RU1800295C - Spectral ratio pyrometer - Google Patents
Spectral ratio pyrometerInfo
- Publication number
- RU1800295C RU1800295C SU904890353A SU4890353A RU1800295C RU 1800295 C RU1800295 C RU 1800295C SU 904890353 A SU904890353 A SU 904890353A SU 4890353 A SU4890353 A SU 4890353A RU 1800295 C RU1800295 C RU 1800295C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- range
- aperture
- holes
- measurement
- diaphragm
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Использование: дл измерени температуры , измен ющейс в широких пределах . Сущность: апертурна диафрагма выполнена в виде диска, содержащего р д равноудаленных на максимально возможное рассто ние от центра отверстий, причем суммарна площадь S 1 отверстий диафрагмы предыдущего диапазона выбираетс ИЗ УСЛОВИЯ Sz 1 SmaxTk( Д Дцоп), а суммарна площадь S 2 отверстий диафрагмы последующего поддиапазона из соотно- -Сг(тн2 THi) Ш6НИЯ -6 ЯТН1 ТН21 Где SmaxTk - наибольша площадь отверстий, обеспечивающа линейный режим работы приемников излучени , когда погрешность от вли ни измерени уровн ркости Д меньше допустимого значени погрешности Адоп во всем диапазоне; Я- эффективна длина волны более длинноволнового рабочего интервала спектра пирометра; ТН1 - начальное значение температуры предыдущего диапазона измерени ; ТН2 - начальное значение температуры последующего поддиапазона измерени ; Сз - пирометрическа константа. 5 ил,Usage: for measuring temperatures that vary widely. Essence: the aperture diaphragm is made in the form of a disk containing a number of equally equidistant distances from the center of the holes, and the total area S 1 of the aperture of the previous range is selected from the CONDITIONS Sz 1 SmaxTk (D Dsop), and the total area of S 2 of the aperture of the subsequent subranges from the correlation -Cg (tn2 THi) SH6NIA -6 YATN1 TH21 Where SmaxTk is the largest area of the holes providing a linear mode of operation of radiation receivers when the error from the influence of the measurement of the level D is less than the permissible value Accuracy of Adop over the entire range; I - the effective wavelength of the longer wavelength range of the pyrometer; TH1 is the initial temperature value of the previous measurement range; TH2 is the initial temperature value of the subsequent measurement sub-range; Sz is a pyrometric constant. 5 silt
Description
Изобретение относитс к технике измерений температуры по излучению и может быть использовано в промышленности и научных исследовани х дл измерени темпе- ратуры, измен ющейс в широких пределах.The invention relates to techniques for measuring temperature by radiation and can be used in industry and scientific research to measure temperatures that vary widely.
Величиной, завис щей от температуры объекта и непосредственно измер емой пирометром излучени , вл етс электрический сигнал приемника излучени , возникающий при попадании на его светочувствительную поверхность светового потока в более или менее широкой области спектра (дл пирометров суммарного и частичного излучени ) либо отношение сигналов , пропорциональных световым потокам различного спектрального состава (дл пирометров спектрального отношени ). При переходе от одного измер емого поддиапазона к другому (от более низких температур к более высоким) в оптической системе пирометра примен ютс элементы, ограничивающие величину светового потока (диафрагмы, поглотители и т.д.).The value depending on the temperature of the object and directly measured by the radiation pyrometer is the electrical signal of the radiation receiver, which occurs when a light stream enters its photosensitive surface in a more or less wide spectral region (for total and partial radiation pyrometers) or the ratio of signals proportional to luminous fluxes of different spectral composition (for spectral ratio pyrometers). When switching from one measurable subrange to another (from lower to higher temperatures), elements limiting the amount of light flux (diaphragms, absorbers, etc.) are used in the pyrometer optical system.
Известны пирометры излучени 1, в том числе пирометры спектрального отно- . шени , в которых дл регулировки светового потока используютс установленные непосредственно за объективом диафрагмы с калиброванными или регулируемыми отверсти ми .Radiation pyrometers 1 are known, including spectral-relative pyrometers. bars in which diaphragms mounted directly behind the lens with calibrated or adjustable holes are used to adjust the luminous flux.
При переходе к следующему поддиапа- зону изменени (более высокотемператур00 ОWhen moving to the next sub-range of change (higher temperature 00 О
ОABOUT
|Ю 45 (Л| U 45 (L
ному) диаметр калиброванного отверсти уменьшаетс .In addition, the diameter of the calibrated hole is reduced.
