SU682772A1 - Apparatus for measuring flux of radiation energy - Google Patents

Apparatus for measuring flux of radiation energy

Info

Publication number
SU682772A1
SU682772A1 SU762346426A SU2346426A SU682772A1 SU 682772 A1 SU682772 A1 SU 682772A1 SU 762346426 A SU762346426 A SU 762346426A SU 2346426 A SU2346426 A SU 2346426A SU 682772 A1 SU682772 A1 SU 682772A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
feedback
time
temperature
current
receiver
Prior art date
Application number
SU762346426A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Маркович Гольцман
Сурен Федорович Синенко
Владимир Иванович Смыслов
Алла Алексеевна Соколова
Вячеслав Иванович Язовцев
Original Assignee
Предприятие П/Я А-3759
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я А-3759 filed Critical Предприятие П/Я А-3759
Priority to SU762346426A priority Critical patent/SU682772A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU682772A1 publication Critical patent/SU682772A1/en

Links

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

Устройство относитс  к области радиационной пирометрии и может быть использовано дл  измерени  потоков лучистой энергии, в частности, измерени  температуры нагретых объектов по излучению.The device relates to the field of radiation pyrometry and can be used to measure radiant energy fluxes, in particular, to measure the temperature of heated objects from radiation.

Известны устройства дл  измерени  потока лучистой энергии путем преобразовани  ее в электрический сигнал и .измерени  величины этого сигнала. К ним относ тс  термоэлементы, болометры, оптико-акустические приемники, звапорографические преобразователи , диэлектрические пнроэлекгрические приемники и другие термопреобразователи . Широкое распространение получили устройства на основе термоэлементов . В этих устройствах падающий на приемную площадку и поглощенный в нем лучистый поток увеличивает температуру чувствительного элемента, которым  вл етс  термоэлемент или термобатаре  из соединенных последовательно нескольких термоэлементов , в результате чего генерируетс  термо-ЭДС, пропорциональна  лучистому потомку, котора  затем измер етс . Величина повышени  температуры спа  тер.моэлемента зависит как от величины потока лучистой энергии, так и от интенсивности термоотдачи в окружающую среду по ветв м термоэлемента за счет радиации и конвекции .Devices are known for measuring the flow of radiant energy by converting it into an electrical signal and measuring the magnitude of this signal. These include thermoelements, bolometers, optoacoustic receivers, zaporographic transducers, dielectric mono-electrical receivers and other thermal transducers. Widespread devices based on thermoelements. In these devices, the radiant flux incident on the receiving platform and absorbed in it increases the temperature of the sensing element, which is a thermocouple or thermopile of several thermocouples connected in series, resulting in a thermo-emf that is proportional to the radiative progeny, which is then measured. The magnitude of the temperature increase of the thermal element temperature depends both on the magnitude of the flux of radiant energy and on the intensity of thermal emission to the environment along the branches of the thermoelement due to radiation and convection.

Дл  повышени  чувствительности таки.х устройств стрем тс  уменьшить теплоотдачу , что, в свою очередь, приводит к уменьшению быстродействи . Така  св зь чувствительности и быстродействи  объ сн етс  тем, что регистраци  .термо-ЭДС производитс  иосле прогрева спа  и ветвей термоэлемента , а продолжительность прогрева возрастает при уменьшении интенсивности теплообмена с окружающей средой.To increase the sensitivity of such devices, they tend to reduce heat transfer, which in turn leads to a decrease in speed. Such a relationship of sensitivity and speed is due to the fact that the registration of the thermal emf is made after the heating of the spa and the branches of the thermoelement, and the duration of the heating increases with a decrease in the intensity of heat exchange with the environment.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  измерени  потока лучистой энергии, состо щее из последовательно соединенных термоэлектрического приемника излучени , усилител  и измерительного прибора.The closest in technical essence to the proposed device is a device for measuring the flow of radiant energy, consisting of a series-connected thermoelectric radiation receiver, amplifier and measuring instrument.

