RU59822U1

RU59822U1 - PYROMETER

Info

Publication number: RU59822U1
Application number: RU2006126188/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Светличный; Александр Владимирович Письменов; Маргарита Ивановна Светличная; Михаил Демьянович Скубилин
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2006-12-27

Abstract

Полезная модель «Пирометр» относится к информационно-измерительной и вычислительной технике, а в частности к средствам бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел, в т.ч. полупроводниковых пластин в технологических установках, изделий из металлов, керамики, пластмасс при их термообработке, расплавов металлов в металлургии.The utility model “Pyrometer” refers to information-measuring and computing equipment, and in particular to non-contact means of measuring the surface temperature of heated bodies, including semiconductor wafers in technological installations, metal products, ceramics, plastics during their heat treatment, metal melts in metallurgy.

Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей пирометра за счет обеспечения измерения температуры при нефиксированных углах изирования и нефиксированных расстояниях между объектом, температура поверхности которого измеряется, и датчиками пирометра.The objective of the utility model is to expand the functionality of the pyrometer by providing temperature measurement at fixed angles of isolation and fixed distances between the object whose surface temperature is measured and the pyrometer sensors.

Description

Известен способ бесконтактного измерения температуры (и пирометр на его основе) (см. Pepperhof W., Arch. Eisehuttenwes, 1959, В.30, №3, р.131-135), заключающийся в том, что излучение поверхности регистрируют под углом визирования 80° от нормали к поверхности излучения. В излучении выделяется компонента, поляризованная в плоскости наблюдения, и по интенсивности излучения этой компоненты определяется температура поверхности. (Выделенное жирным шрифтом - признаки, присущие предмету изобретения).A known method of non-contact temperature measurement (and a pyrometer based on it) (see Pepperhof W., Arch. Eisehuttenwes, 1959, B.30, No. 3, p. 131-135), which consists in the fact that surface radiation is recorded at an angle of view 80 ° from the normal to the radiation surface. A component polarized in the observation plane is emitted in the radiation, and the surface temperature is determined from the radiation intensity of this component. (In bold - the features inherent in the subject invention).

Известные способ и пирометр применимы для измерения температур 1000°-2000°С, когда отраженное от образца излучение фона пренебрежимо мало по сравнению с собственным излучением.The known method and pyrometer are applicable for measuring temperatures of 1000 ° -2000 ° C, when the background radiation reflected from the sample is negligible compared to its own radiation.

Известен способ бесконтактного измерения температуры (и пирометр на его основе) (см. Tingwaldt C.P., Magdeburg H., TMCSI, 1962, v.3, part 1, p.483-486), заключающийся в измерении отношения двух ортогонально поляризованных компонент излучения поглощающей поверхности под углом 45° к ней. При этом выполняется соотношение R_q=(λ)R_k ²(λ), где R_q=(λ)R_k(λ) - коэффициенты отражения ортогонально поляризованных компонент теплового излучения при углах визирования A known method of non-contact temperature measurement (and a pyrometer based on it) (see Tingwaldt CP, Magdeburg H., TMCSI, 1962, v.3, part 1, p.483-486), which consists in measuring the ratio of two orthogonally polarized absorbing radiation components surface at an angle of 45 ° to it. In this case, the relation R _q = (λ) R _k ² (λ) is satisfied, where R _q = (λ) R _k (λ) are the reflection coefficients of the orthogonally polarized components of thermal radiation at viewing angles

q=45° и k=90° соответственно, что позволяет определить (рассчитать) температуру поверхности. (Выделенное жирным шрифтом - признаки, присущие предмету изобретения).q = 45 ° and k = 90 °, respectively, which allows to determine (calculate) the surface temperature. (In bold - the features inherent in the subject invention).

В данном способе, как и в предыдущем, используется видимый диапазон спектра, в котором анализируемые объекты (например, металлы) непрозрачны и дают достаточно яркое излучение, по сравнению с которым отраженное поверхностью излучение фона пренебрежимо мало. Кроме того, при углах визирования, отличающихся от 45°, нарушается приведенное выше соотношение и, соответственно, оказывается невозможным расчет температуры поверхности.In this method, as in the previous one, the visible range of the spectrum is used, in which the analyzed objects (for example, metals) are opaque and produce sufficiently bright radiation, compared with which the background radiation reflected by the surface is negligible. In addition, at viewing angles other than 45 °, the above ratio is violated and, accordingly, it is impossible to calculate the surface temperature.