Недостатком подобного решени применительно к пирометрам спектрального отношени вл етс вли ние хроматических аберраций в выходном зрачке оптической системы, включающей объектив и апертурную диафрагму (в плоскости апертурной диафрагмы). В результате этого влени распределение спектрального состава излучени в плоскости апертурной диафрагмы мен етс , обогаща сь, например , более коротковолновыми лучами в направлении от оптической оси к периферии, что приводит к увеличению погрешности. Известен также пирометр спектрального отношени 2, который можно считать прото- типом -предлагаемого устройства, содержащий объектив, апертурную и полевую диафрагмы, светоделительное устройство , приемники излучени , измеритель отношени сигналов, индикатор результата измерени . В этом пирометре дл обеспечени необходимого исходного значени светового потока, обеспечивающего линейный режим работы приемников излучени в данном поддиапазоне измерени , непосредственно после объектива устанавливаетс материальна апертурна диафрагма с калиброванным отверстием. Центр отверсти находитс на оптической оси объектива. При переходе к следующему поддиапазону измерени (более высокие температуры) диаметр отверсти также соответственно уменьшаетс (см. фиг.5, поз.17 и 18). Этот пирометр обладает тем же недостатком, т.к. уменьшение диаметра апертурной диафрагмы при переходе к более высокому температурному поддиапазону. измерени приводит, вследствие хроматизма оптической системы, к изменению спектрального состава излучени , попадающего на. фотоприемники , к относительному увеличению эффективных длин волн пирометра и, в сочетании с более высокими температурами, к ослаблению зависимости спектрального отношени от температуры (R(T) JT) и, в конечном счете, к увеличению погрешностей, св занных с воздействием вли ющих факторов (изменение уровн ркости, окружающей температуры и т.д.).A disadvantage of this solution with respect to spectral ratio pyrometers is the effect of chromatic aberrations in the exit pupil of the optical system including the lens and the aperture diaphragm (in the plane of the aperture diaphragm). As a result of this phenomenon, the distribution of the spectral composition of the radiation in the plane of the aperture diaphragm changes, enriched, for example, with shorter wavelengths from the optical axis to the periphery, which leads to an increase in the error. Also known is a spectral ratio pyrometer 2, which can be considered a prototype of the proposed device, comprising a lens, aperture and field aperture, a beam splitter, radiation receivers, a signal ratio meter, an indicator of the measurement result. In this pyrometer, a material aperture diaphragm with a calibrated aperture is installed immediately after the lens to provide the necessary initial value of the luminous flux providing a linear mode of operation of radiation detectors in a given measurement sub-range. The center of the hole is on the optical axis of the lens. When moving to the next measuring sub-range (higher temperatures), the diameter of the hole also decreases accordingly (see Fig. 5, items 17 and 18). This pyrometer has the same drawback, because reducing the diameter of the aperture diaphragm when moving to a higher temperature sub-range. Measurement leads, due to the chromatism of the optical system, to a change in the spectral composition of the radiation incident on it. photodetectors, to a relative increase in the effective wavelengths of the pyrometer and, in combination with higher temperatures, to weakening the dependence of the spectral ratio on temperature (R (T) JT) and, ultimately, to an increase in errors associated with the influence of influencing factors ( changes in brightness level, ambient temperature, etc.).
Особенно существенно этот недостаток про вл етс в пирометрах с широкими под- диапазонами измерени , т.к. с одной сторо- ны, возрастает динамический диапазон изменени сигналов и увеличиваетс отклонение световой характеристики от линейной зависимости, с другой - увеличиваетс This disadvantage is especially pronounced in pyrometers with wide measuring ranges, since on the one hand, the dynamic range of signal changes increases and the deviation of the light characteristic from the linear dependence increases, on the other hand, it increases
значение d2R/dT - втора производна спектрального отношени от температуры. Эта последн особенность иллюстрируетс данными, приведенными в таблице, гдеthe d2R / dT value is the second derivative of the spectral ratio of temperature. This last feature is illustrated by the data given in the table, where
указаны значени изменени спектрального отношени в начале и конце двух подди- апазонов измерени (на 100°,С). Т.е. произошло изменение чувствительности спектрального отношени от температуры более чем в 2 раза.the values of the change in the spectral ratio at the beginning and end of two measurement sub-ranges (by 100 ° C) are indicated. Those. a change in the sensitivity of the spectral ratio by temperature of more than 2 times occurred.
Цель изобретени - повышение точности измерений температуры с расширением диапазона ее измерений.The purpose of the invention is to increase the accuracy of temperature measurements with an extension of its measurement range.
Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe goal is achieved in that
в пирометре, содержащем оптически св занные объектив, апертурную и полевую диафрагмы , светоделительное устройство и приемники излучени , соединенные с измерителем отношени сигналов, входы которого подключены к выходам приемников излучени , а выход соединен с входом индикатора результата измерени , апертурна диафрагма выполнена в виде круглого диска , содержащего р д равноудаленных наin a pyrometer containing an optically coupled lens, an aperture and field aperture, a beam splitter and radiation detectors connected to a signal ratio meter, the inputs of which are connected to the outputs of the radiation receivers, and the output is connected to the input of the measurement result indicator, the aperture diaphragm is made in the form of a round disk containing r d equidistant on
максимально возможное рассто ние от центра отверстий, причем суммарна площадь SEJ отверстий диафрагмы предыдущего под- диапазона выбираетс из услови Sj1 SmaxTk( Д Ддоп),the maximum possible distance from the center of the holes, and the total area SEJ of the holes of the diaphragm of the previous sub-range is selected from the condition Sj1 SmaxTk (D Dop),
а суммарна площадь S52 отверстий диафрагмы последующего поддиапазона - из соотношени and the total area S52 of the holes of the diaphragm of the subsequent subrange is from the ratio
-G(TH2 -ТН1) 1-е ЯТ„1ТН2, (1)-G (TH2 -ТН1) 1st ЯТ „1ТН2, (1)
где SmaxTk - максимальна суммарна площадь отверстий диафрагмы, при которой обеспечиваетс необходима линейность сигналов, соответствующих конечному значению температуры первого поддиапазонаwhere SmaxTk is the maximum total aperture area of the diaphragm at which the necessary linearity of the signals corresponding to the final temperature of the first subrange is provided
измерени (т.е. при котором погрешность от двухкратного изменени уровн ркости А не превышает допустимого значени Ддоп);measurement (i.e., in which the error from a twofold change in level A does not exceed the permissible value of Dop);
А - эффективна длина волны более длинноволнового рабочего интервала спектра пирометра;A is the effective wavelength of the longer wavelength working range of the pyrometer spectrum;
ТН1 - начальное значение температуры предыдущего поддиапазона измерени ;TH1 is the initial temperature value of the previous measurement sub-range;
ТН2 - начальное значение температуры последующего поддиапазона изменени ;TH2 is the initial temperature value of the subsequent change sub-range;
Ј2 - пирометрическа константа.Ј2 is a pyrometric constant.
На фиг. 1 представлена функциональна схема предлагаемого устройства; на фиг. 2In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device; in FIG. 2
- виды диафрагмы дл I и II поддиапаэонов измерени ; на фиг. 3 - относительное (приведенное к 1) спектральное распределение получени на входе оптической системы и в плоскости апертурной диафрагмы; на фиг.4- views of the diaphragm for the first and second sub-ranges of measurement; in FIG. 3 is the relative (reduced to 1) spectral distribution of production at the input of the optical system and in the plane of the aperture diaphragm; figure 4
- разновидность предлагаемой апертурной- a variety of the proposed aperture
диафрагмы; на фиг. 5 - виды апертурной диафрагмы пирометра-прототипа дл двух смежных поддиапазонов измерений,apertures; in FIG. 5 - views of the aperture diaphragm of the prototype pyrometer for two adjacent measurement sub-ranges,
Предлагаемый пирометр (фиг.1) содержит объектив 1,.апертурную диафрагму 2, полевую диафрагму 3. светоделительное устройство 4, приемники излучени 5 и 6, измеритель 7 отношени сигналов, индикатор 8 результата измерений.The proposed pyrometer (Fig. 1) comprises a lens 1, an aperture diaphragm 2, a field diaphragm 3. a beam splitter 4, radiation receivers 5 and 6, a signal ratio meter 7, a measurement result indicator 8.
Апертурна диафрагма (фиг.2) содержит р д равноудаленных на максимально возможное рассто ние от оптической оси отверстий , обща площадь которых дл предыдущего и последующего поддиапазонов определ етс в соответствии с формулами , приведенными выше. Дл поддиапазонов с относительно низкой начальной температурой (ТН 1000°С) отверсти диафрагмы выполн ютс в виде усеченных секторов (фиг.4).The aperture diaphragm (Fig. 2) contains a number of openings equally equidistant to the maximum possible distance from the optical axis, the total area of which for the previous and subsequent subranges is determined in accordance with the formulas given above. For subbands with a relatively low initial temperature (VT 1000 ° C), the aperture openings are made in the form of truncated sectors (Fig. 4).
