Устройство для измерения температуры и энергии электромагнитного излучения

(59 4 С 01 К 7 00 С 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИ ЬСТ о СССР1982. ерениян с помо преобразоия. Конта, 1977,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное опытное проектно- конструкторское технологическое бюро СО ВАСХНИЛ(56) Авторское свидетельств У 1045006, кл. С 01 К 7/32,Метод одновременного изм двух неэлектрических величи щью одного измерительного вателя. - Экспресс-информац рольно-измерительная техник В 19, с.3-7.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОИАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ2(57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширитьинформативные возможности устройстваза счет дополнительного измерениямеханических усилий и повышения точности измерения, Чувствительный элемент устройства выполнен в виде цилиндрического термопреобразователя4 сопротивления (ТПС), установленногов центре теплопроводного корпуса би окруженного цилиндрическим тепловым экраном ЗПри подаче напряженияс блока управления на выводы 26 и 27открывается оптический затвор 2, расположенный в центре мембраны 1, Нагретый прошедшим через затвор электромагнитным излучением ТПС 4 нарушаетбаланс измерительного преобразователя, что фиксируется запоминающим уст1283545 ройством. По истечении времени, необходимого для фиксации максимальногозначения производной температуры, затвор закрывается и термопреобразователь охлаждается до температуры среды. При,измерении усилия тепловойэкран 3 перемещается по ТПС 4, увеличивая тем самым тепловое сопротивлеИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для одновременного измерения трех неэлектрических величин; температуры, механических усилий и электромагнитного 5 излучения, например, светового потока, и может найти применение для контроля указанных всличин и выдачи сигнала аварийной ситуации на объектах, где к измерительным приборам предъявляется прежде всего требование обеспечения минимальных габаритов и веса.Целью изобретения является расши 15 рение информативных возможностей за счет дополнительного измерения меФханических усилий и повышения точности измерения температуры и энергии электромагнитного излученияНа фиг.1 представлен чувствитель 20 ный элемент - датчик температуры, механических усилий и энергии электромагнитного излучения, фрагмент разреза на фиг,2 - структурная схема устройства.Датчик содержит (фиг.1) упругую мембрану 1, в центре которой расположен электрооптический затвор 2, тепловой экран 3, жестко закрепленный на мембране 1, термопреобразователь, выполненный в виде цилиндрического термопреобразователя 4 сопротивления, который покрыт с открытого торца слоем вещества, поглощающего энергию электромагнитного излучения, и установлен на дне корпуса 6, к которому жестко прикреплена мембрана 1Устройство содержит (фиг.2) измерительный преобразователь 7, преоб 40 разующий сопротивление термопреобразователя 4 в напряжение, выполненный,1 например, в виде мостовой схемы, в одно из плеч которой включен термоние на пути потока. ТПС 4 с открытого торца покршт поглощающим электромагнитное излучение веществом. В электрическую схему устройства введены два нормирующих усилителя, два коммутатора, цифровой индикатор и аналого - цифровой преобразователь гъил е преобразователь 4, а в другое - переменный резистор для уравновешиваниямостовой схемы (резистор не показан),и усилителя постоянного тока, включенного в измерительную диагональмостовой схемы (на фиг.2 усилительне показан), первый-третий коммутаторы 8-10, источник 11 напряжения,блок 12 выделения максимального значения производной, состоящий, например, из дифференцирующего усилителя13, запоминающего устройства 14 иэлектронного ключа 15, нормирующиеусилители 16 и 17, блок 18 управления, аналого-цифровой преобразователь19 и цифровой индикатор 20, Дифференцирующий усилитель 13 блока выделения максимального значения производной состоит из операционного усилителя 21, конденсатора 22 и резистора 23, а запоминающее устройствосостоит из диода 24 и конденсатора 25,Устройство работает следующим образом.В первый такт работы по командес блока 18 управления измерительныйпреобразователь 7 устанавливаетсяв положение, необходимое для проведения измерения температуры, т.