Пирометр спектрального отношения

О Сеоз Сфветс г 64620 налнстнчесннхРеспубпнкФ ОБРЕТЕпИ ТЕЛЬСТВУ ОРСКОМ У 1) Дополнительное к авт д-в(51) М. Кл. 400542/18-2 22) Заявлено 230876 (21 присоединением заявк 1 3 5 осударственный комите СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 05027 Дата опубликования Бюллетень5описания 050279 Авторы Б.И Глажкевич, В.Г. Зубов, А.П,изобретения К,С,Семенистый и д.А. Юрковски 71) Заявите Физико-механический институт АН Украинской ССР 54) ПИРОМЕТР СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ тся т Изобретение относится к областирадиационной пирометрии и может бытьиспользовано в пирометрах спектрального отношения для бесконтактногометода измерения температуры нагретыхтел по тепловому излучению,Известны пирометры спектральногоотношения, содержащие обтюратор сосветофильтрами, приемник излученияусилитель, регистрирующую схемудостатком этих пирометров являеневозможность получения линейнойтемпературной шкалы и обеспеченияэлектрической корректировки шкалыпирометра.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому устройствуявляется пирометр спектрального отношения, содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения,предварительный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолновогои длинноволнового излучения,первый и второй ключи, подсоединенные управляющими входами к соответствующим выходам датчика синхроимпульсов, генератор линейно изменяю-щегося напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных источника регулируемых опорных напряжений; третьего ключа и интегратора, причем управлякщий вход третьего ключа подсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени,В этих пирометрах используется ли нейная связь логарифма отношения .монохроматических интенсивностей излучения в двух длинах волн с обратным значением цветовой температуры объекта, отсчет показаний произво дится по условной шкале показывающего 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 моно- хроматических излучений Ь( ЛТ ) иЬ(Л ,1 ) в двух длинах волн Л и Л( Л 2 /Х 1 ) 1) выражается формулойЫЛт 1 о 1)лл56оигде С-(1,4380+0,0001)10 м. град постоянная величина;"1" - постоянная величина, позволяющая смещать начало температурнойыкалыеНедостатком прототипа является .то, что его выходной сигнал не связанлинейной зависимостью с измеряемойтемпературо 9, а пропорционален тольО(,т)ко величине я в формуле (1)Ъ(Л,т),Электронный потенциометр, работающий в комплекте с цветовым пирометром, имеет лишь Функциональнуюшкалу в условныхделениях, которыенаносятся на индивидуальной градуировке прибора.На практйке в связи с систематиЧаскймЫ иэменениямй спектральной"чувствительйости фбтоэлемента вслед"ствиеперемены окружающей темпе"рагурй-,"длительной эксплуатации, атакже смены Фотоэлемента имеет местоЬРЛ)отклонение величины п э(л т) отизмеряемой прототипом величины-Ь- , гдеи 02 амплитудыимпульсов, связанные с интенсивностями мокохроматических излучений при,:к" (Лт),где К и К - коэффициенты, эави 1 2сящие от спектральной чувствительности Фотоприемника на участкахспектра Л и Л 2 соответственно,Используя зависимость (2), можнозаписать :.-- +д) ц В(л 1,т) Кп ц и (лт) я кОтсюда видно,. что вследствие изменения спектральной чувствительности Фотоприемника градуировка устройства необратимо изменяется и градусную ШкаМу при этом требуетсяперечерчивать. Отсутствие возможностипрбстой электрической корректировки шкалы являетсяеще одйим его недостатком. Целью предлагаемого, изобретения является получение линейной темпера-. урйой шкаль) и обеспечение возможноси электрической корректировкишкалй пирометра. Она достигается тем, что в пирометр введены блок памяти, два сумматора;-два трехпойбсййх ключа,син:хрониэатор, ЙС -цепь с зарядным иразряднымключами и триггер, приэтом амплитудный детекгор импульсовкоротковолнового излучения и соответствующий выход источника регулируе = Ийх ойорнйхнапряжений через йервыйтрехполюсный ключ; а выход амплитудного детектора длинноволновогоизлучения и выход первого сумматорачерез второй трехполюсный ключ подсоединены соответственно к первомуи второму входам преобразователя логарифма отношения двух напряженийв интервал времени, второй выход которого подключен к единичному входутриггера, выход которого соединен суправляющим входом разрядного ключакС-цепи, первые входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходу интегратора и к конденсатору РС -цепи, источник регулируемых опорных напряжений выходамиподключен соответственно ко вторымвходам сумматоров и к сигнальномувходу зарядного ключа Йс-цепи, синхронизатор входами подсоединен к вы-.