В диапазоне температур поверхности объектов 0-650°С, которые используются в технологических установках осаждения и эпитаксии, видимые диапазоны излучений неприменимы из-за недостаточной яркости излучения, а в среднем инфракрасном диапазоне излучение фона (конструкции оборудования, стенок реактора), отраженное поверхностью объекта, сопоставимо с собственным излучением объекта и вносит существенную погрешность в измерения.In the temperature range of the surface of objects 0-650 ° C, which are used in technological installations of deposition and epitaxy, the visible ranges of radiation are not applicable due to the insufficient brightness of the radiation, and in the middle infrared range the background radiation (construction of equipment, reactor walls) reflected by the surface of the object, comparable with the object’s own radiation and introduces a significant error in the measurement.

Известен способ дистанционного измерения температуры поверхности объектов (и пирометр на его основе) (см. Гордов А.Н., Жугалло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. - М.: Наука, 1992, с.232-243), состоящий в приеме излучения объекта оптической системой пирометра, спектральной фильтрации этого излучения и модуляции, включающей последовательную коммутацию на датчик (детектор, приемник излучений) с заданной частотой двух потоков излучения - от объекта и эталонного источника, преобразовании в электрический сигнал, его усилении и выделении в этом сигнале переменной составляющей, пропорциональной разности коммутируемых сигналов, по величине (интенсивности) этого сигнала и известным A known method of remote measurement of the surface temperature of objects (and a pyrometer based on it) (see Gordov AN, Zhugallo OM, Ivanova AG Fundamentals of temperature measurements. - M .: Nauka, 1992, p.232- 243), which consists in receiving the radiation of an object by the optical pyrometer system, spectral filtering of this radiation and modulation, including serial switching to a sensor (detector, radiation receiver) with a given frequency of two radiation flows - from the object and the reference source, converting it into an electrical signal, its amplification and highlighting This signal variable component proportional to the difference of signals switched, the magnitude (intensity) of the signal and the known

характеристикам эталонного излучения определяется условная температура объекта, а истинная температура находится по известной калибровочной зависимости с учетом независимо измеренной температуры стенок реактора или конструктивных элементов технологического оборудования. (Выделенное жирным шрифтом - признаки, присущие предмету изобретения).)the characteristics of the reference radiation is determined by the conditional temperature of the object, and the true temperature is determined by the known calibration dependence taking into account the independently measured temperature of the walls of the reactor or structural elements of technological equipment. (In bold - the features inherent in the subject invention).)

Недостатком известного способа, и пирометра, является необходимость применения эталонного источника теплового излучения, что существенно увеличивает аппаратурную избыточность пирометра, повышает его габаритно-весовые и энергетический показатели, усложняет эксплуатацию.The disadvantage of this method, and the pyrometer, is the need to use a reference source of thermal radiation, which significantly increases the hardware redundancy of the pyrometer, increases its overall weight and energy indicators, complicates the operation.

Известны, как более близкие по технической сущности к предмету изобретения, способ бесконтактного измерения температуры и пирометр на его основе (см. патент RU 2149366, кл. G 01 J 5/58, Н 01 L 21/66, б.14, 2000 г.), использующий 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 as being closer in technical essence to the subject of the invention, a non-contact temperature measurement method and a pyrometer based on it (see patent RU 2149366, CL G 01 J 5/58, H 01 L 21/66, b.14, 2000 .), using the method of thermal radiation of the object, spectral filtering, its modulation, detection, amplification at the modulation frequency, isolation of the variable 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 highlighting the difference of the orthogonally polarized exponentials radiation, using which the temperature of the object surface.

Пирометр (по патенту 2149366 RU, м. кл. G 01 J 5/58, H 01 L 21/66, б.14, 2000 г.), содержит вход (канал из прозрачного в рабочем спектральном диапазоне материала) оптической связи объекта с пирометром, полосовой фильтр, поляризатор, объектив, диафрагму, датчик (детектор) теплового излучения и блок регистрации. (Выделенное жирным шрифтом - признаки общие с предметом изобретения).The pyrometer (patent RU 2149366, class C. G 01 J 5/58, H 01 L 21/66, b.14, 2000), contains an input (channel made of a material transparent in the working spectral range) of the optical communication of the object with pyrometer, band-pass filter, polarizer, lens, diaphragm, thermal radiation sensor (detector) and registration unit. (Highlighted in bold - common features with the subject of the invention).