е. если измерительный преобразователь 7выполнен в виде мостовой схемы, топутем регулирования сопротивления,включенного в противоположное плечосхемы, мост уравновешивается таким,ообразом, чтобы при 0 С его выходнойсигнал равнялся нулю. Уравновешивание мостовой схемы может быть осуществлено как ручным способом, таки путем использования специальныхустройств, позволяющих осуществитьуказанную операцию автоматически,без участия оператора.Электрооптический затвор в первом такте закрыт и он не пропускает электромагнитного излучения.При температуре измеряемого объекта, отличной от нуля, сигнал рас согласования, несущий информацию о температуре, с выхода измерительного преобразователя 7 через второй коммутатор 9 (по команде с блока 18 управления) поступает на вход пер вого нормирующего усилителя 16, где нормируется в соответствии с принятой температурной шкалой и поступает через третий коммутатор 10 на вход аналогоцифрового преобразователя15 (АЦП) 19. Значение температуры отображается на цифровом индикаторе 20,После отображения информации об измеряемой температуре на цифровом индикаторе сигналами с выходов блока 18 управления, поступающими на установочный вход АЦП 19 и управляющий вход ключа. 15, АЦП 19 устанавливается в исходное состояние, а ключ 15 замыкается. При этом с конденсатора 25 запоминающего устройства 14 снимается остаточное напряжение с предыдущего цикла работы всего устройства.30Во второй такт работы устройства измерительный преобразователь 7 по командам с блока управления уравновешивается при конкретной температуре объекта измерения, т.е. на выходе измерительного преобразователя 7 устанавливается нулевой сигнал. Электронный ключ 15 блока 12 устанавливается в положение "Разомкнуто". Затем блок 18 управления через первый ком мутатор 8 подает напряжение на выводы 26 и 27 электрооптического затвора 2 и открывает его.Световой поток или другое электромагнитное излучение проходит через, 45 открытый затвор и разогревает термопреобразователь 4. Баланс измерительного преобразователя 7 нарушается, этот сигнал с выхода измерительного преобразователя 7 через второй коммутатор 9 поступает на вход дифференцирующего усилителя 13 блока 12, Максимальное значение производной этого сигнала фиксируется на диодно-емкостном запоминающем устройстве 14. 55 Этот сигнал пропорционален мощности воздействующего сигнала.Уравнение теплового баланса для термопреобразователя в случае, еслитермопреобразователь и поглотительизлучения имеют одинаковую температу-ру по объему чувствительного элемента, можно представить следующим образом. йТС - +Т =И с 11 где С - теплоемкость;Т - температура;Ъ - полная теплопередача;И - мощность теплового источника;- время.Решение уравнения (1) следующее:Т = - (1-Е ),У(4) По истечении времени, необходимого для фиксации максимального значения производной, блок 18 управления снимает с электрооптического затвора 2 напряжение, последний закрывается и термопреобразователь сопротивления охлаждается до температуры среды. Напряжение с конденсатора 25 запоминающего устройства 14 блока 12 выделения максимального значения производной через третий коммутатор 10 поступает на вход АЦП 19 и отображается на цифровом индикаторе 20. Затем блок управления устанавливает АЦП 19 в исходное состояние.В третий такт работы по команде блока 18 управления через первый коммутатор 8 на вйводы 28 и 29 подается напряжение, вызывающее нагрев термопреобразователя до определенной температуры, при которой суммарный теплоотвод в точности уравновешивает выделяемую в термопреобразователе мощность. Эта температура должна быть такой, чтобы не возникали радиационные потери. Затем измерительный пре" образователь 7 уравновешивается таким образом, чтобы его выходной сиггде=С/а - постоянная времени,Тогда, дифференцируя выражение (2) (эту операцию осуществляет блок выделения максимального значения производной), получаем:ДТ у л-- = - е (3)ЙС С )Тогда на выходе источника 11 напряжения, производящего нагрев термопреобразователя 4 (или в ином месте) должен быть установлен разделительный конденсатор (не показано) и частота этого переменного напряжения должна "подавляться" в измерительном преобразователе 7. По истечении времени, необходимого для регистрации измеряемого усю 1 ия, блок 18 управления через первый коммутатор,8 снимает напряжение "нагрева" с термопреобразователя 4. Последний охлаждается до