В это.м устройстве повышение быстродействи  достигаетс  за счет того, что через спай тер.моприе.мника пропускают ток, вызывающий эффект Пельтье, причем величина этого тока пропорциональна  падающему потоку энергии. Вследствие этого уменьшаетс  степень нагрева этого чувствительного эле.мента и врем  установлени  Стационарного состо ни .In this device, an increase in speed is achieved due to the fact that a current causing the Peltier effect is passed through the junction of the thermocouple, and the magnitude of this current is proportional to the incident energy flow. As a result, the degree of heating of this sensitive element and the time it takes to establish the steady state state is reduced.

Недостатком такого устройства  вл етс  то, что повышение быстродействи  сопровождаетс  уменьшением чувствительности или разрешающей способности системыThe disadvantage of such a device is that the increase in speed is accompanied by a decrease in the sensitivity or resolution of the system.

регистрадии излучени , котора  определ етс  ;велич|Иной отношени  сигнал/шум. Это объ сн етс  тем, что в данном устройстве .уменьшаёте-  степень нагрева -спа  термоприешшка и, следовательно, сигнал на входе усилител  по сра-внению с нагревом и сигналом без наличи  обратной св зи, а шумы системы (при сравнительно небольшом потоке лучистой энергии), величина которых олредел етс  какradiation registers, which is determined; the magnitude | Other signal-to-noise ratio. This is due to the fact that in this device you reduce the degree of heating of the thermopesha and the signal at the input of the amplifier compared to the heating and signal without feedback, and the system noise (with a relatively small flow of radiant energy) ), the value of which is defined as

V:;, 1/4/гГ/  Л/ ,V:;, 1/4 / gG / L /,

где k - посто нна  Больцмана;where k is the Boltzmann constant;

Т -. температура; °К;T -. temperature; ° K;

R - сопротивление;. Д/ - полоса пропускани  усилител , остаютс  практически неизменными. ТаКим образом, уменьшаетс  отношение сигнал/шум , а, следовательно, разрешаюш,а  способность системы регистрапии лучистой энергии.R is the resistance; D / is the bandwidth of the amplifier, remain almost unchanged. In this way, the signal-to-noise ratio is reduced, and, therefore, resolvable, and the ability of the radiant energy recording system.

Целью изобретени   вл етс  повышение бы€тродейст1ви . Эта цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  потока лучистой энергии введены последовательно соединенные фазочувствительный исполнительный меха1низм и генератор тока , при этом вход фазочувствитель ого исполнительного механизма включен на выход усилител , выход генератора тока со единен с термоэлектрическим -приемником излучени , а измерительный прибор включен в выходную цепь генератора тока. На чертенке дана блок-схема предлагаемого устройства.The aim of the invention is to increase the speed of the movement. This goal is achieved in that a phase-sensitive executive mechanism and a current generator are injected into the device for measuring the flow of radiant energy, the phase-sensitive actuator input is connected to the amplifier output, the current generator output is connected to the thermoelectric radiation receiver, and the measuring device is on to the output circuit of the current generator. The imp is given a block diagram of the proposed device.

