SU1578507A1 - Измеритель лучистого теплового потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучени , и может быть использовано в системах автоматического контрол  и регулировани  температуры с помощью радиометров и пирометров. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Суть изобретени  заключаетс  в периодической коррекции выходного сигнала измерител  при отсутствии исследуемого излучени , а также определение чувствительности измерител  в процессе его работы. Кроме того в измерителе в первичном преобразователе нар ду с болометрическими приемниками излучени  можно использовать приемники излучени  на базе бескорпусных транзисторов. В измерителе осуществл етс  исключение составл ющих погрешностей, вызванных временной и температурной нестабильностью первичного преобразовател , а также других элементов измерител . 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучени , и может быть использовано в системах автоматического контрол  и регулировани  температуры с помощью радиометров и пирометров .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На чертеже изображена функциональна  схема предлагаемого измерител .

Измеритель содержит первичный преобразователь 1, выполненный в виде размещенных в одном корпусе прием ника 2 излучени  с нагревателем 3 и компенсирующего термочувствительного

элемента 4, кроме того, измеритель содержит первый 5, второй 6 и третий 7 резисторы, источник 8 опорного напр жени , заслонку 9,первое устройство 10 управлени , первый 1 и второй 12 резистивные делители напр жени , первый 13 и второй 14 переключатели, второе 15 и третье 16 устройства уп- равлени  первым 13 и вторым 14 переключател ми соответственно, а также первый 17 и второй 18 операционные усилители.

Измеритель работает следующим образом .

При открытой заслонке 9 лучистый тепловой поток от исследуемого объекта (не показан) поступает на вход

сп 1

00

ел

приемника 2 излучени  первичного преобразовател  1, вызыва  изменение ег температуры. Если в качестве приемника 2 излучени  и компенсирующего термочувствительного элемента 4 используютс  болометрические приемники то при изменении температуры приемни ка 2 излучени  изменитс  его сопротиление Rn, При этом сопротивление RK компенсирующего термочувствительного элемента 4 определ етс  его температурой , котора  близка к температур окружающей среды. Если же в качестве приемника 2 излучени  и компенсирующего термочувствительного элемента 4 используютс  транзисторы (например, бескорпусные транзисторные сборки К129НТ1В), то при изменении температуры приемника 2 излучени  измен етс  падение напр жени  ил между его первым и вторым выводами так как измен етс  напр жение между эмиттером и базой транзистора.

Далее работа измерител  осуществл етс  следующим образом.

Первый переключатель 13 по сигналам , поступающим на его управл ющий вход с выхода второго устройства 15 управлени , периодически поочередно подключает к инвертирующему входу первого операционного усилител  17 первые выводы приемника 2 излучени  и компенсирующего термочувствительного элемента 40 При этом напр жение Uj на инвертирующем и напр жение UM на неинвертирующем входах первого операционного усилител  17 равны

UH - UH -- U,

on

где Uon - напр жение на выходе источника 8 опорного напр жени ;

R4 сопротивление резистора, включенного между первым и вторым выводами первого ре- зистивного делител  11 напр жени ; Rs - сопротивление резистора,

включенного между вторым , и третьим выводами первого резистивного делител  11 напр жени ь

Следовательно, токи 1« и 1ц, протекающие через приемник 2 излучени  и компенсирующий термочувствительный элемент 4, соответственно равны

UJSU H

R.

UQn

кТ

-&.

R4 +R5

Uon

СЕ - -R

„54..

R4 +R5

где R и R - сопротивлени  первого

5 и третьего 7 резисторов соответственно. При этом падени  напр жени  Uri и U к на приемнике 2 излучени  и компенсирующем термочувствительном элементе 4 соответственно равны

Un InRrtS UK 1пКк,

а напр жени  на выходе первого операционного усилител  17 соответственно равны

шп O+-R )CU0nR- - и„) 30

1 ъш к (1+

Riw,T Rs- тт R7)(UonR RS

5

0

5

0

5

- IicRos

где R6 - сопротивление резистора,

включенного между первым и вторым выводами второго резистивного делител  12 напр жени ; R - сопротивление резистора,

включенного между вторым и третьим выводами второго резистивного делител  12 напр жени  .

