Устройство для определения яркостной температуры поверхности нагретого тела
Изобретение относится к радиационной пирометрии, в частности к бесконтактному - измерению температуры нагретой поверхности , и может быть использовано в металлургии , энергетике, химической технологии, Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит расположенные на одной оптической оси образцовый источник излучения, линзу источника излучения и поворотное зеркало и расположенные на оптическом пути излучения , испускаемого нагретой поверхностью через среду, первый диск-обтюратор с зер-- кальт ми поверхностями, обращенными к монохро птору, линзу и монохроматор и второй диск-обтюратор, аналогичный первому , расположенный между источником излучения и средой, причем его зеркальные поверхности обращены к источнику излучения . Оба диска-обтюрпторэ имеют одинпко- -вое кратное трем число секторов - два непрозрачных, один прозрачный и устройство для синхронизации их вращения заданным образом. 2 мл. (Я с
(я)5 G 01 J 5/02
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
Л=. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРCTЕ<Е ННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ ВИДETEJlbCTBY (21) 4729750/25 (22) 17,06.89 (46) 23.01.92. Б<ол. М 3 (71) Институт высоки; температур АН СССР (72) В.И.Влади<лиров и Ю.A.Ãîðøêîâ (53) 536.35 (О<".,3.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 993710, кл, G 01 J 5/20, 1980.
Авторское свидетельство СССР
М 411316 кл. C 01 J 5/02, 1971 (54) YСТРОЙ(тВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕHИЯ
ЯРКОСТНОЙ ТЕМГ1 ЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕТОГО ТЕЛА (57) Иэобрстение относится к радиационной пирометрии, в частности к бесконта<гтному измерению температуры нагретой поверхности, и может быть использовано в металлургии, энергетике, хим«ческой технологии, Целью изобретения является повышение
Изобретение относится к радиационной пирометрии, в частности к бесконтактному изменению те<лпературы нагретой поверхности, и может быть использовано в металлургии, энергетике и химической технологии.
Целью изобретения является повышение точности.
На Ф<лг.1 изображе <а блок-схема устройства; на фиг,2 — г<лоск-<сти обтю,",а <оров, Устройство для определения яркосгной температуры поверхности нагретого тела включает расположенные на одной и той же оптическои оси u<6< оз.,аь-;;; . =т=",н:., ™з„„Ы „„1707485 А1 точности. Сугцность изобретения заключается в том, что устройст.<о содержит расположенные на одной оптической оси образцовый источник излучения, линзу источника излучения и поворотное зеркало и расположенные на оптическом пути излучения, испускаемого нагретой поверхностью через среду. первый диск-обткратор с зеркальн<. ми поверхностями, обращенными к монохроматору, линзу и монохроматор и второй диск-обтюратор, аналогичный первому, расположенный между источником излучения и средой, причем его зеркал ные поверхности обращены к источни<:у иэлу <ения. Оба диска-обтюраторэ име<от одинако.вое кратное трем число секторов — два .епрозрачнь<х, один прозрачный и устройТВо <ля синхронизации их вращения эадайным образом. 2 ил. лучения, линзу 2 источника излучения и поворотное зеркало 3 и расположеннь<й на оптическом пучке излучения, испускаемого нагретой поверхностью 4 через среду 5, диск-обтюратор 6. участки которого, непрозрачные для излучения, выполнены зеркальными, линзу 7 и монохроматор 8 с фотоэлектрическим приемником 9 излучения. Зеркаль<<ые повсрхност« д:;ска сбт<оратора 6 обращены K моr Образцовый источник 1 излучения и поворотное зеркало 3 расположены по разные стороны от среды 5, причем между образцовым источником 1 излучения и средой 5 устано<лен ятпрпй диск-обтюратор 10. 