ходам датчика синхроимпульсов, авыходами - соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей; к управляющим входам преобразователяотношения двух напряжений в интервалвремени и к точке соединения нулевого входа триггера, управляющего входа блока памяти, шины сброса интегратбра и управляющего входа зарядного ключа ЯС -цепи, а вхбд блокапамяти подсоединен к выходу второгосумматора.На чертеже представлена схемапредлагаемого пирометра.Пирометр содержит обтюратор 1 со .светофильтрами, приемник .2 излучения,предварительный усилитель 3, амплитудный детектор 4 импульсов короткоЗ 8 волнового излучения, амплитудныйдетектор 5 импульсов длинноволновогоизлучения, ключи 6 и 7, датчик 8синхроимпульсов, преобразователь 9логарифма отношения двух напряжейий40 винтервал времени, состоящий из схемы 10 сравнения, триггера 11, разрядной ЙС-цепи 12 и ключа 13, ин-тегратор 14, ключ 15, источник 16регулируемых опорных напряжений,48 трехг(олюсйые ключи 17 и 18, сумматоры.конденсатора 22, резистора 23, заряд. ного ключа 24 и разрядного ключа 25,синхронизатор 26, в состав которого80 входят триггер 27, схема 28 задерж-ки, инвертор 29, схемы 30 и 31 совпадения и"схема 32 ИЛИ, триггер 33 иблок 34 памяти,Пирометр работает следующим образом.Световой поток от объекта, температура которого измеряется при помощиоптической системы, обтюратора1 со светофильтрами и приемника 2излучения преобразуется в следующиеф 0 друг за другом однополярные импульсынапряжения О и Ор с.чередующимисяамплитудами О и 2 , связаннымис ингенсивностями монохроматическихизлучений объекта в двух длИнах волн65 зависимостями (2).После усиления импульсов О и О усилителем 3 и синхронного детектирования при помощи ключей б и 7 на амплитудных детекторах 4 и 5 выделяются амплитудные значения С и О этих импульсов. Работой ключей.б и 7 управляют синхроимпульсы, поступающие с датчика 8, причем на управляющий вход ключа б импульсы приходят синхронно с импульсом. О коротковолнового излучения, а на управляющий вход ключа 7 - синхронно с импульсом 10 О 2 длинноволнового излучения.С приходом импульса О, триггер 27 переводится соответствующим синхроимпульсом в единичное состояние (будем считать, что триггер запускается отрицательным импульсом) . напряжения, поступающие с выходов триггера 27 на управляющие входы трехполюсных ключей 17 и 18 обеспечивают подключение .выходов амплитудных Ю 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 эамкнутй 25 а ключи 15 и .25 разомкнуты.Выходное постоянное напряжение О амплитудного детектора 4 прикладывается через ключ 13 к разрядной кС цепи 12 и с момента времени 1 на- З 0 чинается подготовка преобразователя 9 к работе (происходит заряд емкости ЯС -цепи 12), Через промежу-ток нремени С, достаточный для подготовки преобразователя 9 к 35 работе, синхронизатор 26 формирует передний фронт импульса, поступающего с выхода схемы 32 ИЛИ на управляющий вход ключа 13, В момент нремени С, начинается первый такт преобра зования: однсвременно с раз(ыканием ключа 13 триггер 11 перебрасывается передним Фронтом выходного импульса инвертора 29 в нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 15, В результате на выходе интегратора 14 напряжение начинает изменяться по законуЦ (Ь)- -(Ф.-С), (4)пгде О- приложенное к сигнальному входу ключа 15 опорное напряжение с выхода источника 16;Сп - постоянная времени интегратора 14. Одновременно, начиная с момента времени С , на выходе разрядной ЙС -цепи 12 образуется экспоненциально спадающей напряжение, описывающееся зависимостьюц,(с-с,) =цИ " (5)где- постоянная времени разряда С -цепи 12. 