемы (мосты) 3 и 4, в эти же 2 2 1 2 К( 2 тмостовые схемы введены переменные 1) -сопротивления 5 и 6 для установкиК,необходимой степени перегрева чувст О Работа устройства обеспечиваетвительного 1 и компенсационного 2 постоянство во времени как сопротивэлементОв, в генераторные диагонали ления чувствительного элемента 1 К,мостов 3 и 4 вк лючены источники 7 и так и компенсационного элемента 2 К,8 питания (тока) а( ), в измерительные и, следовательно, их равенство К= К,диагонали - дифференциальные изме как выбрано вначале. Мощности, расрительные схемы 9 и 10 соответствен- сеиваемые на них при одинаковостиусловий охлаждения, также одинаковы.ный 2 элементы включены в мостовые Таким образом, разность квадратов пасхемы 3 и 4 так чтчто один из концов дений напряжений на компенсационнбмих соединен с общей точкой, а другие 20 2 и чувствительном 1 элементах, умноконцы подключены к входам аналогового женная на проводимость (величину,устройства 11. обратную сопротивлению) чувствительного элемента 1 соответствует измеряУстройство работает следующим образом.емому лучистому тепловому потоку,25 Аналоговое устройство 11 выполняетПри отсутствии измеряемого потокатт тт 2операцию Ц 2 - Ц. ) которая наиболеена переменных : сопротивлениях 5 и 6 просто выполняется как ( ц - ц ) твыставляется такая величина , чтобы ,( ц . + ц )к ( +) ) при этом на его выходебаланс мостовых схем 3 и 4 доетигал- появляется сигнал , пропорциональныйся при заданной мощности перегрева ЭО мощности измеряемого лучистого теплочувствительного 1 и компенсационногового потока с точностью до постоян 2 элементов . После этого включаютсяного множителящ ) умножение на котоисточники 7 и 8 питания , управляемыеюрыи, при необходимости, может такжесигналами разбаланса мостовых схем осуществляться в аналоговом устрой 3 и 4, усиленными дифференциальнымиизмерительными схемами 9 и 10, иЭ 5Рассмотрим эффективность данногоются токи 1 1 и 2. Ри устройства.равенстве сопротивлений чувствитель- . Если в качестве чувствительногоного 1 и компенсационного 2 элеменэлемента использовано термосопротивтов (К = К ) и условий их охлажделение из никеля с приемной поверхния одинаковый их перегрев достигается при токах х =. При этом наностью Р5,3 ммф. и электрическимПри этом на сопротивлением К = 100 Ом то приних рассеиваются электрические мощ),2, дего охлаждении с коэффициентом тепности 1 К =К 2 или, заменяяК = Цлоотдачи Ы = 5 Вт/м 2 К и температур= Ци 1 К 2 = Ц 2) можно написать1/К = Ц 1/К 2ном напоре Ь = 1 К шкала измерителя1/ 4 ц 2 т 1лучистого потока будетПри облучении чувствительного элемента 1 измеряемым тепловым потокомЦ= ГМс( =5,3 10 5 1 = 26,5 10 Вт.начнет возрастать его сопротивлениеза счет роста температуры, что приПри этом стабилизилизация температурй5 О ж точностью +О, 1 К выэоветствующему уменьшению тока источвет погрешность в измерении тепловоника 7 питания При установлении нового положения равновесия моста 3 при от располагаемой шкалы мощности,новом значении тока 1, суммарная мо - Выделение в чувствительном элеменность, рассеиваемая на чувствительном 55 те сопротивлением К = 100 Ом мощэлементе 1, определится как сумма иэ- ности 1)1 26,510 Вт соответствуетмеряемого лучистого потока и мощность падению напряжения на немвыделяемая током , ) т.е. ц =% = 51 5 "10В= 0,3510 Вт. Редактор Л, Письман Техред Л.олейник, Корректор Ае. Ференц Заказ 1629/5 Тираж 778 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо деламизобретений и .открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При работе по данной схеме устройства и использовании серийных цифровых вольтметров измерения возможно проворить с погрешностью на уровне 10 , т.е. ошибка в измерении падения напряжения на чувст,вительном элементе составитБ = гг 10= 51,5 105,15 10 6 В. Ошибка в определении мощности, рассеиваемой на приемном элементе, при этом составит2 Б 8 ггГ 2 2.51,5 10 з 5,15.10 2к гоо Таким образом, применение настоящего устройства позволяет увеличить точность измерения лучистого теплового потока более, чем в 75 раз,Изобретение может быть использовано для научных исследований, испыта" 10 ний энергетических устройств, работающих как в стационарных, так и в импульсных режимах, для обнаружения по тепловому излучению движущихся и неподвижных объектов для обеспече 15 ния измерений в лазерной технике.