Устройство для измерения лучистых потоков

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным злементом в виде температуроза №CO t 3 r g i n fij-fjlj.., . I, висимого сопротивления, источник питания , включенный в одну диагонгшь моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, отличающёес я тем, что, с целью повышения точности измерений при нестабильности условий охлазвдения, в него введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления вклю;чены таким образомj что одни их концы соединены вместе в общую точку (Л схемы, а вторые концы подсоединена к входу аналогового измерительного устройства .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

C51) 4 G 01 3 5/22

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3337482/18-25 (22) 26.08..81 (46) 30.03.86. Бюл. N 12 (71) Институт технической теплофизики АН Украинской ССР (72) Е.А. Максимов и М.В. Страдомский (53) 535.231.6(088.8) (56) Геращенко О.А. Основы теплометрии. Киев."Наукова думка", 1971, с. 192.

Физические измерения в газовой динамике и при горении. Ред.Ладенбург P.Ó. и др. М.: Изд-во иностранной литературы, 1957, с. 220. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температурозаÄÄSUÄÄ 1026535 A висимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыщения точности измерений при нестабильности условий охлаждения, в него введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления включены таким образом, что одни их кон- д цы соединены вместе в общую точку схемы, а вторые концы подсоединены к входу аналогового измерительного устройства.

026535 устройство обладает и существенным недостатком, связанным с тем, что изменение условий охлаждения при непосредственном измерении теплового потока по сравнению с условиями охлаждения при установлении начального перегрева (начального значения электрического тока) приводит к появлению неконтролируемой ошибки измерения.

Кроме того, такие устройства требуют сложных систем термостабилизации для обеспечения идентичности (стабильности) условий охлаждения чувствительного элемента.

Цель изобретения — повышение точности измерений при нестабильности условий охлаждения.

15 схему с включенным в нее чувствитель° ным элементом в виде температурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в другую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания, введена дополнительная мостовая схема, идентичная первой, и аналоговое измерительное устройство, причем температурозависимые сопротивления включены таким образом, что одни их концы соединены вместе в общую точку схемы, а вторые концы подсоединены к входу аналогового измерительного устройства.

Введение в схему устройства второй мостовой схемы с температурозависнмым сопротивлением, источником питания и дифференциальной измерительной схемой дает возможность автоматически поддерживать заданную температуру компенсационного элемента, изменяя при этом ток через него в зависимости от изменения условий его охлаждения, что дает возможность отслеживать суммарную мощность, рассеиваемую на чувствительном элементе синхронно с ее изменением и тем самым устранить зависимость результата измерения лучистого потока от условий охлаждения чувствительного элемента, и тем самым повысить точность его измерения.

1 1

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения лучистых потоков.

Известно устройство для измерения лучистых потоков по схеме. К. Ангстрема, состоящее из двух чувствительных элементов, установленных на каждом Йз них датчиков температуры, электрического нагревателя для одного из чувствительных элементов и источника его питания. Недостатками такого устройства являются большая инерционность чувствительного элемента за счет присоединения к нему измерителя температуры и еще большая инерционность компенсационного элемента за счет присоединенных к нему и измерителя температуры, и нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения лучистых потоков, содержащее мостовую схему с включенным в нее чувствительным элементом в виде температурозависимого сопротивления, источник питания, включенный в одну диагональ моста, и дифференциальную измерительную схему, включенную в дРугую диагональ моста, причем выход измерительной схемы подключен к входу источника питания. Подобные устройства широко известны под названием термоанемометров постоянного сопротивления.

Сначала через чувствительный элемент пропускается ток, который рассеивает на нем мощность больше ожидаемой мощности измеряемого теплового потока, а затем при облучении

I чувствительного элемента измеряемым тепловым потоком электрическая мощность уменьшается до достижения заданного ранее постоянного перегрева чувствительного элемента над окружающей средой. Величина измеряемого теплового потока определяется как разность электрических мощностей до и после обслучения. Достоинством этого устройства является то, что приемник излучения не нуждается в градуировке и обладает минимальной инерционностью, поскольку чувствительный элемент в виде температурозависимого сопротивления объединяет в себе функции тепловоспринимающего элемента, измерителя температуры и электрического нагревателя. Однако описанное

Ю

Цель достигается тем, что в йзвестное устройство, содержащее мостовую

Введение в схему аналогового устройства позволяет производить отсчет показаний устройства непосредственно

3 1026535

4 в единицах измеряемой мощности тепло- .к ного потока.