В любом варианте отверсти удалены от центра на максимально возможное рассто ние , но не выход т за расчетный диаметр апертурной диафрагмы оптической системы.In either embodiment, the openings are spaced as far as possible from the center, but do not go beyond the design diameter of the aperture diaphragm of the optical system.
Предлагаемый пирометр работает следующим образом.The proposed pyrometer works as follows.
Излучение от объекта измерени , собранное объективом 1, проходит через апертурную диафрагму 2, котора компен- , сирует вли ние хроматических аберраций, и фокусируетс в плоскости полевой диафрагмы 3.The radiation from the measurement object collected by the lens 1 passes through the aperture diaphragm 2, which compensates for the influence of chromatic aberrations, and is focused in the plane of the field diaphragm 3.
Излучение передаетс через светоделительное устройство 4 на приемники излучени 5 и 6, которые преобразуют два различных по спектральному составу световых потока в электрические сигналы. Измеритель отношени 7 производит измерение отношени этих сигналов, несущих информацию о цветовой температуре объекта, значение которой отображаетс на индикаторе результата измерени 8. На входе оптической системы спектральный состав воспринимаемого от объекта излучени зависит от температуры и излучательной способности объекта и одинаков, независимо от удалени от оптической оси (равномерна засветка объектива). После объектива в плоскости апертурной диафрагмы из-за хроматических аберраций происходит перераспределение лучей различных длин волн, в результате чего спектральный состав излучени измен етс по сравнению с исходным (фиг.З по сн ет это вление). По оси абсцисс отложено относительное рассто ние в плоскости, перпендикул рной оптической оси по направлению отоптической оси к периферии. По оси ординат - относительное (приведенное на входе системы кThe radiation is transmitted through a beam splitter 4 to radiation receivers 5 and 6, which convert two light fluxes of different spectral composition into electrical signals. The ratio meter 7 measures the ratio of these signals that carry information about the color temperature of the object, the value of which is displayed on the indicator of the measurement result 8. At the input of the optical system, the spectral composition of radiation perceived from the object depends on the temperature and emissivity of the object and is the same regardless of the distance from the optical axis (uniform illumination of the lens). After the lens in the plane of the aperture diaphragm, due to chromatic aberrations, redistribution of rays of various wavelengths occurs, as a result of which the spectral composition of the radiation changes from the original one (Fig. 3 explains this phenomenon). The abscissa shows the relative distance in a plane perpendicular to the optical axis in the direction of the heating axis to the periphery. The ordinate axis is relative (given at the system input to
единице) значение спектрального отношени . Лини 11, параллельна оси абсцисс, отображает значение спектрального отношени на входе системы, лини 12 - в пло- 5 скости апертурной диафрагмы. Как видно из фиг.З, спектральный состав излучени вбли зи оптической оси (область по стрелкам 13) обеднен коротковолновой составл ющей, что и приводило в прототипе к увеличениюunit) value of the spectral ratio. Line 11, parallel to the abscissa axis, displays the value of the spectral ratio at the input of the system, line 12 - in the plane of the aperture diaphragm. As can be seen from FIG. 3, the spectral composition of the radiation near the optical axis (region along arrows 13) is depleted in the short-wavelength component, which led to an increase in the prototype
0 погрешности (увеличению эффективных длин волн).0 errors (increase in effective wavelengths).
В предлагаемом устройстве применены апертурные диафрагмы, изображенные на фиг. 2,4; Дл первого поддиэпазона измере5 ни использована диафрагма вида 9, а при переходе к более высокотемпературному поддиапазону - диафрагма вида 10. На - фиг.З спектральный состав излучени , про0 ход щий через эти диафрагмы, характеризуетс стрелками 14 и 15 соответственно. Как видно из рисунка, при переходе от первого поддиапазона ко второму суммарное спектральное распределение измен етс в поль5 зу более коротковолнового излучени , благодар чему и исключаютс описанные выше дополнительные погрешности. Меньший диаметр отверстий диафрагмы 10, по сравнению с диафрагмой 9, обеспечиваетThe aperture diaphragms shown in FIG. 2.4; For the first sub-range of measurement 5, a diaphragm of type 9 was used, and when moving to a higher-temperature sub-range, a diaphragm of type 10. In Fig. 3, the spectral composition of the radiation passing through these diaphragms is indicated by arrows 14 and 15, respectively. As can be seen from the figure, when passing from the first subband to the second, the total spectral distribution changes due to shorter wavelength radiation, which eliminates the additional errors described above. The smaller diameter of the holes of the diaphragm 10, in comparison with the diaphragm 9, provides
0 уменьшение светового потока при переходе на более высокотемпературный второй под- диапазон измерени . Соотношение суммарных площадей отверстий в апертурных диафрагмах, обеспечивающий одинаковый0 decrease in luminous flux upon transition to a higher temperature second sub-range of measurement. The ratio of the total area of the holes in the aperture diaphragms, providing the same
5 уровень излучени на предыдущем и последующем поддиапазонах, определ етс по формуле (1).5, the radiation level in the previous and subsequent subbands is determined by the formula (1).