Недостатки известных способа и пирометра - 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 the known method and pyrometer are the need for polarization of radiation, its modulation and detection, significant algorithmic complexity in determining the temperature and, as a result, significant hardware redundancy, low reliability and significant operational complexity.

Кроме того, известные способы бесконтактного измерения температуры и пирометры обладают общим недостатком, состоящим в критичности к углам визирования, расстоянию от объекта до приемника излучений, неприменимостью для измерения температуры в широком, от сотен до десятков тысяч градусов по Цельсию, диапазоне температур.In addition, the known methods of non-contact temperature measurement and pyrometers have a common disadvantage, which is critical to the viewing angles, the distance from the object to the radiation receiver, and is not applicable for measuring temperature in a wide temperature range from hundreds to tens of thousands of degrees Celsius.

Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей пирометра за счет обеспечения измерения температуры при нефиксированных углах изирования и нефиксированных расстояниях между объектом, температура поверхности которого измеряется, и датчиками пирометра.The objective of the utility model is to expand the functionality of the pyrometer by providing temperature measurement at non-fixed angles of isolation and non-fixed distances between the object whose surface temperature is measured and the pyrometer sensors.

Технический результат достигается тем, что в пирометр, содержащий вход, из прозрачного в рабочем спектральном диапазоне материала, оптической связи и датчик излучения нагретого тела, на оптической оси с входом, введены второй датчик на оптической оси с входом, причем датчики обеспечены селективными на двух разных длинах волн свойствами, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), соединенные информационными входами с выходами первого и второго датчиков соответственно, элемент сравнения, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами первого и второго датчиков соответственно, первый и второй элементы ИЛИ, соединенные входами поразрядно с выходами первого и второго АЦП соответственно, группы первых, вторых, третьих и четвертых элементов И, причем группа первых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами первого The technical result is achieved by the fact that a second sensor on the optical axis with an input is introduced into the pyrometer containing the entrance, from a material transparent in the working spectral range, optical communication and a radiation sensor of a heated body on the optical axis with an input, and the sensors are provided with selective sensors on two different wavelengths of the properties, the first and second analog-to-digital converters (ADCs) connected by information inputs to the outputs of the first and second sensors, respectively, a comparison element connected by the first and second inputs bitwise with the outputs of the first and second sensors, respectively, the first and second elements OR connected by inputs bitwise with the outputs of the first and second ADCs, respectively, the groups of the first, second, third and fourth elements AND, and the group of the first elements And the first inputs is connected bitwise with the outputs of the first

АЦП, а вторыми входами с первым выходом элемента сравнения, группа вторых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами с третьим выходом элемента сравнения, группа третьих элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами первого АЦП, а вторыми входами с третьим выходом элемента сравнения, и группа четвертых элементов И первыми входами соединена поразрядно с выходами второго АЦП, а вторыми входами с первым выходом элемента сравнения, первый арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами групп первых и четвертых элементов И, а вторыми входами поразрядно с выходами групп вторых и третьих элементов И, группа пятых элементов И, соединенных первыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, вторыми входами с выходом второго элемента ИЛИ, а третьими входами поразрядно с выходами первого арифметического блока, задатчик коэффициента пропорциональности, второй арифметический блок, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами группы пятых элементов И и задатчика соответственно, а выходами поразрядно с группой первых (информационных) выходов устройства, третий элемент ИЛИ, соединенный входами поразрядно с выходами второго арифметического блока, формирователь переднего фронта импульса, соединенный входом с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходом со входами управления первого и второго АЦП, и шестой элемент И, соединенный первым и вторым входами с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а выходом со вторым выходом пирометра.ADC, and the second inputs with the first output of the comparison element, the group of second elements And the first inputs connected bitwise with the outputs of the second ADC, and the second inputs with the third output of the comparison element, the group of third elements And the first inputs connected bitwise with the outputs of the first ADC, and the second inputs with the third output of the comparison element, and the group of fourth elements AND, with the first inputs connected bitwise to the outputs of the second ADC, and the second inputs with the first output of the comparison element, the first arithmetic unit connected in a bit but the first inputs with the outputs of the groups of the first and fourth elements of And, and the second inputs bitwise with the outputs of the groups of the second and third elements of And, the group of fifth elements of And connected by the first inputs with the output of the first OR element, the second inputs with the output of the second OR element, and the third inputs bitwise with the outputs of the first arithmetic block, proportionality factor adjuster, second arithmetic block connected by the first and second inputs bitwise with the outputs of the group of fifth elements And and the setter, respectively, and the output bitwise with the group of the first (informational) outputs of the device, the third OR element connected by the inputs bitwise with the outputs of the second arithmetic block, the leading edge of the pulse generator connected by the input to the output of the third OR element, and the output with the control inputs of the first and second ADCs, and the sixth element And, connected by the first and second inputs with the outputs of the first and second elements OR, and the output with the second output of the pyrometer.