12 К2т

На чертеже приведена схема уст- > ройства. откуда измеряемый лучистый поток

Чувствительный элемент 1 и компен- 5 сационный элемент 2 включены в мосто- .тт2 .к2, вые схемы (мосты) 3 и 4, в эти же

q = .К,— ",К,= К,(,-, = мостовые схемы введены переменные 2 1) сопротивления 5 и 6 для установки

R„ необходимой степени перегрева чувст- 10 Работа устройства обеспечивает вительного 1 и компенсационного 2 постоянство во времени как сопротивэлементОв, в генераторные диагонали ления чувствительного элемента 1 R мостов 3 и 4 вк лючены источники 7 и так и компенсационного элемента 2 К, 8 питания (тока) а (), в измерительные и, следовательно, их равенство К„= К, диагонали — дифференциальные изме- 15 как выбрано вначале. Мощности, расрительные схемы 9 и 10 соответствен- сеиваемые на них при одинаковости условий охлаждения, также одинаковы. ный 2 элементы включены в мостовые Таким образом, разность квадратов пасхемы 3 и 4 так чт что один из концов дений напряжений на компенсационнбм их соединен с общей точкой, а другие 2п 2 и чувствительном 1 элементах, умноконцы подключены к входам аналогового женная на проводимость (величину, устройства 11. обратную сопротивлению) чувствительного элемента 1 соответствует измеряУстройство работает следующим образом. емому лучистому тепловому потоку.

25 Аналоговое устройство 11 выполняет

При отсутствии измеряемого потока тт тт 2 операцию П 2 — О.„, которая наиболее на переменных : сопротивлениях 5 и 6 просто выполняется как (О - U„ ) i выставляется такая величина, чтобы, „ (и . + U ) (+ ), при этом на его выходе баланс мостовых схем 3 и 4 доетигал- появляется сигнал, пропорциональный ся при заданной мощности перегрева ЭО мощности измеряемого лучистого теплочувствительного 1 и компенсационного вого потока с точностью до постоян2 элементов . После этого включаются ного множителя щ умножение на котоисточники 7 и 8 питания, управляемые рыи, при необходимости, может также сигналами разбаланса мостовых схем осуществляться в аналоговом устрой3 и 4, усиленными дифференциальными измерительными схемами 9 и 1 0, и

Э5

Рассмотрим эффективность данного ютсЯ токи 1, и 12 ° Ри устройства. равенстве сопротивлений чувствитель- . Если в качестве чувствительного ного 1 и компенсационного 2 элеменэлемента использовано термосопротивтов (К„ = К ) и условий их охлажде- 40 ление из никеля с приемной поверхния одинаковый их перегрев достигается при токах i = i . При этом на ностью Р 5,3 мм . и электрическим

1 2 сопротивлением R = 100 Ом то при них рассеиваются электрические мощMt

° 2К 2 его охлаждении с коэффициентом тепности 1т 1 = 12К2 Клит заменяя

2т лоотдачи Ы .= 5 Вт/м К и температур= U» e i2R2 = U, можно написать

1/R = U 1/R2 ном напоре 4 t = 1 К шкала измерителя

1/ „ = 1, / 2 ° лучистого потока будет

При облучении чувствительного эле. мента 1 измеряемым тепловым потоком Ц= РМс(=5,3 10 5 t = 26,5 10 Вт. начнет возрастать его сопротивлениИ за счет роста температуры, что приПри этом стабилиз илизация температурй точно тью т 1 К вызо ветствующему уменьшению тока источвет погрешность в измерении тепловоника 7 питания. При установлении нового положения равновесия моста 3 при о Располагаемой шкалы мощности. новом значении тока i+ су арная мощ- Вьдйление в чувствительном элеменность, рассеиваемая на чувствительном элементе 1, определится как с ма из- сти 26 5 10 Вт оответствУет меряемого лучистого потока и мощность, вьделяемая током i, т.е. U = а = 51 5""10- В

1026535

=0 35 10 Вт.

Редактор Л. Письман Техред Л.олейник . Корректор A- . .Ференц

Заказ 1629/5 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 При работе по данной схеме устройства и использовании серийных цифровых вольтметров измерения возможно проводить с погрешностью на уровне 10, т.е. ошибка в измерении падения напряжения на чувст,вительном элементе составит

6 U = U 10 = 51,5 10 5,15-10 В.

Ошибка в определении мощности, рассеиваемой на приемном элементе, при этом составит

2U 6 гг Г2 2.51,5 10 з 5,15-10.2 к гоо

Таким образом, применение настоя щего устройства позволяет увеличить точность измерения лучистого теплового потока более, чем в 75 раз.

Изобретение может быть использовано для научных исследований, испыта" гр ний энергетических устройств, работающих как в стационарных, так и в импульсных режимах, для обнаружения по тепловому излучению движущихся и неподвижных объектов для обеспече)

15 ния измерений в лазерной технике.