1707485 15 аналогичный первому ",.:Оку-обтюратору 6, так что его зеркальные поверхности обращены к образцовому источнику 1 излучения и фотоэлектрическому приемнику 11 излучения с линзой 12, расположенными Hà оптической оси, пересекзющей оптическую ось образцового источника 1 излучения в плоскости зеркальной поверхности обтюратора 10. Плоскости дисков-обтюраторов 6 и 10 наклонены к оптическим осям так, что перпендикуляр, восстановленный из точки пересечения оптических осей на зеркальных поверхностях, является биссектрисой меньшего угла между оптическими осями. Оба обтюратора 6 и 10 содержат одинаковое и кратное трем число секторов, которые чередуются в последовательности два непрозрачных — один прозрачный, а угол поворота передней по направлению вращения обтюраторов кромки прозрачного сектора одного обтюрвтора относительно вертикальной оси совпадает с углом поворота р задней кромки прозрачного сектора другого обтюратора относительно той же оси. Устройство содержит также блок синхронизации вращения обтюраторов (не показан). Устройство работает следующим образом. Изображение нагретой поверхности 4, полученное с помощью линзы 7, совмещают с плоскостью входной щели монохроматора 8, что обеспечивает наилучшее пространственное разрешение при измерении температуры. Изображение тела накала образцового источника 1 излучения, полученное с помощью линзы 2, совмещают с плоскостью, отстоящей от линзы 7 на такое же расстояние, на которое удалена от линзы 7 нагретая поверхность 4, Расстояние измеряют вдоль оптической оси от образцового источника излучения, т.е. Y1 + Уг+ Уэ = Y... В первой фазе вращения обтюраторов 6 и 10 через прозрачный сектор обтюратора 6 и линзу 7 в монохроматор 8 попадает поток излучения от нагретой поверхности 4, ослабленный средой 5, и излучение самой среды Ф +cp- Gnln ехр р)+ Gcplcp, (1) где! n, Icp — интенсивности излучения нагретой поверхности и среды; t0 — оптическая плотность среды; Gn, 6ср — геометрические факторы для поверхнссти и среды; Ф -;МОТО:: li3n $4c;bile. Во второй фазе непрозрачный сектор обтюратора 6 перекрывает излучение от поверхности 4. Если угол между вертикальной 55 ю осью и задней кромкой прозрачного сектора обтюратора 6 равен углу между вертикалью и передней кромкой прозрачного сектора обтюратора 10, то излучение от образцового источника 1 проходит через прозрачный сектор обтюратора 10, линзу 2, среду 5, отражаясь от поворотного зеркала 3 и зеркальной поверхности обтюратора 6. попадает через линзу 7 на входную щель монохроматора 8, В этом случае поток излучения, попадающий в монохроматор 8, равен % +cp = э э е <р -70 ) + Gcp2lcp (2) где I>, Icр — интенсивности излучения образцового источника 1 излучения и среды 5; G>, Gcpz — геометрические факторы образцового источника 1 излучения и среды 5. Оптический путь, вдоль которого распространяется излучение от образцового источника 1 излучения, проходит близко от оптического пути. вдоль которого распространяется излучение от нагретой поверхности 4, поэтому оптическая плотность среды тр и интенсивность Icp в формулах (1) и (2) одинаковы. Геометрические факторы для излучения среды, распространяющегося вдоль этих нэправлений, могут быть разными. В третьей фазе вращения обтюраторов 6 и 10 непрозрачные сектора перекрывают излучение как от нагретой поверхности 4, так и от источника 1, и в монохроматор 8, отражаясь от поворотного зеркала 3 и зеркальной поверхности обтюратора 6. через линзу 7 попадает поток излучения от среды 1 Icp= Gcp2 1ср (3) Если угол между вертикальной осью и передней кромкой прозрачного сектора обтюратора 6 равен углу между вертикалью и задней кромкой прозрачного сектора обтюратора 10, то во второй фазе в монохроматор 8 попадает поток ПОДаЮТСЯ floTOKO Ф +,р, Ф, + cp, Ф р. Когда обтюратор 10 перекрывает оптическую ось, то излучение образцово о источника 1 излучения, отражаясь от зеркал;ной поверхност", обтюратора 10, попадает в приемник, 1 излучения, с помощью которого контролируют постоянство интенсивности излучения образцового источника 1 излучения.. 1707485 ги с (9) (7 а.) Перед измерениями, когда отсутствует среда 5, измеряют поток излучения образцового источника 1 излучения Ф -Ь1э. (4) Зависимость интенсивности излучения образцового источника 1 излучения I> от яр- 5 костной температуры его тела накала 13 (1э = -f (Т,)) определена, т.е. образцовый источник 1 излучения предварительно откалиброван. По измеренным потокам излучения 10 Фд + cp,Фэ + cp, Фср и известному Фэ при условии Gn Gcp Сср2 = Сэ (5) определяют яркостную температуру нагретой поверхности. отделенной от линзы 7 поглощающей и излучающей средой 1 ). Ф1 + ср Icp — 1 Требование (5) наклэдь.