Устройство (см. чертелс) состоит из последовательно соединенных блока термоэлектрического приемника / излучени , усилител  2, фазочувствительного исполнительного механизма S, генератора тока 4 и измерительного прибора 5.The device (see schelt) consists of a series-connected thermoelectric receiver / radiation unit, amplifier 2, phase-sensitive actuator S, current generator 4, and measuring device 5.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Падающий поток лучистой энергии q вызывает лагрев приемной площадки и по вление на выходе приемника / сигнала. Как только величина этого сигнала, усиленного усилителем 2, превысит пороговое значение (уровень шумов), происходит срабатывание фазочувствительного механизма 5, управл ющего генератором тока 4, с выхода которого через термоэлектрический приемник пропускаетс  ток, возрастающий но величине во 1времени, причем направление тока выбрано таки-м, что-он вызывает по вление эффекта Пельтье на спае термоприемника , и тем самым снилсепие температуры спаев и приемной площадки. Когда мощность, поглощаема  в результате эффекта Пельтье, определ ема  как П /аГ (/ - величипа тока, а - коэффициент термо-ЭДС , Г - температура °К), достигнет величины, равной величине падающего потока q, сигнал на входе усилител  становитс  равньш нулю, а фазочувствительный исполнительпый механизм обеспечивает посто нную величину тока на выходе генератора тока. При уменьшении величины падающего потока мощность, поглощаема  в результате эффекта Пельтье, начинает превышать q, спай приемника охлаждаетс , на входе и выходе усилител  по вл етс  сигнал отрицательной пол рности, фазочувствительный исполнительный механизм вызывает уменьщение выходного тока с генератора тока до тех пор, пока мощность Пельтье не сравн етс  с падающей плотностью . О величине падающего потока суд тThe incident radiant energy flux q causes the receiving site lag and the appearance at the receiver / signal output. As soon as the magnitude of this signal, amplified by amplifier 2, exceeds the threshold value (noise level), a phase-sensitive mechanism 5 is triggered, controlling the current generator 4, from its output a current is passed through the thermoelectric receiver but increases in time. that, it causes the Peltier effect on the junction of the thermal receiver, and thereby reduced the temperature of the junctions and the receiving platform. When the power absorbed by the Peltier effect, defined as P / aG (/ is the current magnitude and the thermo-emf coefficient, G is the temperature ° K), reaches a value equal to the incident flux q, the signal at the amplifier's input becomes equal zero, and the phase-sensitive executive mechanism provides a constant current value at the output of the current generator. As the incident flux decreases, the power absorbed by the Peltier effect begins to exceed q, the receiver junction cools, a negative polarity signal appears at the input and output of the amplifier, the phase-sensitive actuator causes the output current to decrease from the current generator until Peltier does not compare with the falling density. About the magnitude of the incident flow

по показани м измерительного прибора 5, регистрирующего величину протекающего через термоэлектрический приемник тока, который пропорционален величие падающего потока.according to the indications of the measuring device 5, which records the amount of current flowing through the thermoelectric receiver, which is proportional to the magnitude of the incident flow.

В устройстве не происходит уменьшени  чувствительиости вследствие того, что отрицательна  обратна  св зь включаетс  при достижении температуры спа  порога чувствительности системы, а применениеThe device does not decrease sensitivity due to the fact that negative feedback is turned on when the temperature of the system reaches the threshold of sensitivity, and

фазочувствительного исполнительного механизма позвол ет осуществить стопроцентную отрицательную обратную св зь.a phase-sensitive actuator permits 100% negative feedback.

Дл  отделени  полезного сигнала термо-ЭДС Еа. от разности потенциалов, возннкающей в результате пропускани  компенсирующего тока / через чувствительный элемент и дл  того, чтобы исключить щунтирование входа усилител  выходом генератора то.ка, чувствительный элемент RTo separate the useful signal thermo-EMF Ea. from the potential difference arising as a result of the transmission of the compensating current / through the sensing element and in order to avoid shunting the input of the amplifier by the generator output then.

включен в одно из плеч сбалансированного моста.included in one of the shoulders of a balanced bridge.

Теоретический расчет показывает, что температура спа  чувствительного элемента термоэлектрического .приемника при падении на пего лучистого потока q и отсутствии тока комеенсации определ етс  по формулеThe theoretical calculation shows that the spa temperature of the sensitive element of a thermoelectric receiver when the radiant flux q falls on the beam and the absence of a current is determined by the formula

/ zP/ zP

ert ert

(V)(V)

c-jSc-jS

е а - коэффициент теплообмена с окружающей средой;e а - coefficient of heat exchange with the environment;

X - коэффициент теплопроводности ветвей термоэлемента;X is the coefficient of thermal conductivity of the branches of the thermoelement;

5 - площадь поперечного сечени  ветвей;5 - cross-sectional area of the branches;

Р - периметр ветвей;R is the perimeter of the branches;

