RU2760642C1 - Device for measuring the temperature of a heated object - Google Patents
Device for measuring the temperature of a heated object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760642C1 RU2760642C1 RU2021104224A RU2021104224A RU2760642C1 RU 2760642 C1 RU2760642 C1 RU 2760642C1 RU 2021104224 A RU2021104224 A RU 2021104224A RU 2021104224 A RU2021104224 A RU 2021104224A RU 2760642 C1 RU2760642 C1 RU 2760642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- frequency
- microwave generator
- varactor
- filament
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/58—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using absorption; using extinction effect
Abstract
Description
Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике, а в частности к средствам бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел.The invention relates to information-measuring and computing technology, and in particular to means of non-contact measurement of the surface temperature of heated bodies.
Известен пирометр, реализующий способ бесконтактного измерения температуры (RU 2149366 С1, 20.05.2000). Данный способ использует прием теплового излучения объекта, спектральную фильтрацию, его модуляцию, детектирование, усиление на частоте модуляции, выделение переменной составляющей, регистрацию излучения под углом к нормали к поверхности излучения равном главному углу падения луча, и выделении в детектируемом сигнале разности ортогонально поляризованных компонент излучения, по которой определяют температуру поверхности объекта.Known pyrometer, which implements the method of contactless temperature measurement (RU 2149366 C1, 20.05.2000). This method uses the reception of thermal radiation of an object, spectral filtering, its modulation, detection, amplification at the modulation frequency, selection of an alternating component, registration of radiation at an angle to the normal to the radiation surface equal to the main angle of incidence of the beam, and selection of the difference of orthogonally polarized radiation components in the detected signal , by which the temperature of the object's surface is determined.
Недостатки этого известного способа - необходимость поляризации излучения, его модуляции и детектирования, значительная алгоритмическая сложность определения температуры и, как результат, значительная аппаратурная избыточность, низкая надежность в работе и значительная эксплуатационная сложность.The disadvantages of this known method are the need for radiation polarization, modulation and detection, significant algorithmic complexity of temperature determination and, as a result, significant hardware redundancy, low operational reliability and significant operational complexity.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип оптический пирометр (см. Э.Г. Миронов, Н.П. Бессонов. Метрология и технические измерения: учебное пособие. М.: КОНУРС, 2016. - 422 с. - стр. 371-371). Этот оптический пирометр включает в себя: исследуемый объект, температура которого измеряется; оптическую систему; светофильтр; термометрическую лампу с нитью накаливания; окуляр; ЭДС источника питания с переменным сопротивлением и миллиамперметром, проградуированным в градусах Цельсия.The closest technical solution to the proposed one is the optical pyrometer adopted by the author as a prototype (see E. G. Mironov, N. P. Bessonov. Metrology and technical measurements: textbook. M .: KONURS, 2016. - 422 p. - p. 371-371). This optical pyrometer includes: the object under investigation, the temperature of which is measured; optical system; light filter; a thermometric lamp with an incandescent filament; eyepiece; EMF of a power supply with variable resistance and a milliammeter, graduated in degrees Celsius.
Если температура исследуемого объекта больше температуры нити накаливания термометрической лампы, то в окуляре можно увидеть темную нить на светлом фоне. Яркость свечения нити регулируется переменным сопротивлением. Изменяют сопротивление до тех пор, пока нить не сольется с фоном, который дает исследуемый объект. В результате температура нити накаливания будет равной температуре исследуемого объекта, что достигается при вполне определенной силе тока, протекающий по нити накаливания и миллиамперметру под действием ЭДС источника питания.If the temperature of the investigated object is higher than the temperature of the filament of the thermometric lamp, then a dark filament against a light background can be seen in the eyepiece. The brightness of the filament glow is regulated by a variable resistance. Change the resistance until the thread merges with the background, which gives the object under study. As a result, the temperature of the filament will be equal to the temperature of the object under study, which is achieved at a quite definite current strength flowing through the filament and milliammeter under the action of the EMF of the power source.