Схема пирометра приведена на фиг.1.The pyrometer diagram is shown in figure 1.

Пирометр содержит вход 1 теплового излучения, первый 2 и второй 3 датчики уровня (мощности) теплового излучения на длинах волн λ₁ и λ₂ соответственно, первый 4 и второй 5 аналого-цифровые преобразователи The pyrometer contains input 1 of thermal radiation, the first 2 and second 3 sensors of the level (power) of thermal radiation at wavelengths λ ₁ and λ _2, respectively, the first 4 and second 5 analog-to-digital converters

(АЦП), соединенные информационными входами с выходами датчиков 2 и 3 соответственно, элемент сравнения 6, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами первого 4 и второго 5 АЦП соответственно, первый 7 и второй 8 элементы ИЛИ, соединенные входами с выходами первого 4 и второго 5 АЦП соответственно, группу первых 9, вторых 10, третьих 11 и четвертых 12 элементов И, первые входы группы первых 9 и группы третьих 11 элементов И поразрядно соединены с выходами АЦП 4, первые входы группы вторых 10 и группы четвертых 12 элементов И поразрядно соединены с выходами АЦП 5, вторые входы групп 9 и 12 элементов И соединены с первым выходом элемента 6 сравнения, вторые входы групп 10 и 11 элементов И соединены с третьим выходом элемента 6 сравнения, первый 13 арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами первых 9 и четвертых 12 элементов И, а его вторые входы поразрядно соединены с выходами групп вторых 10 и третьих 11 элементов И, группу пятых 14 элементов И, соединенных первыми входами с выходом первого 7 элемента ИЛИ, вторыми входами с выходом второго 8 элемента ИЛИ, а третьими входами поразрядно с выходами первого 13 арифметического блока, задатчик 15 коэффициента пропорциональности, второй 16 арифметический блок, соединенный поразрядно первыми и вторыми входами с выходами группы пятых 14 элементов И и задатчика 15 соответственно, а выходами с группой первых 17 выходов пирометра, третий 18 элемент ИЛИ, соединенный входами с выходами второго 16 арифметического блока, формирователь 19 переднего фронта импульса, соединенный входом с выходом третьего 18 элемента ИЛИ, а выходом со входами управления АЦП 4 и 5, и шестой 20 элемент И, соединенный входами с выходами первого 7 и второго 8 элементов ИЛИ, а выходом со вторым выходом пирометра.(ADC), connected by information inputs with the outputs of sensors 2 and 3, respectively, the comparison element 6, connected by the first and second inputs bitwise with the outputs of the first 4 and second 5 ADCs, respectively, the first 7 and second 8 OR elements, connected by the inputs with the outputs of the first 4 and of the second 5 ADCs, respectively, the group of the first 9, second 10, third 11 and fourth 12 elements AND, the first inputs of the group of the first 9 and the groups of the third 11 elements AND are bitwise connected to the outputs of the ADC 4, the first inputs of the group of the second 10 and the groups of the fourth 12 elements AND are bitwise connect are not connected with the outputs of the ADC 5, the second inputs of the groups of 9 and 12 elements And are connected to the first output of the comparison element 6, the second inputs of the groups of 10 and 11 elements And are connected to the third output of the comparison element 6, the first 13 arithmetic unit connected bitwise with the first inputs with the outputs of the first 9 and fourth 12 AND elements, and its second inputs are bitwise connected to the outputs of the groups of second 10 and third 11 AND elements, a group of fifth 14 AND elements connected by the first inputs to the output of the first 7 OR element, second inputs to the output of the second 8 OR element, and third inputs bitwise with the outputs of the first 13 arithmetic unit, the proportionality factor adjuster 15, the second 16 arithmetic unit connected bitwise by the first and second inputs with the outputs of the group of fifth 14 AND elements and the adjuster 15, respectively, and the outputs with the group of the first 17 outputs of the pyrometer, the third 18 OR element connected by the inputs to the outputs of the second 16 arithmetic unit, the driver of the leading edge of the pulse, connected by the input to the output of the third 18 elements OR, and the output to the control inputs of the ADC 4 and 5, and the sixth 20 element NT and connected by inputs to the outputs of the first 7 and second 8 elements OR, and the output with the second output of the pyrometer.