с - удельна  теплоемкость;c — specific heat capacity;

7 - плотность;7 - density;

т - врем ;t is time;

приat

9o

(2)(2)

Ц а:с5ЯC a: s5Ya

Claims (1)

65 таким образом 7 - 7„ erf Если порог чувствительности системы А7, то врем  ть через которое включитс  компенсирующий ТО.К А Г- iTgjS 4 Г ар Врем  Т2, за которое температура спа  чувствительного элемента вернетс  к пер.воначальной , после включени  компенсирующего тока, возрастающего по линейному закону со скоростью р, определ етс  выражением Таким образом, врем,  реакции системы с обратной св зью т слагаетс  из времени Ть в течение которого спай нагреваетс  до пороговой температуры, вызывающей срабатывание системы обратной св зи, и Т2, за которое температура спа  вернетс  к первоначальному уров ю. Врем  Т2, как видно из выражени  (5), определ етс  только скоростью нарастани  компенсирующего тока р и может быть получено достаточно малым применением соответствующей системы обратной св зи. Сравним врем  реакции системы с обратной св зью г Т1+Т2 с временем установлени  температуры прием-ника излз чени  без обратной св зи т. Примем разрещающую Способность регистрирующей части , равной АГ, относительна  погрешность измерени  k- „- при   0,1. т Из выражени  (6) видно, что прл достаточно большой скорости нарастани  компенсирующего тока р и малой теплопередаче в окружающую среду быстродействие системы с обратной св зью более, чем в сто раз превыщает быстродействие системы без обратной св зи. При пропускании компенсирующего тока через термоэлемент, кроме эффекта Пельтье , про вл ющегос  ;В спае, в объеме его ветвей на омическом сопротивлении выдел етс  Джоулево тепло , которое прнводит -к отклонению от линейной зависимости поглощаемой на спае мощности от величины тока / и возникновению погрешности . Однако в обычных приемниках излучени , в которых примен ютс  наиболее перспективные полупроводниковые материалы с высокой термоэлектрической эффективностью , за счет падающего потока происходит нагрев спа  приемника и его ветвей, вызывающий изменение основных параметров термоэлемента: тер.мо-ЭДС а, теплопроводности х и электропроводности а, что приводит к отклонению выходного Сигнала от линейного. При больщих мощност х падающего потока нагрев достигать очень значительной величины, и происходит даже термическое разрушение приемника излучени . Расчет на ЭВМ и экспериментальна  проверка показали, что термоэлектрический приемник, используемый без системы тепловой обратной св зи, обладает значительно худшей линейностью и больщей погрешностью особенно в области больших мощностей по сравнению с предлагаемым устройством, в котором в результате применени  эффекта Пельтье отсутствует нагрев спа . Таким образом, пропускание компенсирующего тока / позвол ет не только повысить быстродействие и улучшить линейность, но и расширить диапазон регистрируемых мощностей более чем на пор док при сохранении точности измерени  в пределах 10%. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  потока лучистой энергии, состо щее из последовательно соединенных термоэлектрического приемника излучени , усилител  и измерительного прибора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него :введены последовательно соединенные фазочувствительный исполнительный механизм и генератор тока, при этом вход фазочувствительного исполнительного механизма включен на выход усилител , .выход генератора тока соединен с термоэлектрическим приемником излучени , а измерительный прибор включен в выходную цепь генератора тока.65 thus 7 - 7 „erf If the sensitivity threshold of the system is A7, then the time after which the compensating TO.CON G will be switched on - iTgjS 4 Гр Time T2, for which the temperature of the sensitive element's temperature will return to the initial one after switching on the compensating current linearly increasing at a rate p, is determined by the expression. Thus, the time, the response of the feedback system, t, is composed of the time Tb during which the junction heats up to the threshold temperature that triggers the feedback system, and T2, for which Your spa temperature will return to its original level. Time T2, as can be seen from expression (5), is determined only by the rate of rise of the compensating current p and can be obtained by using a sufficiently small application of the appropriate feedback system. Let us compare the reaction time of the system with feedback g T1 + T2 with the time taken to establish the temperature of the receiver for feedback without feedback. Let us take the resolving power of the recording part, equal to AG, relative measurement error k - „- at 0.1. t From expression (6) it can be seen that at a sufficiently high rate of rise of the compensating current p and low heat transfer to the environment, the speed of the feedback system is more than a hundred times higher than the speed of the system without feedback. When a compensating current passes through a thermoelement, besides the Peltier effect, the Joule heat is generated in the junction in the volume of its branches on the ohmic resistance, which leads to a deviation from the linear dependence of the power absorbed at the junction on the current magnitude and the occurrence of an error. However, in conventional radiation receivers, in which the most promising semiconductor materials with high thermoelectric efficiency are used, due to the incident flux, the spa of the receiver and its branches are heated, causing a change in the basic parameters of the thermoelement: thermal emf a, thermal conductivity x and electrical conductivity a, which leads to a deviation of the output signal from the linear. With a large incident power, the heating reaches a very significant value, and even the thermal destruction of the radiation receiver occurs. The calculation on the computer and experimental verification showed that the thermoelectric receiver used without a thermal feedback system has much worse linearity and greater error, especially in the area of high power compared to the proposed device, which does not heat the spa as a result of applying the Peltier effect. Thus, the transmission of the compensating current / allows not only to increase the speed and improve the linearity, but also to expand the range of the recorded powers by more than an order of magnitude while maintaining the measurement accuracy within 10%. Apparatus for measuring radiant energy flux, consisting of a series-connected thermoelectric radiation detector, amplifier, and measuring device, characterized in that, in order to improve speed, a phase-sensitive actuator and a current generator are inserted into it, while the phase-sensitive input an actuator is connected to the output of the amplifier, the output of the current generator is connected to a thermoelectric radiation detector, and the measuring The instrument is included in the output of the current generator circuit.
SU762346426A 1976-04-02 1976-04-02 Apparatus for measuring flux of radiation energy SU682772A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762346426A SU682772A1 (en) 1976-04-02 1976-04-02 Apparatus for measuring flux of radiation energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762346426A SU682772A1 (en) 1976-04-02 1976-04-02 Apparatus for measuring flux of radiation energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU682772A1 true SU682772A1 (en) 1979-08-30