При измеряемой температуре меньшей температуры нити накаливания можно увидеть в окуляре светлую нить на темном фоне. В этом случае с помощью переменного сопротивления уменьшается сила тока до тех пор, пока нить накаливания не сольется с фоном от объекта исследования.If the measured temperature is lower than the filament temperature, you can see a light filament against a dark background in the eyepiece. In this case, with the help of a variable resistance, the current strength is reduced until the filament merges with the background from the object of study.
Отсчет показаний проводится по миллиамперметру, проградуированному в градусах Цельсия.The reading is carried out using a milliammeter, graduated in degrees Celsius.
Недостатком этого известного пирометра можно считать низкую точность из-за погрешности взаимодействия миллиамперметра с источником питания и погрешности отсчитывания, складывающей из погрешности интерполяции и погрешности параллакса.The disadvantage of this known pyrometer can be considered low accuracy due to the error in the interaction of the milliammeter with the power source and the reading error, which is the sum of the interpolation error and the parallax error.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение точности измерения температуры.The technical result of the proposed technical solution is to improve the accuracy of temperature measurement.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения температуры нагретого объекта, содержащее, оптическую систему, преобразующую тепловое излучение нагретого объекта в видимое излучение, термометрическую лампу с нитью накаливания, окуляр, предназначенный для рассматривания изображения глазом, ЭДС источника питания с переменным сопротивлением, введены СВЧ-генератор с варакторной перестройкой частоты, блок питания постоянного тока и проградуированный в градусах Цельсия частотомер, причем выход ЭДС источника питания с сопротивлением соединен с термометрической лампой с нитью накаливания и варактором СВЧ-генератора с варакторной перестройкой частоты, вход по питанию СВЧ-генератора подключен к выходу блока питания постоянного тока, выход энергии СВЧ-генератора соединен с входом проградуированного в градусах Цельсия частотомера.The technical result is achieved in that the device for measuring the temperature of a heated object, containing, an optical system that converts the thermal radiation of a heated object into visible radiation, a thermometric lamp with a filament, an eyepiece designed for viewing the image with the eye, the EMF of a power source with variable resistance, are introduced A microwave generator with varactor frequency tuning, a DC power supply and a frequency meter calibrated in degrees Celsius, and the output of the EMF of the power supply with a resistance is connected to a thermometric lamp with a filament and a varactor of a microwave generator with a varactor frequency tuning, the power input of the microwave generator is connected to the output of the DC power supply, the energy output of the microwave generator is connected to the input of the frequency meter, calibrated in degrees Celsius.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что на основе использования СВЧ-генератора с варактороной перестройкой частоты, можно обеспечить измерение температуры нагретого объекта частотой выходных колебаний генератора.The essence of the claimed invention, characterized by the combination of the above features, is that based on the use of a microwave generator with varactoron frequency tuning, it is possible to measure the temperature of a heated object with the frequency of the generator's output oscillations.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу измерения температуры нагретого объекта посредством частоты выходных колебаний СВЧ-генератора с варактороной перестройкой частоты, при его перестройке в зависимости от изменения температуры объекта, с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения температуры.The presence in the claimed device of the combination of the listed existing features allows solving the problem of measuring the temperature of a heated object by means of the frequency of the output oscillations of the microwave generator with varactoron frequency tuning, with its tuning depending on the temperature change of the object, with the desired technical result, i.e. increasing the accuracy of temperature measurement.
На чертеже приведена функциональная схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.