Пирометр работает следующим образом.The pyrometer works as follows.

Задатчиком 15 устанавливается код значения коэффициента q пропорциональности, зависящего от значений длин волн λ₁ и λ₂ по q=α|λ₁-λ₂|, где α - постоянный коэффициент размерности, вход 1 теплового излучения устанавливается в направлении на объект О, температура поверхности которого подлежит измерению, при этом на датчики 2 и 3 по входу 1 поступает излучение с поверхности объекта О. Датчики 2 и 3, обладая избирательностью на излучения с λ₁ и λ₂ соответственно, на своих выходах генерируют аналоговые сигналы U₂=f(ε_λ1) и U₃=f(ε_λ2), а АЦП 4 и 5 преобразуют аналоговые сигналы U₂ и U₃ в цифровые коды N₄=f(U₂) и N₅=f(U₃) соответственно. По результатам сравнения кодов N₄ и N₅ на первом выходе элемента 6 сравнения генерируется единичный потенциал при N₄>N₅, на втором выходе элемента 6 сравнения генерируется высокий потенциал при N₄=N₅, а на третьем выходе генерируется единичный (высокий) потенциал при N₄<N₅. На выходах элементов 7 и 8 ИЛИ устанавливаются высокие (единичные) потенциалы тогда и только тогда, когда N₄>0 и N₅>0. Высоким (единичным) потенциалом с первого выхода элемента 6 сравнения по вторым входам открываются группы 9 и 12 элементов И, а высоким (единичным) потенциалом с третьего выхода элемента 6 сравнения по вторым входам открываются группы 10 и 11 элементов И, при этом содержимое выходов АЦП 4 (N₄) и АЦП 5 (N₅) поступает на первые и вторые, или на вторые и первые, соответственно, входы первого 13 арифметического блока, который определяет коды значений N₁₃=N₄/N₅ или N₁₃=N₅/N₄, что однозначно соответствует N₁₃=ε_λ1/ε_λ2 или N₁₃=ε_λ2/ε_λ1. Код N₁₃ поступает на третьи входы группы 14 элементов И, которые открываются при единичных потенциалах на первых и вторых их входах. Содержимое выходов первого 13 арифметического блока N₁₃ через The transmitter 15 sets the code of the coefficient q of proportionality, depending on the values of wavelengths λ ₁ and λ ₂ for q = α | λ ₁ -λ ₂ |, where α is a constant dimension coefficient, the input 1 of thermal radiation is set in the direction of the object O, temperature the surface of which is to be measured, while sensors 2 and 3 at input 1 receive radiation from the surface of object O. Sensors 2 and 3, having selectivity for radiation with λ ₁ and λ _2, respectively, generate analog signals U ₂ = f ( ε _λ1) and U ₃ = f (ε _λ2), and the ADC 4 and 5 are converted tax signals U ₂ and U ₃ to digital codes N ₄ = f (U ₂₎ and ₅ N = f (U _3), respectively. According to the results of comparing codes N ₄ and N _5, at the first output of the comparison element 6, a unit potential is generated at N ₄ > N ₅ , at the second output of the comparison element 6, a high potential is generated at N ₄ = N ₅ , and at the third output, a unit (high) is generated potential at N ₄ <N ₅ . At the outputs of elements 7 and 8 OR, high (single) potentials are set if and only if N ₄ > 0 and N ₅ > 0. The high (single) potential from the first output of the comparison element 6 at the second inputs opens the groups of 9 and 12 elements And, and the high (single) potential from the third output of the comparison element 6 at the second inputs opens the groups of 10 and 11 elements And, while the contents of the ADC outputs 4 (N ₄ ) and ADC 5 (N ₅ ) enters the first and second, or second and first, respectively, inputs of the first 13 arithmetic unit, which determines the codes of values N ₁₃ = N ₄ / N ₅ or N ₁₃ = N ₅ / N ₄ , which uniquely corresponds to N ₁₃ = ε _λ1 / ε _λ2 or N ₁₃ = ε _λ2 / ε _λ1 . Code N ₁₃ enters the third inputs of the group of 14 And elements that open at unit potentials at their first and second inputs. The contents of the outputs of the first 13 arithmetic unit N ₁₃ through