Предложенное изобретение реализовано в пирометре спектрального отношени Спектропир 12. В пирометре использованThe proposed invention is implemented in a spectrometer spectrometer pyrometer 12. The pyrometer used
0 четырехлинзовый объектив, проектирующий изображение объекта в п-лоскости поле- вой диафрагмы. Светоделение осуществл етс с помощью установленного под углом к оптической оси светофильтра, а0 four-lens lens projecting an image of an object in the flatness of a field aperture. Beam splitting is carried out using a filter installed at an angle to the optical axis, and
5 в качестве приемников используютс фотодиоды ФД24К (коротковолновый интервал спектра) и ФД10Г (длинноволновый интервал ). В качестве измерител отношени сигналов используетс аналого-цифровой5, photodiodes FD24K (short wavelength interval of the spectrum) and FD10G (long wavelength interval) are used as receivers. An analog-digital signal is used as a signal ratio meter
0 преобразователь фототоков приемников излучени по методу двойного интегрировани , собранный на микросхемах типа К561ИЕ80, К561ЛА7, К561ТМ2, К561ТМЗ, К544УД1А.0 photocurrent converter of radiation receivers by the double integration method assembled on microcircuits of the type K561IE80, K561LA7, K561TM2, K561TMZ, K544UD1A.
55
Индикатор результата измерени co- брак на четырех цифровых индикаторах типа АОС324.Indicator of the measurement result co-rejection on four digital indicators of the type AOC324.
В качестве апертурной диафрагмы дл поддиапазона 900-2200°С применена диафрагма вида, представленного на фиг.4, с параметрами:As an aperture diaphragm for a sub-range of 900-2200 ° C, a diaphragm of the type shown in FIG. 4 with the parameters:
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904890353A RU1800295C (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Spectral ratio pyrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904890353A RU1800295C (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Spectral ratio pyrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1800295C true RU1800295C (en) | 1993-03-07 |
Family
ID=21549704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904890353A RU1800295C (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Spectral ratio pyrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1800295C (en) |
-
1990
- 1990-11-05 RU SU904890353A patent/RU1800295C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Линевег Ф. Измерение температур в технике. - М.: Металлурги , 1980, с. 521. Пирометр спектрального отношени Спектропир П.1. Техническое описание и. инструкции по эксплуатации, 52.11120.001 ТО. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI901809A0 (en) | APPARATUS FOER MAETNING AV ULTRAVIOLETTA STRAOLAR. | |
CN107356914B (en) | Calibration system for satellite-borne laser radar detector | |
KR950033445A (en) | Temperature measuring method and apparatus using optical fiber | |
GB2077421A (en) | Displacement sensing | |
RU2290614C1 (en) | Two-channel spectral ratio pyrometer | |
CN111649830B (en) | Color CCD self-calibration temperature measurement device and method based on radiation spectrum | |
US4948256A (en) | Optical fiber type colorimeter | |
RU1800295C (en) | Spectral ratio pyrometer | |
US4815841A (en) | High resolution color band pyrometer ratioing | |
WO1986006845A1 (en) | Optical diffraction velocimeter | |
US2408023A (en) | Spectrophotometric system | |
US3737234A (en) | Spectrophotometer for measurement of derivative spectra | |
US4605314A (en) | Spectral discrimination pyrometer | |
JP2010112808A (en) | Optical power meter | |
RU2253845C1 (en) | Multichannel radiation pyrometer | |
SU1010525A1 (en) | Photon photoelectric counter spectral sensitivity measuring method | |
Pollak et al. | Recent advances in the photodensitometric evaluation of thin-media chromatograms | |
SU496918A1 (en) | Temperature measuring device | |
SU1668922A1 (en) | Determining transmission coefficient of objective | |
RU1790743C (en) | Automatic multichannel spectral ratio pyrometer | |
JP2022553007A (en) | High-sensitivity non-contact chromaticity measuring device | |
JP2010112807A (en) | Optical power meter | |
RU2403539C1 (en) | Device for determining spectral emissivity of hot objects | |
SU1027510A1 (en) | Device for measuring linear dimensions of small objects | |
RU1827554C (en) | Light guide to color pyrometer for measuring temperature of products of explosion conversion in closed space |