Устройство содержит оптическую систему 1, термометрическую лампу с нитью накаливания 2, окуляр 3, ЭДС источника питания с переменным сопротивлением 4, СВЧ-генератор с варакторной перестройкой частоты 5, частотомер 6 и блок питания постоянного тока 7. На фигуре цифрой 8 обозначен нагретый объект.The device contains an
Предлагаемое устройство, предзначенное на диапазон измерения температур 800-1400°С, работает следующим образом. До начала процесса измерения температуры нагретого тела, с помощью блока питания постоянного тока 7 осуществляют питание СВЧ-генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Частотомером 6 фиксируется частота выходных электромагнитных колебаний данного генератора с нулевой частотой перестройки. После этого тепловое излучение от нагретого до 1100°С (для измерения температуры можно использовать, например, термопару) объекта 8, направляют на оптическую систему 1, производимую преобразование теплового излучения в видимое излучение. Далее видимым излучением, соответствующим средней температуре выше указанного диапазона температур, воздействуют на термометрическую лампу с нитью накаливания 2, питаемую от ЭДС источника питания с переменным сопротивлением 4. Одновременно с этим в окуляре 3 наблюдают поведение (характерный вид изображения) нити накаливания в зависимости от изменения температуры нагретого тела.The proposed device, designed for a temperature measurement range of 800-1400 ° C, operates as follows. Before the start of the process of measuring the temperature of the heated body, using the DC
Пусть температура 1100°С нагретого объекта больше температуры нити накаливания. Тогда в окуляре можно увидеть темную нить на светлом фоне. Согласно работе данного технического решения для того, чтобы температура нити соответствовала температуре (1100°С) нагретого тела, необходимо увеличить яркость свечения нити. В этом случае яркость свечения нити можно увеличить (регулирование) посредством переменного сопротивления ЭДС источника питания. Изменяя сопротивления до тех пор, пока нить не сольется с фоном, который дает исследуемый объект. Следовательно, в таком случае можно говорить уже о равенстве температуры нити и средней температуры 1100°С объекта.Let the temperature of 1100 ° C of the heated object be higher than the temperature of the filament. Then in the eyepiece you can see a dark thread on a light background. According to the work of this technical solution, in order for the temperature of the thread to correspond to the temperature (1100 ° C) of the heated body, it is necessary to increase the brightness of the glow of the thread. In this case, the brightness of the glow of the filament can be increased (regulation) by means of a variable EMF resistance of the power source. Changing the resistances until the thread merges with the background, which gives the object under study. Consequently, in this case, we can already talk about the equality of the temperature of the thread and the average temperature of 1100 ° C of the object.
Так как, в предлагаемом техническом решении ЭДС источника питания с переменным сопротивлением, параллельно осуществляет питание варактора СВЧ-генератора, то изменение (увеличение) тока (для сравнения яркости светового потока с яркостью нити) одновременно в цепях термометрической лампы с нитью накаливания и варакторного диода СВЧ-генератора, даст возможность перестроить частоту последнего. В силу этого при средней температуре объекта на выходе генератора, устанавливают частоту с учетом средней величины диапазона изменения частоты при варакторном перестройке, т.е. частота выходных колебаний генератора, измеряемая частотомером 6, должна соответствовать частоте выходных колебаний генератора с нулевой перестройкой частоты плюс половина от диапазона перестраиваемой частоты. Другими словами, если обозначить частоту выходных колебаний генератора без варакторной перестройки f0, а максимальную пересматриваемую частоту - fп относительно частоты f0, то при средней температуре объекта нагрева, показание частотомера должно равняться f0+fп/2. Следовательно, по этой частоте можно судить о средней температуре (1100°С) нагретого объекта.Since, in the proposed technical solution, the EMF of the power source with variable resistance, in parallel, supplies the varactor of the microwave generator, the change (increase) in the current (to compare the brightness of the luminous flux with the brightness of the filament) simultaneously in the circuits of the thermometric lamp with a filament and the varactor microwave diode -generator, will make it possible to rebuild the frequency of the latter. Due to this, at the average temperature of the object at the output of the generator, the frequency is set taking into account the average value of the frequency variation range during varactor tuning, i.e. the frequency of the output oscillations of the generator, measured by the