группу 14 элементов И поступает на первые входы второго 16 арифметического блока, на вторые входы которого поступает код N₁₅ значения коэффициента q пропорциональности (N₁₅=α|Nε_λ1-Nε_λ2|), при этом на выходах арифметического блока 16 генерируется код N₁₆ пропорциональный N₁₆=N₁₃N₁₅=α|λ₁-λ₂|ε_λ1/ε_λ2 или α|λ₁-λ₂|ε_λ2/ε_λ1 в градусах К. Этот код поступает на выходы 17 пирометра и может индицироваться дисплеем или использоваться в технологических нуждах для управления технологическим процессом. Кроме того, содержимое выходов арифметического блока 16 N₁₆ через третий 18 элемент ИЛИ поступает на формирователь 19 переднего фронта импульса, коротким импульсом высокого потенциала с выхода формирователя 19 повторно запрашиваются АЦП 4 и АЦП 5, что обеспечивает синхронизацию во времени отсчетов значений N₁₆≅T в градусах К, кроме того, элемент И 20 на своем выходе генерирует высокий потенциал при N₄>0 и N₅>0, т.е. когда чувствительность датчиков 2 и 3 и мощность падающих на них тепловых излучений от объекта О достаточный для измерения температуры объекта О, этот сигнал с выхода элемента И 20 поступает на выход 21 пирометра и может служить признаком приемлемой наводки оптического входа 1 пирометра на объект О, т.е. при периодическом появлении сигнала на выходе 21 оба датчика (2 и 3) реагируют на тепловое излучение объекта О и пирометр способен (или готов) к выполнению функционального назначения.a group of 14 elements And is supplied to the first inputs of the second 16 arithmetic block, the second inputs of which receive the code N _{15 of} the coefficient q of proportionality (N ₁₅ = α | Nε _λ1 -Nε _λ2 |), while the code N _{16 is} generated at the outputs of the arithmetic block ₁₆ proportional to N ₁₆ = N ₁₃ N ₁₅ = α | λ ₁ -λ ₂ | ε _λ1 / ε _λ2 or α | λ ₁ -λ ₂ | ε _λ2 / ε _λ1 in degrees K. This code is sent to outputs 17 of the pyrometer and can be displayed display or used in technological needs for process control. In addition, the contents of the outputs of the arithmetic unit 16 N ₁₆ through the third 18 OR element are supplied to the driver of the leading edge of the pulse, with a short high-potential pulse from the output of the driver 19, the ADC 4 and ADC 5 are repeatedly requested, which ensures time synchronization of the readings of the values of N ₁₆ ≅ T in degrees K, in addition, the And element 20 at its output generates a high potential at N ₄ > 0 and N ₅ > 0, i.e. when the sensitivity of the sensors 2 and 3 and the power of the thermal radiation incident on them from the object O is sufficient to measure the temperature of the object O, this signal from the output of the element And 20 goes to the output of the pyrometer 21 and can serve as a sign of acceptable pick-up of the optical input 1 of the pyrometer to the object O, t .e. with a periodic appearance of the signal at the output 21, both sensors (2 and 3) react to the thermal radiation of object O and the pyrometer is capable (or ready) to perform the functional purpose.

Известно, что лучеиспускательная способность нагретого тела Е_λт при температуре Т по закону Кирхгофа определяется из Е_λт=A_λтε_λт, где А_λт - его поглощательная способность, а ε_λт - величина постоянная при данной температуре для все тел; мощность излучения ε по закону Стефана-Больцмана определяется из ε=σТ⁴, где σ - постоянная Больцмана; наибольшая излучательная способность приходится на определенную It is known that the radiation emissivity of a heated body E _λt at temperature T according to the Kirchhoff law is determined from E _λt = A _λt ε _λt , where A _λt is its absorption capacity, and ε _λt is a constant value at a given temperature for all bodies; the radiation power ε according to the Stefan-Boltzmann law is determined from ε = σТ ⁴ , where σ is the Boltzmann constant; the greatest emissivity falls on a certain