Отсюда очевидно, что выходное напр жение первого операционного тел  17 линейно зависит от величин падени  напр жени  Un и U на приему нике 2 излучени  и компенсирующем термочувствительном элементе 4 соответственно , или от величины их сопротивлений RH и R к соответственно.

Таким образом, на выходе первого операционного усилител  17 при воздействии исследуемого лучистого теплового потока будет формироватьс  переменное напр жение, амплитуда Up

i

5

которого равна разности напр жений,

пропорциональных температурам приемника 2 излучени  и компенсирующего термочувствительного элемента 4, сле довательно, она будет пропорциональн интенсивности исследуемого лучистого теплового потока.

Периодически первое устройство 0 управлени  формирует сигнал, по которому заслонка 9 вводитс  между исследуемым объектом и первичным преобразователем 1, При этом на выходе первого операционного усилител  17 будет формироватьс  переменное напр жение , амплитуда Up0 которого пропорциональна температурным перекосам между приемником 2 излучени  и компенсирующим термочувствительным элементом 4, вызванным, например, неравномерностью прогрева корпуса первичного преобразовател  1 или неидентичности коэффициентов преобразовани  приемника 2 излучени  и компенсирующего термочувствительного элемента 4, а также изменением сопротивлений первого 5 и третьего 7 резиторов . Это напр жение используетс  при обработке результатов измерений дл  получени  истинного значени  температуры исследуемого объекта,

Кроме того, при закрытой заслонке 9 периодически осуществл етс  определение чувствительности измерител  следующим образом.

На выходе третьего устройства 16 управлени  формируетс  сигнал, по которому второй переключатель 14 подключает второй вывод второго резистора 6 к выходу источника 8 опорного напр жени . При этом через нагреватель 3 будет протекать ток 1ц, величина которого равна

7

6

Учитыва  величину напр жени  Up, измеренную в это врем  на выходе первого операционного усилител  17, можно рассчитать чувствительность S измерител  по формуле

S -И q

Использу  измеренные величины напр жений Up, Up0 и Ь п, а также определенную чувствительность S из- меритеп , температуру Т исследуемого объекта определ ют по формуле

Т

УЈ -Upo AS

где А - коэффициент, завис щий от

конструктивных особенностей первичного преобразовател ; К - коэффициент преобразовани  приемника 2 излучени .

Таким образом, в измерителе осу- ществп етс  исключение составл ющих погрешностей, вызванных временной |и температурной нестабильностью первичного преобразовател  1, а также других элементов измерител , что позвол ет повысить точность измерений о Кроме того, использование в первичном преобразователе транзисторов вместо болометров позвол ет понизить требовани  к стабильности источника 8 опорного напр жени , первого 5, второго 6 и третьего 7 резисторов, так как в транзисторах происходит изменение напр жени  эмиттер-база от температуры , что позвол ет упростить измеритель.

т - УОЦ , lH R

где R - сопротивление второго резистора 6, а на выходе второго операционного усилител  18, в обратную св зь которого включен нагреватель 3, напр жение UH равно

и„ - - -f Uon, R/L

где R4 - сопротивление нагревател  3,

Мощность q, выдел ема  в нагревателе 3 и рассеиваема  приемником 2 излучени , при этом равна

q -

45

Claims (1)

1. Измеритель лучистого теплового потока, содержащий первичный преобразователь , выполненный в виде размещенных в одном корпусе приемника излуче- ни  с нагревателем и компенсирующего термочувствительного элемента, каждый из которых последовательно соединен соответственно с первым, вторым и третьим резисторами, а также источник опорного напр жени , отличаю- ;щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, он дополни- тельно содержит заслонку, св занную с первым устройством управлени , первый

Составитель А«Леви Редактор А.Ревин Техред Д.Олийнык.Корректор М.Самборска 

Заказ 1907

Тираж 430

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Подписное