температуры среды, АЦП 19 устанавливается в исходное 50 нал был равен нулю при отсутствиимеханических усилий, а следовательно,и перемещения теплового экрана 3. Значение параметра уравновешивания измерительного преобразователя 7 подбирается расчетным или экспериментальнымпутем при проведении градуировки устройства. Под воздействием усилия тепловой экран 3 перемещается вдоль термометра 4. Так как тепловой экран 10расположен на пути теплового потокарассеивания термопреобразователя 4,то его роль при измерении усилия заключается в увеличении теплового сопротивления на пути потока, Перемещение теплового экрана 3 вызывает дополнительный нагрев термопреобразователя 4 и сигнал рассогласования,несущий информацию об измеряемом усилии, с выхода измерительного преобразователя 7 поступает через второйкоммутатор 9 (по команде блока 18управления) на вход второго нормирующего усилителя 17, где нормируетсяв соответствии с принятыми единицамиизмерения усилия или давления, и через третий коммутатор 10 поступаетна вход АЦП 19, значение усилияотображается на цифровом индикаторе 20, 30Для исключения влияния нагреватермопреобразователя 4 на процесс измерения приращения температуры, какфункции перемещения теплового экрана,а, следовательно, и механическогоусилия, может быть примейено частотное разделение канала "нагрева" и канала "измерения",т.е, в этом случаенагрев термопреобразователя 4 можетбыть произведен на переменном токе, 40а измерение приращения термопреобразователя 4 производится на постоянном токе,1 состояние. На этом цикл работы всего устройства заканчивается.Электрооптический затвор может быть выполнен в форме линзы, которая "Фокусирует" световой или иной поток электромагнитного излучения на поверхность термопреобразователя.Нормирующие усилители 1 б и 17 могут выполнять и функцию линеаризацни номинальной статической характеристики датчика, как по каналу измерения температуры, так и по каналу измерения механических усилий.Блок управления может быть выполнен в виде Формирователя управляющих сигналов на основе генератора импульсов и электромагнитных реле, срабатывающих в определенной последовательности.Формула изобретения Устройство для измерения температуры и энергии электромагнитного излучения, содержащее чувствительный элемент, выходы которого соединены соответственно с входами измерительного преобразователя и выходами первого коммутатора, входы которого соединены с источником напряжения, а управляющий вход подключен к пер- вому выходу блока управления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения информативных возможностей за счет дополнительного измерения механических усилий и повышения точности измерения температуры и энергии электромагнитного излучения, в него введены блок выделения максимального значения производной, два нормирующих усилителя, второй и третий коммутаторы, цифровой индикатор и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом цифрового индикатора, вход соединен с выходом третьего коммутатора, а установочный вход соединен с установочным входом блока выделения максимального значения производ-. ной и подключен к второму выходу блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом измерительного преобразователя, а четвертый выход соединен с управляющими входами третьего и второго коммутаторов, вход которого соединен с входом блока управления и выходом измерительного преобразователя, а выходы соответственно через блок выде1283545 оставитель В. Кулико ехред Л,Сердюкова.Ко ктор С. Шекм Реда Н. Слободяник Заказ 7427/37 Тираж 776.ВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.,Подписно 4/5 енно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная оизв ления максимальной производной и нормирующие усилители подключены к входам третьего коммутатора, причем чувствительный элемент выполнен в видецилиндрического термопреобразователясопротивления, закрепленного в центре цилиндрического теплопроводногокорпуса, закрытого сверху жесткой,мембраной, снабженной электрооптическим затвором, расположенным в центремембраны напротив термопреобразователя сопротивления, и цилиндрическимтепловым экраном, окружающим термопреобразователь сопротивления с возмож -ностью перемещения относительно него,причем открытый торец термопреобразователя сопротнвленияпокрыт поглощающимэлектромагнитное излучение веществом.