65(В момент времени 1 выходной импульс схемы 10 сравнения перебрасывает триггер 11 в единичное состояние, и ключ 15 размыкается. Итак, н момент(времени С на выходе интег:атора 14 Фиксируется напряжениео 1 с 1 тОц(С, ) О= -(8) Таким образом, в течение первого такта происходит преобразование логарифма отношения напряжений Ц и Од ( пропорциональных монохооматическим интенсивностям излучения объекта в двух длинах волн, в напряжение. Действительно, после подстановки равенства (7) в равенство (8) получим01В момент времени С 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, равно 6 а к свободному Входу схемы 10 сравнения - напряжение О, где Оо 2 и О - выходные опорные йапряжения источника 1 б. В течение промежутка времени Сз - С =С происходит подготовкапреобразователя 9 ко второму такту преобразования (идет заряд емкости разрядной МС -цепи 12 до значения О ),В МОМЕНТ ВРЕМЕНИ Сэ НаЧИНаЕтСЯ. второй такт преобразования, при этом передним фронтом импульса, поступающего с выхода схемы 28 задержки триггер 35 перебрасывается н нулевое состояние, что приводит к замыканию ключа 25. Ключ 24 размыкается управляющим сигналом, поступающим с выхода схемы 28, Блок 9 производит преобразование логарифма от ношения напряжений О и Оо в ин-.тервал нремени согласно выражениюсгт ееОэоьВ моМент времени ССт схема 10 сравнения формирует импульс, перебрасывающий триггер 33 в единичное состояние, в результате клнч 25размыкается, и разряд емкости 32 через сопротивление 23 прекращается. Зафиксированное на емкости напрйжение в этот момент равно .дтО ц .0 фг (ц)где ОО 4 - опорное напряжение, задаваемое источником 16)Су - постоянная времени разряда ЙС -цепи 21.Блок 34 производит выборку и хранение уровня напряжения, поступающего с выхода сумматора 20 и равногоВых с ОО (15)где О, - напряжейие, подаваемое на вход сумматора 20 с выхода источника 16.После подстановки выражений ( 9 ), (10), (11) и (12), а полученного выражения в формулу (13) выходное напряженйе пирометра выразится в следующем видецапОВых ц- ц ц обО 1 1 02Е - + -ОЬ П 2 ЦОЪгде принято Г, =т.: с,В течение второго такта, крометого, происходит сброс интегратора14.Иэ сравнения выражений (1) и (14)легко видеть, что для того, чтобыградусная шкала пирометра была линейной, т.е. чтобы выполнялось условие:цо (5)Выхгде К - коэффициент пропорциональности,необходимо и достаточно выполненияследующих соотношенийу (Ц О ) О "-КСО 1 ОЭ ф . О 4г г/АгОО 25 цр "Ор О1Периодическая электрическая корректировка температурной шкалы пирометра, т.е. учет члена 1, вформуле (3), осуществляется выставКлением опорного напряжения Орг виСточнике 16,При настройке пирометров, имеющихразные диапазоны измеряемых температур,и .использующих разные спектральные участки, необходимо иметьвозможнс рть изменять в Формуле (14)йапрйжеийя, пропоргиональнйе величинам--- 1 и 1 о - в формуле(1). Это осуществляется регулировкойопорных напряжений ОО 4 и О соответственно.формула изобретения.Пирометр спектрального отношения,содержащий обтюратор со светофильтрами, приемник излучения, предварительный усилитель, амплитудные детекторы импульсов коротковолновогои длинноволнового излучений, первый5 10 5 35 40 и второй ключи, подсоединенные управляющими входами к соответствующим выходам датчика синхроимпульсов, генератор линейно изменяющегося нап-ряжения, выполненный в виде последовательно соединенных источника регулируемых опорных напряжений, третьего ключа и интегратора, причем управляющий вход третьего ключа подсоединен к первому выходу преобразователя логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения линейной температурной шкалы и обеспечения воэможности электрической корректировки шкалы пирометра, в него введеныблок памяти, два сумматора, два трехполюсных ключа, синхронизатор, ВС-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 РС -цепи, первые вхОды первого и второго сумматоровподключены соответственно к выходу интегратора и к конденсатору кС -цепи, источник Регулируемых опорных напряжений выходами подключен соответственно ко вторым входам сумматоров и к сигнальному входу за-: рядного ключа ЯС -цепи, синхронизатор входами подсоединен к выходамдатчика синхроимпульсов, а выходами - соответственно к управляющим входам трехполюсных ключей, к управляющим входам преобразователя отнощения двух напряжений в интервал времени и к точке соединения нулевого входа триггера, управляющего 50 входа блока памяти, шины сброса ин.тегратора и управляющего входа зарядного ключа ЙС -цепи, а вход блока памяти подсоединен к выходу второго сумматора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Лапина Э,А. Пирометры излучения, М НТО Приборпром, 1966, с.б 3- 64,2. Агейкин Д.И и др. Датчики контроля и регулирования, М., Машиностроение, 1965, с. 901-902,3, Свет Д.Я., Линин Е. Цветовойпирометр ЦЭП-З, Приборостроение,1965, 9 12, с. 13-16.646204 ль В. Зуе СоставиТехред ктор Д. Мельниченко Петко авло дакто каз 100/32 , Тираж 765 ЦНИИПИГосударствейного комите по делам изобретений 113035, Москва, Ж-ЗБ, Р