Family

ID=20656452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU762346426A SU682772A1 (en) 1976-04-02 1976-04-02 Apparatus for measuring flux of radiation energy

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU682772A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
De Almeida et al. Modeling and performance of vanadium–oxide transition edge microbolometers
JP2005249427A (en) Thermophysical property measuring method and device
JPH09257587A (en) Non-contact type temperature meter
Sorli et al. Fast humidity sensor for high range 80–95% RH
SU682772A1 (en) Apparatus for measuring flux of radiation energy
JPH0666639A (en) Infrared thermometer
US3535523A (en) Radiant flux measuring apparatus of the thermopile type
US6437331B1 (en) Bolometer type infrared sensor with material having hysterisis
RU2456559C1 (en) Thermal radiation receiver
Amiro et al. A small infrared thermometer for measuring leaf temperature in leaf chambers
US4019381A (en) Transparent optical power meter
JP2003294526A (en) Laser power detection device
Rice An electrically substituted bolometer as a transfer-standard detector
JPH04299225A (en) Clinical thermometer
Freire et al. Dynamic response of a feedback thermoresistive electrical substitution pyranometer
US3447376A (en) High accuracy temperature measuring devices
Syllaios et al. Measurement of thermal time constant of microbolometer arrays
RU2811537C1 (en) Quartz thermal radiation receiver
SU789690A1 (en) Radiant flux measuring method
KR101578374B1 (en) Thermopile sensor module
RU2752774C1 (en) Temperature measurement method
RU1803748C (en) Device for measurement of flux of radiant energy
JPS642884B2 (en)
SU609981A1 (en) Differential microcalorimeter
SU273486A1 (en) HEAT FLOW SENSOR