PL209740B1

PL209740B1 - Sposób bezstykowego pomiaru temperatury oraz układ do bezstykowego pomiaru temperatury

Info

Publication number: PL209740B1
Application number: PL381837A
Authority: PL
Inventors: Alfred Data; Jakub Data; Konrad Kopański
Original assignee: Jaroma Społka Akcyjna
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2011-10-31
Also published as: PL381837A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezstykowego pomiaru temperatury oraz układ do stosowania tego sposobu nadający się do określania temperatury obiektów bądź stref izotermicznych w trakcie prowadzenia procesów wysokotemperaturowych przy braku bezpośredniego kontaktu z badanym obiektem.

Znany jest sposób bezstykowego pomiaru temperatury obiektów polegający na wykorzystaniu całego zakresu widma promieniowania temperaturowego, które przepuszcza się przez układ optyczny i skupia na ekranie zwartym z termoelementem przekazującym powstałe napięcie na miliwoltomierz wyskalowany w stopniach Celsjusza bądź Kelvina.

W leksykonie technicznym pt. „Technologia mechaniczna” Wydawnictwa Naukowo-Technicznego, wyd. 2, Warszawa 1988 na str.161 przedstawiony jest pirometr oparty na tym sposobie pomiaru. W korpusie na wejściu usytuowany jest obiektyw zawierający optyczną soczewkę skupiającą, za którą znajduje się płytka platynowa poczerniona od strony obiektywu i zwarta z termoelementem połączonym z wyskalowanym w stopniach Celsjusza miliwoltomierzem.

Znany jest też inny sposób pomiaru, w którym mierzenie temperatury źródła ciepła odbywa się przez zrównanie luminacji żarnika żarówki z luminacją źródła ciepła stanowiącego tło żarnika. Pirometr do stosowania tego sposobu jest również przedstawiony na str 161 w/w leksykonu. W korpusie pirometru za optyczną soczewką obiektywu umieszczona jest żarówka zasilana prądem z akumulatora związana z miernikiem poprzez opornik służący do regulacji światła żarówki. Obserwacji dokonuje się przez okular, a odczyt temperatury pokazuje wyskalowany w stopniach miernik napięcia prądu.

Istota sposobu pomiaru temperatury według wynalazku polega na tym, że znaną płytkę strefową Fresnela wystawia się na promieniowanie temperaturowe badanego obiektu bądź określonej strefy izotermiczmej, a następnie poprzez zmianę odległości między płytką strefową a umieszczoną za nią matrycą światłoczułą doprowadza się do uzyskania ostrości obrazu obiektu na tej matrycy i w tym położeniu określa się wielkość ogniskowej płytki strefowej odpowiadającą odległości między płytką a matrycą, a następnie za pomocą dowolnego znanego układu przetwarzania uzyskanej wartości odczytuje się temperaturę w skali Kelvina będącą iloczynem tej wartości oraz współczynnika zależnego od wielkośći promienia pierwszej strefy aktualnie użytej płytki strefowej Fresnela.

Układ do stosowania tego sposobu zawiera płytkę strefową Fresnela, która jest związana wzdłuż osi optycznej z matrycą światłoczułą, połączoną z kolei z mikroprocesorem sterującym przesuwem matrycy światłoczułej bądź płytki strefowej wzdłuż osi optycznej i ustalającym automatycznie ostrość obrazu badanego obiektu oraz odczytującm w tym położeniu wielkość ogniskowej płytki strefowej Fresnela i przetwarzającej na wartość temperatury w stopniach Kelvina. Z płytką strefową Fresnela związany jest ciekłokrystaliczny przetwornik obrazu.

Sposób i układ do jego stosowania pozwalają na budowę dowolnie ukształtowanych przyrządów do łatwego bezstykowego pomiaru temperatury, przy czym przyrządy te nie wymagają kalibracji w odróżnieniu od przyrządów dotychczas znanych. Są również, odporne na zmianę warunków zewnętrznych nie posiadając czułego na uszkodzenia opornika oraz umożliwiają wyznaczanie stref o określonej temperaturze co jest istotne przykładowo w procesach spawalniczych, w oboróbce plastycznej na gorąco, w obróbce cieplnej i odlewnictwie.