длину волны λ_max, для которой по закону смещения Вина справедливо соотношение λ_maxT=d, где d - постоянная величина; и излучательная способность тела определяется по формуле Планка, как ε_λT=2bπc²/λ⁵=bh/e^hc/kλT, где с - скорость света в вакууме, λ - длина волны, k - постоянная Больцмана, h - постоянная Планка, a b - коэффициент пропорциональности. Тогда, поскольку значения ε_λT не зависят ни от угла визирования, ни от расстояния от объекта до приемника излучений, в пределах чувствительности приемников, показания пирометра остаются справедливыми и стабильными в широком диапазоне углов визирования и расстояний между объектом и приемниками излучений. Кроме расширения функциональных возможностей пирометр (устройство для бесконтактного измерения температуры), за счет использования фотоэлектрических преобразователей тепловых излучений в электрические сигналы, обеспечивает исключение субъективизма, а, за счет цифровой обработки информации, повышение точности измерений и возможность его использования в автоматических средствах сбора информации о состоянии объектов в широком диапазоне их динамичности по параметру температуры, а также в автоматических дистанционных средствах управления (регулирования) технологическими процессами. А, если еще учесть возможность использования в качестве рабочих длин волн их ультрафиолетовые и инфракрасные области, то область применения пирометра по температурному диапазону простирается от 300÷400К до 10000÷15000К.wavelength λ _max , for which, according to Wien's displacement law, the relation λ _max T = d is valid, where d is a constant value; and the emissivity of the body is determined by the Planck formula, as ε _λT = 2bπc ² / λ ⁵ = bh / e ^{hc / kλT} , where c is the speed of light in vacuum, λ is the wavelength, k is the Boltzmann constant, h is the Planck constant, ab - coefficient of proportionality. Then, since the values of ε _λT do not depend either on the viewing angle or on the distance from the object to the radiation receiver, within the sensitivity of the receivers, the pyrometer readings remain valid and stable over a wide range of viewing angles and distances between the object and the radiation receivers. In addition to expanding the functionality of the pyrometer (a device for non-contact temperature measurement), through the use of photoelectric transducers of thermal radiation into electrical signals, it ensures the elimination of subjectivity, and, through digital processing of information, increasing the accuracy of measurements and the possibility of its use in automatic means of collecting information about the state objects in a wide range of their dynamics in terms of temperature, as well as in automatic remote control leniya (regulation) by technological processes. And, if we also take into account the possibility of using their ultraviolet and infrared regions as the working wavelengths, then the range of application of the pyrometer over the temperature range extends from 300 ÷ 400K to 10000 ÷ 15000K.

Claims

A pyrometer containing an input from a material transparent in the working spectral range, optical coupling, and a heated body radiation sensor on the optical axis with an input, characterized in that a second sensor is introduced on the optical axis with an input, the sensors being provided with properties that are selective at two different wavelengths , the first and second analog-to-digital converters (ADCs) connected by information inputs to the outputs of the first and second sensors, respectively, a comparison element connected by the first and second inputs bitwise with the output the first and second sensors, respectively, the first and second OR elements connected by bit inputs to the outputs of the first and second ADCs, respectively, the groups of the first, second, third and fourth AND elements, and the group of the first AND elements by the first inputs is connected bitwise with the outputs of the first ADC, and the second inputs with the first output of the comparison element, the group of second elements AND the first inputs connected bitwise with the outputs of the second ADC, and the second inputs with the third output of the comparison element, the group of third elements AND the first in the odes are connected bitwise with the outputs of the first ADC, and the second inputs with the third output of the comparison element, and the group of fourth elements And the first inputs are connected bitwise with the outputs of the second ADC, and the second inputs with the first output of the comparison element, the first arithmetic block connected bitwise with the first inputs with outputs groups of the first and fourth elements AND, and the second inputs bitwise with the outputs of the second and third groups of elements AND, a group of fifth elements AND connected by the first inputs to the output of the first element OR, second inputs odes with the output of the second OR element, and the third inputs bitwise with the outputs of the first arithmetic block, proportionality factor adjuster, the second arithmetic block connected by the first and second inputs bitwise with the outputs of the group of fifth AND elements and the setter, respectively, and the outputs bitwise with the group of the first (information) device outputs, the third OR element, connected by inputs bitwise to the outputs of the second arithmetic unit, the front edge of the pulse shaper connected by the input to the output third second OR gate, and output to control inputs of the first and the second ADC, and the sixth AND gate, connected to first and second inputs with the outputs of the first and second OR elements, and output to the second output device.