вали ограничения на геометрические размеры устройства. Излучение От рабочей поверхности тела 25 накала образцового источника 1 излучения должно заполнить входную щель монохроматора 8. Это дости ется, если изображение рабочей BQBcpxHocTL тела накала образцового источника 1 излучения больше размера входной ьцели монохроматора 8: а Р,/4 > ац, »и Pи/ м пщ. где ащ и Ьщ — ширина и высота щели монохроматора 8: g P — коэффициенты гинейного увеличения линз образцового источника 1 из-. лучения и монохроматорэ 8; .аи и h< — ширина и высота рабочей площадки тела накала образцового источника 1 40 излучения, Учитывая, что получим 45 У6 — fè, тм а = f у — f )а. т6 fè . 1м — )ащ, fH Уп — fM 50 где f> и-f< — фокусные расстояния соответственно линз 2 и 7; Yg — рассто, ние от линзы 2 да иэображения тела накала обрээцовсн О исгочника 1 излучения. 55 Размеры входной щели монохроматора 8 выбираются тэк, чтобы обеспечить требуемое разрешение при измерении температ ры нэгр 0--1 г i 1еохноi ти 4 пэ iмег1ы а ll hu заданы типом используемого образцов lo HcT0 (Hика 1 иэлу IPHvIII. Расстояние от линзы 7 до нагретой поверхности 4 опреде ляется тсм, что плоскости входной щели и нагретой поверхности 4 являются оптически сопряженными. Так кэк фокусные расстояния линз 2 и 7 заданы, то из (7а) получим ограничение на YI. („ь. — „" (8) Оправа линзы 7 должна быть эппертурной для обоих оптических путей. Это выполняется при условии где a«, h« — диаметры оправ линз 2 и 7. Полученные формулы легко преобразовались к более удобному виду „ „-Р1, (>„ „i YÄ (1 М1 М IILi (ln Лл) л II p <+ á щ (1г 1м11 1W, (In где Уд — расстояние между линзами 2 и 7, Устройство позволяет с,оысокой точностью определять яркостную температуру нагретой поверхности 4, даже если этэ поверхность отделена от приемного ус1ройства поглощающей, рассеивэк1щей и ИЗЛУчаЮЩЕй СРЕДОЙ. Формула изобретения Устройство для определения яркостной температуры поверхност;1 нагретого тела. содержащее оптически связанные рбразцовый источник излучения, гинзы, поворотное sepKano, диск-обтюратор, участки поверхности которого, непрозрачные для излучения, выполнены зеркальными, и монохромэ1ор с фотоэлектри«еским приемНИКОМ ИЭЛУ 1ЕНИЯ, ПРИЧЕги ЭЕРКаЛ III,le ПОверхности диск,1- с 01 ь1р; 1 рэ ОГр, ще: к МОНОХРОМЭ i QPi, О 1 Л «1 Ч с) id ((что, с целью повышения точности, 001р,1эцовый источник излучения и поворо1ное зеркало расположены по разные стороны о1 среды, причем между Образцовым источни<ПМ ИЭЛУЧЕНИЯ И СПЕДОй ДОПОЛНИТЕЛЬНО УС1707485 г и Фиг.? тановлен второй диск-обтюратор, аналогичный первому, так что его зеркальные поверхности обращены к образцовому источнику излучения и фотоэлектрическому приемнику излучения, оптическая ось которого пересекает оптическую ось образцового источника излучения в плоскости зеркальной поверхности второго обтюратора. а плоскости обтюраторов расположены по отношению к оптическим осям так, что перпендикуляр к зеркальной поверхности обтюратора, восстановленный иэ точки пересечения оптических осей, является биссектрисой меньшего угла между оптическими осями, кроме того, оба обтюратора содержат одинаковое и кратное трем число секторов, которые чередуются в последовательности два непрозрачных — один прозрачный, а угол поворота передней по направлению вращения обтюратора кромки прозрачного сектора одного обтюратора относительно вертикальной оси совпадает с углом поворота задней кромки прозрачного сектора другого обтюратора относительно той же оси, кроме того, устройство содержит блок синхронизации вращения обтюраторов, при этом расстояние от линзы, расположенной около монохроматора. до линзы, расположенной около образцового источника излучения вдоль оптического пути, должно удовлетворять условиям где ащ, Ьщ — ширина и высота щели монохро15 матора соответственно; a„, h„— ширина и высота рабочей площадки тела накала образцового источника излучения соответственно; 4, 1м — фокусные расстояния линз, рас20 положенных соответственно около образцового источника излучения и около монохроматора; Yä — расстояние между линзами вдоль оптической оси; 25 Уп — расстояние между линзой и нагретой поверхностью; Ои, Ои — диаметры линз, расположенных около образцового источника излучения и монохроматора соответственно, 1707485 Составитель В. Андрианова Редактор О.Юрковецкая Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О,Ципле Заказ 2б1 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