При измеряемой температуре меньшей температуры нити накаливания в окуляре можно увидеть светлую нить на темном фоне. В этом случае с помощью переменного сопротивления уменьшают силу тока до тех пор, пока нить накаливания не сольется с фоном от объекта контроля. Следовательно, уменьшение силы тока обусловит уменьшение перестраиваемой частоты генератора. В итоге о температуре ниже 1100°С нагретого объекта можно судить по частоте выходных колебаний генератора меньше суммы частот f0+fп/2. Согласно предлагаемому техническому решению при температуре нагретого объекта выше 1100°С, процедура сравнения яркости светового потока с яркостью нити, предусматривает, как уже было показано выше, увеличение силы тока в цепях термометрической лампы с нитью накаливания и варакторного диода СВЧ-генератора, что свою очередь приведет к увеличение перестраиваемой частоты генератора. Отсюда можно заключить, что при температуре нагретого объекта выше 1100°С о ее величине можно судить по частоте выходных колебаний генератора больше суммы частот f0+fп/2. При этом максимальная температура (1400°С) нагретого объекта должна соответствовать сумме частот f0+fп выходных колебаний генератора, а минимальная (800°С) - разности частот f0-fп, т.е. частоте колебаний с нулевой частотой перестройки. Отсчет показаний в устройстве проводится по частотомеру, проградуированному в градусах Цельсия.If the measured temperature is lower than the filament temperature, a light filament can be seen in the eyepiece against a dark background. In this case, using a variable resistance, the current is reduced until the filament merges with the background from the test object. Consequently, a decrease in the current strength will lead to a decrease in the tunable frequency of the generator. As a result, the temperature below 1100 ° C of the heated object can be judged by the frequency of the output oscillations of the generator less than the sum of frequencies f 0 + f p / 2. According to the proposed technical solution, at a temperature of a heated object above 1100 ° C, the procedure for comparing the brightness of the luminous flux with the brightness of the filament provides, as already shown above, an increase in the current in the circuits of the thermometric lamp with a filament and the varactor diode of the microwave generator, which in turn will lead to an increase in the tunable frequency of the generator. Hence, we can conclude that at a temperature of a heated object above 1100 ° C, its value can be judged by the frequency of the output oscillations of the generator, which is greater than the sum of frequencies f 0 + f p / 2. In this case, the maximum temperature (1400 ° C) of the heated object must correspond to the sum of the frequencies f 0 + f p of the output oscillations of the generator, and the minimum (800 ° C) - to the frequency difference f 0 -f p , i.e. vibration frequency with zero tuning frequency. The readout in the device is carried out using a frequency meter, graduated in degrees Celsius.
Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря определению частоты выходных колебаний СВЧ-генератора с варакторной перестройкой частоты при его перестройке в зависимости от изменения температуры нагретого объекта, можно обеспечить повышение точности измерения температуры нагретого объекта.Thus, in the proposed device, due to the determination of the frequency of the output oscillations of the microwave generator with varactor frequency tuning during its tuning depending on the temperature change of the heated object, it is possible to improve the accuracy of measuring the temperature of the heated object.
При реализации предлагаемого устройства, в качестве СВЧ-генератора с варакторной перестройкой частоты, может быть использован генератор ГЛПД - 2 с диапазоном электрической перестройки 105 МГц. При этом на базе генератора более с широким диапазоном электрической перестройки и вводом дополнительно в устройство светофильтра может быть расширен диапазон измерения температуры нагретого объекта.When implementing the proposed device, as a microwave generator with varactor frequency tuning, an GLPD-2 generator with an electrical tuning range of 105 MHz can be used. At the same time, on the basis of a generator with a wider range of electrical tuning and additionally inserting a light filter into the device, the range of temperature measurement of a heated object can be expanded.
Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с прототипом можно считать исключение амплитудного измерения сигнала, содержащего информацию о температуре. Другим - возможность передачи информацию о температуре дистанционно на расстояние.One of the advantages of the proposed device in comparison with the prototype can be considered the exclusion of the amplitude measurement of the signal containing information about the temperature. Others - the ability to transmit information about the temperature remotely over a distance.
