Измеритель лучистого теплового потока

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучения, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования температуры с помощью радиометров и пирометров. Цель изобретения - повышение точности измерений. Суть изобретения заключается в периодической коррекции выходного сигнала измерителя при отсутствии исследуемого излучения, а также определение чувствительности измерителя в процессе его работы. Кроме того в измерителе в первичном преобразователе наряду с болометрическими приемниками излучения можно использовать приемники излучения на базе бескорпусных транзисторов. В измерителе осуществляется исключение составляющих погрешностей, вызванных временной и температурной нестабильностью первичного преобразователя, а также других элементов измерителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

091 (111

507 А1 цц С 01 3 5/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ N ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4470639/40-25 (22) 08, 08. 88 (46) ) 5.07,90.Hþë. N - 26 (72) В.M.Ãîðáà÷åâ, С, К, Никифоров, Е.И.Фандеев и А.Н,Петренко (53) 536.5 (088. 8) (56) Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, Справочные материалы, M. Машина строение, 1985, с. 893-895, Патент ПНР 9 104411, кл. G 01 7 5/24, кл, G 01 R 17/02, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛОВОГО

ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучения, и может быть . использовано в системах автоматичесИзобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры тел по интенсивности их полного излучения, и может быть использована в системах автоматического контроля и регулирования температуры с помощью радиометров и фпирометров, Цель изобретения — повышение точности измерений, На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого измерителя, Измеритель содержит первичный преобразователь 1, выполненный в виде размещенных в одном кор усе приемника 2 излучения с нагревателем 3 и компенсирующего термочувствительного кого контроля и регулирования температуры с помощью радиометров и пирометров. Цель изобретения — повьппение точности измерений, Суть изобретения заключается s периодической коррек" ции выходного сигнала измерителя при отсутствии исследуемого излучения, а также определение чувствительности измерителя в процессе его работы, Кроме того в измерителе в первичном преобразователе наряду с болометричес. кими приемниками излучения можно использовать приемники излучения на базе бескорпусных транзисторов, В измерителе осуществляется исключение составляющих погрешностей, вызванных временной и температурной нестабильностью первичного преобразователя, а также других элементов измерителя, Сю

1 з,п,ф-лы, 1 ил. элемента 4, кроме того, измеритель содержит первый 5, второй 6 и третий

7 резисторы, источник 8 опорного напряжения, заслонку 9,первое устройство 10 управления, первый 11 и второй

12 резистивные делители напряжения, первый 13 н второй 14 переключатели, второе 15 и третье 16 устройства уп-." равления первым 13 и вторым 14 переключателями соответственно, а также первый 17 и второй 18 операционные усилители, Измеритель работает следующим об.разом.

При открытой заслонке 9 лучистый

1 тепловой поток от исследуемого объекта (не показан) поступает на вход

1578507 приемника 2 излучения первичного преобразователя 1, вызывая изменение его

I температуры. Если в качестве приемника 2 излучения и.компенсирующего термочувствительного элемента 4 используются болометрические приемники, то при изменении температуры приемника 2 излучения изменится его сопротивление Rz. При этом сопротивление К» компенсирующего термочувствительного элемента 4 определяется его температурой, которая близка к температуре окружающей среды, Если же в качестве приемника 2 излучения и.компенсирующего термочувствительного элемента 4 используются транзисторы (например, бескорпусные транзисторные сборки

К129НТ1В), то при изменении температуры приемника 2 излучения изменя- 20 ется падение напряжения Un между его, первым и вторым выводами., так как изменяется напряжение между эмитте.ром и базой транзистора.

Далее работа измерителя. осуществ- 25 ляется следующим образом, Первый переключатель 13 по сигналам, поступающим на его управляющий вход с выхода. второго устройства 15 управления, периодически поочередно g0 подключает к инвертирующему входу первого операционного усилителя 17 первые выводы приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4. При этом напряже ние Б» на инвертирующем и напряжение U» на неинвертирующем входах первого операционного усилителя I7 р авны

R5

U =U =-U

И н сп +

4 где Uon — напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения; 45

R4 — сопротивление резистора, включенного между первым и вторым выводами первого резистивного делителя 11 напряжения, 50

R < — сопротивление резистора, включенного между вторым, и третьим выводами первого резистивного делителя 11 напряжения.

Следовательно, токи In и I<, протекающие через приемник 2 излучения и компенсирующий термочувствительный элемент 4, соответственно равны

R(R4 +В

11 0п 11и Uon

Ен — —— йй

Rq R

Rü

Э

R4 +Rg

Е1п = InRe1

Е1к InRKi а напряжения на выходе первого операционного усилителя 17 соответственно равны

= (1+- — -) (Е1 — — — — U )—

R6 R5 ьыкп qnR + n

7 4

I c п< бв

R6 Е5

Uewx к = (1+ ) (Uon = — як)

Re+ R5

IgR, где R > — сопротивление резистора, включенного между первым и вторым выводами. второго резистивного делителя 12 напряжения;

К- — сопротивление резистора, включенного между вторым и третьим выводами второго резистивного делителя 12 напряжения.