Przykład realizacji wynalazku jest przedstawiony na rysunku pokazującym jego schemat blokowy.

Promieniowanie temperaturowe badanego obiektu bądź strefy izotemicznej pada na płytkę strefową Fresnela 1, którą stanowi szereg współśrodkowych pierścieni na przemian przeźroczystych i nieprzeźroczystych. Znana jest właściwość takiej płytki polegająca na tym, że promienie pierścieni są proporcjonalne do kolejnych liczb naturalnych a ogniskowa płytki jest proporcjonalna do kwadratu promienia pierwszej strefy płytki strefowej i odwrotnie proporcjonalna do długości fali skupionego światła. Promieniowanie temperaturowe przechodzące przez płytkę strefową 1 pada na matrycę światłoczułą 2 znajdującą się na osi optycznej płytki 1 połączoną z mikroprocesorem 3 sterującym przesuwem matrycy światłoczułej 2 bądź płytki strefowej 1 wzdłuż osi optycznej i ustalającym automatycznie ostrość obrazu badanego obiektu oraz odczytującym w tym położeniu wielkość ogniskowej płytki strefowej 1 dla długości fali aktualnie występującego promieniowania. Mikroprocesor 3 jest zaprogramowany na przekształcenie uzyskanej wielkości ogniskowej f na wartość temperatury w stopniach Kelvina będącą iloczynem tej wielkości ogniskowej f oraz współczynnika c zależnego od wielkości promienia pierwszej strefy aktualnie użytej płytki strefowej Fresnela. Współczynnik c dla danego egzemplarza płytki strefowej wyznacza się mierząc promień pierwszej strefy płytki r przy pomocy mikroskopu optyPL 209 740 B1 cznego i wykorzystując prawo przesunięć Wiena, oblicza według wzoru c = ^{0,288 [} ₂ ^K] .Temperar² [cm² ] tura mierzona w stopniach Kelvina wynosi: T = = 0,288 [cm · °K] cm r² [cm² ]

Układ pomiarowy zaopatrzony jest w wyświetlacz ciekłokrystaliczny 4 związany z płytką strefową Fresnela 1 służący do ustalenia ukierunkowania przyrządu pomiarowego na badany obiekt oraz do ewentualnego sprawdzenia ostrości obrazu.

Claims

1. Sposób bestykowego pomiaru temperatury, znamienny tym, że znaną płytkę strefową Fresnela wystawia się na promieniowanie temperaturowe badanego obiektu bądź określonej strefy izotermicznej, a następnie poprzez zmianę odległości między płytką strefową Fresnela a umieszczoną za nią matrycą światłoczułą doprowadza się do uzyskania ostrości obrazu obiektu na tej matrycy i w tym położeniu określa się wielkość ogniskowej płytki strefowej odpowiadającą odległości między płytką a matrycą, a następnie za pomocą dowolnego znanego układu przetwarzania uzyskanej wartości odczytuje się temperaturę w skali Kelvina będącą iloczynem tej wartości oraz współczynnika zależnego od wielkości promienia pierwszej strefy aktualnie użytej płytki strefowej Fresnela.

2. Układ do bezstykowego pomiaru temperatury, znamienny tym, że płytka strefowa Fresnela (1) jest związana wzdłuż osi optycznej z matrycą światłoczułą (2) która z kolei jest połączona z mikroprocesorem (3) sterującym przesuwem matrycy światłoczułej (2) bądź płytki strefowej Fresnela (1) wzdłuż osi optycznej i ustalającym automatycznie ostrość obrazu badanego obiektu oraz odczytującym w tym położeniu wielkość ogniskowej płytki strefowej (1) i przetwarzający na wartość temperatury w stopniach Kelvina.

3. Układ do bezstykowego pomiaru temperatury według zastrz. 2, znamienny tym, że z płytką strefową Fresnela (1) związany jest ciekłokrystaliczny przetwornik obrazu (4).