Область применения данного устройства очень велика. Его основная задача это бесконтактно измерение температуры в труднодоступных местах и в местах с агрессивными средами, а также объекты, которые находятся в постоянном движении или расположены в электро- или пожароопасных местах.The scope of this device is very wide. Its main task is to non-contact temperature measurement in hard-to-reach places and in places with aggressive environments, as well as objects that are in constant motion or located in electrical or fire hazardous places.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104224A RU2760642C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Device for measuring the temperature of a heated object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104224A RU2760642C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Device for measuring the temperature of a heated object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2760642C1 true RU2760642C1 (en) | 2021-11-29 |
Family
ID=79174107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021104224A RU2760642C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Device for measuring the temperature of a heated object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2760642C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2017088C1 (en) * | 1991-03-21 | 1994-07-30 | Акционерное общество открытого типа "Завод им.В.А.Дегтярева" | Temperature meter with direct indicated values |
| US5729017A (en) * | 1996-05-31 | 1998-03-17 | Lucent Technologies Inc. | Terahertz generators and detectors |
| RU2149366C1 (en) * | 1998-04-14 | 2000-05-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Process of contactless measurement of temperature |
| RU2270984C1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) | Pyrometer |
-
2021
- 2021-02-19 RU RU2021104224A patent/RU2760642C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2017088C1 (en) * | 1991-03-21 | 1994-07-30 | Акционерное общество открытого типа "Завод им.В.А.Дегтярева" | Temperature meter with direct indicated values |
| US5729017A (en) * | 1996-05-31 | 1998-03-17 | Lucent Technologies Inc. | Terahertz generators and detectors |
| RU2149366C1 (en) * | 1998-04-14 | 2000-05-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Process of contactless measurement of temperature |
| RU2270984C1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) | Pyrometer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Миронов Э.Г., Бессонов Н.П. " Метрология и технические измерения: учебное пособие", М.: КОНУРС, 2016, с. 371-371. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20080100343A (en) | Surface plasmon resonance sensors and methods for detecting samples using the same | |
| US7001068B2 (en) | Method and apparatus for the estimation of the temperature of a blackbody radiator | |
| CN107655599B (en) | Method for measuring micro stress of optical element | |
| JP7477500B2 (en) | Steady-state thermoreflectance method and system for measuring thermal conductivity - Patents.com | |
| NL2020863B1 (en) | Apparatus for determining presence of a gas | |
| CN105758625B (en) | A kind of device and method for the linear polarization sensitivity measuring remote sensing instrument | |
| RU2760642C1 (en) | Device for measuring the temperature of a heated object | |
| CN209930263U (en) | Unequal-arm interferometer measuring device based on polarization selection | |
| US4338516A (en) | Optical crystal temperature gauge with fiber optic connections | |
| RU2660765C1 (en) | Method of noncontact measurement of temperature in situ | |
| JP3130708B2 (en) | Sample defect evaluation method | |
| JP2004150965A (en) | Disturbance measuring device in optical interferometer, and high-precision light interference measuring arrangement | |
| JP7041015B2 (en) | Calibration method of electric field vector measurement | |
| El Helou et al. | Temperature dependence of the thermoreflectance coefficient of gold by the use of a phase-locked single-point measurement approach | |
| JP6652542B2 (en) | Optical analysis device and optical analysis method | |
| RU2715347C1 (en) | Fiber-optic voltage meter | |
| CN109883952B (en) | Nonlinear coefficient measuring device based on weak measurement technology and measuring method thereof | |
| Purdy et al. | Optomechanical Quantum Thermometry | |
| JPS61139766A (en) | Apparatus for measuring multiplication dark current of avalanche photodiode | |
| Ma et al. | Resolution verification sensing device for a stereo digital image correlation system based on dual-frequency laser interference | |
| Hou et al. | Polarization extinction ratio measurement for multi-functional integrated optic chip against birefringence dispersion and noise | |
| SU198410A1 (en) | POWER METER IN THE LOAD OF THE GENERATOR FEEDER | |
| RU2589525C1 (en) | Method for remote measurement of temperature | |
| SU435461A1 (en) | METHOD OF MEASURING A TRUE TEMPERATURE TEST WITH UNKNOWN RADIATIVE CAPACITY | |
| RU2045049C1 (en) | Device for measuring temperature-conductivity coefficient of materials |