Способ измерения температуры и устройство для его осуществления

 

Изобретение касается измерения температуры бесконтактным способом при помощи средств пирометрии излучения и может быть использовано в области инфракрасной техники. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры и повышение быстродействия. Цель достигается тем, что в пирометре, состоящем из оптической системы, датчика, температуры шторки и микропроцессорной схемы обработки сигналов, дополнительно установлен датчик холодных спаев термобатареи , Сигнал от приемника излучения (термобатареи) через усилитель поступает на один из входов мультиплексора, с аналогоцифровым преобразователем. Два других мультиплексора используются для получения информации от двух датчиков температуры: датчика температуры холодных спаев термобатареи и датчика температуры шторки , установленного непосредственно возле шторки. Сигналы от датчика температуры холодных спаев поступают на мультиплексор как в момент калибровки, так и в момент процесса измерения температуры. 2 с.п. флы, 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01З 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4676921/25 (22) 13.02.89 (46) 23.09.91. Бюл. hh 35 (71) Специальное конструкторское бюро

"Злектротермометрия" Луцкого производственного объединения "Электротермометрия" (72) В.M.Çýñèìåíêo. A.Â.Марусенков и О.M.Ñåíèâ (53) 536.52 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 763698, кл. G 01 J 5/02, 1980.

"Thermopoli-80" Проспект фирмы

"Agema Infrared Szstems АВ", Швеция, 1985, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение касается измерения температуры бесконтактным способом при помощи средств пирометрии излучения и может быть использовано в области инфракИзобретение относится к области измерения температуры бесконтактным способом при помощи средств пирометрии излучения и может быть использовано в области инфракрасной техники.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры эа счет устранения динамической составляющей инструментальной погрешности и погрешности от фонового излучения, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения температуры, заключающемуся в том, что в оптический канал термобатарейного приемника излучения периодически вводится эталонный иэ„„Я ;„, 1679216 А1 расной техники. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры и повышение быстродействия. Цель достигается тем, что в пирометре, состоящем из оптической системы, датчика, температуры шторки и микропроцессорной схемы обработки сигналов, дополнительно установлен датчик холодных спаев термобатареи, Сигнал от приемника излучения (термобатареи) через усилитель поступает на один из входов мультиплексора, с аналогоцифровым преобразователем. Два других ь ультиплексора используются для получения информации от двух датчиков температуры: датчика температуры холодных спаев термобатареи и датчика температуры шторки, установленного непосредственно возле шторки. Сигналы от датчика температуры холодных спаев поступают на мультиплексор как в момент калибровки, так и в момент процесса измерения температуры. 2 с.п. флы, 1 ил. лучатель в виде шторки, при обработке сигналов микропроцессорной системой дополнительно формируют пропорциональные температуре холодных спаев термобатарейного приемника излучения сигналы и измеряют их вначале в момент нахождения шторки в оптическом канале, а затем периодически в процессе измерения температуры объекта, по величине этих сигналов формируют коэффициент коррекции покаэаний пирометра в виде множителя, уменьшающегося при уменьшении и увеличивающегося при увеличении температуры холодных спаев, после чего производят обработку информации по формуле

1679216 () )((Т! N> М2 +Не(ТГ} — (где Ni — плотность потока излучения от объекта измерения с измеряемой температурой Ts, М2 — плотность потока излучения от шторки с температурой TF;

Т, Tsf — температуры холодных спаев термообработки в начальный момент и в процессе измерения соответственно; е- излучательная способность измеряемого объекта;

NF(TF) — плотность потока излучения от. эталонного тела с температурой Тк

Uc.н. — номинальная статическая характеристика;

M(Tf) — коэффициент, учитывающий изменение чувствительности термобатареи с изменением ее температуры;

К вЂ” — коэффициент, учитывающий

Т

Tssf . изменение чувствительности термобатареи, вызванной изменением ее температуры от воздействия облучения объекта;

Nssä — плотность потока фонового излучения, соответствующего значению температуры фона, задаваемой оператором;

N(Tf) — плотность потока излучения эталонного излучателя, находящегося при температуре холодных спаев термобатареи, определяемой в момент облучения ее от шторки;

М(Т f) — плотность потока излучения эталонного излучателя, находящегося при температуре холодных спаев термобатареи, определяемый в каждый из MGMGHTQB облучения ее потоком от измеряемого объекта.

На чертеже представлена блок-схеМа пирометра.

Пирометр содержит оптическую систе му 1, приемник излучения в виде термобатареи 2, эталонное тело в виде шторки 3, входящей в оптический канал, датчик 4 температуры холодных спаев термобатареи, датчик 5 температуры шторки, усилитель 6 с переключающимся коэффициентом преобразования, мультиплексор 7, аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 8, микропроцессор 9 и дисплей 10.

Датчик 4 температуры холодных спаев термобатареи вмонтирован в корпусе самой термобатареи 2. Датчик 5 температуры шторки установлен в непосредственной близости от нее.