Отсюда очевидно, что выходное напряжение первого операционного усилителя 17 линейно зависит от величин падения напряжения Ип и U на приемнике 2чизлучения и компенсирующем термочувствительном элементе 4 соответственно, или от величины их сопротивлений Rn и К соответственно, Таким образом, на выходе первого операционного усилителя 17 при возI действии исследуемого лучистого теплового потока будет формироваться переменное напряжение, амплитуда U p где R и R> - сопротивления первого

5 и третьего 7 резисторов соответственно, При этом падения напряжения Un и V v, на приемнике 2 излучения и компенсирующем термочувствительном эле менте 4 соответственно равны

8 о 7

ПР»

+(— — ) Э

Uon н =

1 н

Uon н У

5 157 которого равна разности напра,лений, пр». порциональных температурам приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4, сле- довательно, она будет пропорциональна интенсивности исследуемого лучистого теплового потока, Периодически первое устройство 10 управления формирует сигнал, по которому заслонка 9 вводится между исследуемым объектом и первичным преобразователем 1, При этом на выходе первого операционного усилителя 17 будет формироваться переменное напряжение, амплитуда 11ро которого пропорциональна температурным "перекосам" между приемником 2 излучения и компенсирующим термочувствительным элементом 4, вызванным, например, неравномерностью прогрева корпуса первичного преобразователя 1 или неидентичности коэффициентов преобразования приемника 2 излучения и компенсирующего термочувствительного элемента 4, а также изменением сопротивлений первого 5 и третьего 7 резисторов. Это напряжение используется при обработке результатов измерений для получения истинного значения температуры исследуемого объекта, Кроме того, при закрытой заслонке

9 периодически осуществляется определение чувствительности измерителя следующим образом.

На выходе третьего устройства

16 управления формируется сигнал, по которому второй переключатель 14 под- ключает второй вывод второго резистора 6 к выходу источника 8 опорного напряжения, При этом через нагреватель 3 будет протекать ток I<, величина которого равна где Rq — сопротивление второго резистора 6, а на выходе второго операционного усилителя 18, в обратную связь которого включен нагреватель 3, напряжение U»» равно где R< - сопротивление нагревателя 3.

Мощность q, выделяемая в нагревателе 3 и рассеиваемая приемником 2 излучения, при этом равна

q »1Ц, Учитывая величину напряжения Up», измеренную в .это время на выходе первого операционного усилителя 17, можно рассчитать чувствительность

S измерителя по формуле

Используя измеренные величины напряжений U< Про и Ьп, а также определенную чувствительность $ измерителя, температуру Т исследуемого объекта определяют по формуле

15 коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей первичного преобразователя;

К вЂ” коэффициент преобразования приемника 2 излучения, Таким образом, в измерителе осуществляется исключение составляющих погрешностей, вызванных временной и температурной нестабильностью перзо вичного преобразователя 1, а также ,других элементов измерителя, что позволяет повысить точность измерений, Кроме ",îãî, использование в первичном преобразователе транзисторов

35 вместо болометров позволяет понизить требования к стабильности источника

8 опорного напряжения, первого 5, второго 6 и третьего 7 резисторов, так как в транзисторах происходит изменение напряжения эмиттер-база от температуры, что позволяет упростить измеритель, Фор мула из обретения

Измеритель лучистого теплового потока, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде размещенных в одном корпусе приемника излуче50 ния с нагревателем и компенсирующего термочувствительного элемента, каждый из которых последовательно соединен соответственно с первым, вторым и третьим резисторами, а также источник

55 опорного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппе-! . ния точности измерений, он дополни тельно содержит заслонку, связанную с первым устройством управления, первый

1570507

2. Измеритель по п,1, о т л и— ч а ю шийся тем, что приемник излучения, нагреватель и компенсирующий термочувствительный элемент выполнены на базе первого, второго и третьего транзисторов, коллекторы и базы каждого из которых объединены и являются соответственно первыми вы. водами приемника излучения, нагревателя и компенсируницего термочувствительного элемента, вторыми выводами которых являются эмиттеры соответствующих транзисторов, причем первый и второй транзистор размещены на одном кристалле.

10 15

Составитель А.Леви

Редактор А,Ревин Техред Л.Олийнык

Корректор М,Самборская

Подписное

Заказ 1907

Тираж 430

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 и второй реэистивные делители напряжения, первый и второй переключатели, второе и третье устройства управления и первый и второй операционные усилители, при этом первый вывод первого резистивного делителя напряжения сое- динен с выходом источника опорного напряжения, второй вывод — с неинвертирунщим входом. первого операционного 10 усилителя, .а третий вывод — с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с выходом первого переключателя а вы1 ход « с первым выводом второго резистивного делителя напряжения, первый вход первого переключателя соединен с первыми выводами приемника излучения и .первого резистора, управлякший вход — с выходом второго устройства управления, а второй вход—

:с первыми выводами компенсирующего .. термочувствительного элемента и третьего резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого . 5 . резистора, первым входом второго переключателя и выходом источника опорно"

ro напряжения, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первыми выводами второго резис- 30 тора и нагревателя, неинвертирующий вход — с общей шиной, а выход — со вторым выводом нагревателя, второй вывод второго. резистора соединен с выходом второго переключателя, второй вход которого соединен с общей шиной, а управляющий вход — с выходом третьего устройства управления, вторые выводы приемника излучения и компенсирующего термочувствительного элемента соединены с вторым выводом второго резистивного делителя напряжения, третий вывод которого соединен с общей шиной, причем заслонка устанавливается перед входом приемника излучения, !