Выход приемника излучения (термобатареи 2) подключен к входу усилителя 6, 10

55 который через один из входов мультиплексора 7 подключен к входу АЦП 8. Датчики 4 и 5 температуры также подключены к АЦП 8 через второй и третий входы мультиплексора 7, Выход АЦП 8 подключен к микропроцессору 9, который связан с дисплеем 10 и формирует сигналы управления шторкой 3,для введения и выведения ее из оптического

«канала, усилителем 6 для изменения его коэффициента усиления (с целью расширения динамического диапазона), мультиплексором 7 для подключения информационных сигналов Т> от приемника излучения Т у от датчика 4 и Т от датчика 5, АЦП 8 с целью

его циклического запуска и считывания преобразованной в кодовый сигнал информации, индикатором 10 для выведения на него численных значений измеренных и вычисленных сигналов. При этом от датчика 4 температуры холодных спаев используются сигналы, получаемые путем разнесения х во времени, а именно во время нахождения шторки в оптическом канале (сигнал Т ) и во время выхода ее из канала (сигнал Ts,f).

При нажатии оператором кнопки управления процессом измерения вначале происходит обязательная корректировка пирометра.

Корректировка начинается с ввода эталонного излучателя шторки в оптический канал пирометра. Пока происходит установление показаний термобатареи, поле зрения которой перекрыто шторкой, к АЦП пирометра через мультиплексор подключается канал датчика температуры шторки и определяется ее температура TF. Затем поочередно подключается к АЦП канал датчика температуры холодных спаев термобатареи и канал термобатареи и определяются температура холодных спаев термобатареи Тг и величина сигнала термобатареи, пропорциональная температуре шторки М2. Затем шторка открывается и происходит периодическое измерение сигнала термобатареи, облученной измеряемым объектом N>. В связи с тем, что с изменением температуры горячих спаев термобатареи изменяется температура ее холодных спаев, периодически проводится измерение температуры холодных спаев термобатареи. Измерение температуры холодных спаев термобатареи происходит быстро, так как осуществляется кратковременное подключение канала датчика холодных спаев термобатареи через

1679216 мультиплексор к АЦП, и поэтому не приводит к потере полезной информации, производится с частотой достаточной для устранения погрешности до приемлемой величины и выбирается в зависимости от параметров термобатареи. Калибровка по шторке также производится периодически, но более редко, так как это приводит к потере информации о температуре 5 объекта измерения, Частота выбирается в зависимости от конструкции пирометра и условий его применения и обусловлена в основном дрейфом входных цепей усилителя. 10

Полученная информация о температуре шторки, температуре холодных концов термобатареи. сигнале термобатареи облученной шторкой и объектом излучения 15 обрабатывается микропроцессором под правлением программы, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве микропроцессора 9, по алгоритму в соответствии с формулой (1) и с учетом значений 20 введенных оператором E u Naacp данные о температуре объекта выводятся на дисплей.

Способ измерения температуры по фор- 25 муле (1) реализуется в следующей последовательности. Устанавливается оператором значение излучательной способности объекта измерения E и значение температуры фона, которое пересчитывается в значение 30 плотности фонового потока излучения Nyaya,.

Процесс измерения температуры объекта начинается с операций калибровки, заключающихСя в определении сигналов TF, Т, пересчитываемые в плотности потоков из- 35 лучения NF(TF), N(Tf) соответственно и сигнала ЬЬ пои введенной шторке в оптический канал. Затем после открытия шторки цикI лически измеряется плотность потока излучения от объекта измерения N> и сигнал Т .f, 40 который пересчитывается в плотность

N(Tag). На основании полученных сигналов Т, Т у высчитываются коэффициенты

К и N(Tt) Далее для каждого цикла: 45

Tf

Т измерения вычисляют значение информационного сигнала по формуле (1) с использованием ранее определенных численных значений.

Формула изобретения

1. Способ измерения температуры, заключающийся в периодическом введении эталонного излучателя в виде шторки в ог.тический канал термобатарейного приемника излучения и в последующей обработке трех сигналов, а именно измерительного сигнала от термобатарейного приемника, несущего информацию об измеряемой температуре, опорного сигнала от-датчика температуры шторки и фонового сигнала от датчика температуры окружающей среды путем их аддитивного сложения и дальнейшего умножения полученного результата на величину, обратную излучательной способности, и по вычисленному сигналу определяют температуру объекта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, дополнительно измеряют пропорциональные температуре холодных спаев термобатарейного приемника излучения сигналы в момент нахождения шторки в оптическом канале и периодически в процессе измерения температуры объекта, разность этих сигналов вычитают из суммы аддитивно сложенных, сигналов, а полученный результат умножают на коэффициент, прямо пропорциональный температуре холодных спаев, 2. Устройство измерения температуры, содержащее оптическую систему, фокусирующую поток излучения на термобатарейный приемник излучения, соединенный с усилителем. эталонный излучатель в виде шторки, периодически входящий в оптический канал, датчик температуры шторки, который через мультиплексор связан с аналого-цифровым преобразователем, с которым через другой вход мультиплексора связан выход

Ф усилителя сигнала термобэтэреи, микропроцессор, вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, информационный выход с цифровым дисплеем, а управляющий выход со шторкой, усилителем термобатареи, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем и дисплеем, о т л и ч а ю щ.е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, дополнительно введен датчик температуры холодных спаев термобатареи, соединенный с входом аналого-цифрового преобразователя через один иэ входов мультиплексора, 1679216

Составитель B.Çóåâ

Техред М.Моргентал

Редактор Е,rfann

Корректор Э.Лончакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3201 Тираж 313 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и оФкрйтиям при ГКНТ СССР

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