Трихроматический пирометр
Изобретение относится к радиационной пирометрии. Пирометр содержит объектив, фотоприемники, перед каждым из которых установлен фильтр излучения, светоделительное зеркало, делящее поток излучения на две составляющие, полевую диафрагму, усилители сигналов каждого фотоприемника, микропроцессор и индикатор температуры. В одной составляющей потока излучения установлен двухплощадочный фотоприемник. Площадки этого фотоприемника установлены тандемом так, что поток излучения, пройдя через первую площадку, попадает на вторую площадку. Во второй составляющей потока излучения установлен одноплощадочный фотоприемник. Первая площадка двухплощадочного фотоприемника имеет повышенную чувствительность в видимой части спектра, вторая - в коротковолновой области ИК-спектра. Одноплощадочный фотоприемник имеет повышенную чувствительность в средневолновой области ИК-спектра. Технический результат - в связи с разнесением длин волн измеряемых каналов повышается точность измеряемой температуры. 1 ил.
Изобретение относится к радиационной пирометрии, в частности к средствам бесконтактного измерения температуры нагретых тел, и может быть использовано, например, в металлургической промышленности для измерения температуры расплавов различных материалов.
Целью изобретения является повышение точности измерения.
Известен трихроматический пирометр, см. описание изобретения по авт. свид. SU №1791730 «Трихроматический способ определения истинной температуры». Указанный пирометр содержит объектив, три приемника излучения, перед которыми установлены светофильтры, которые выделяют из потока излучения монохроматические составляющие на длинах волн λ1, λ2, λ3.
Сигналы с приемников излучения поступают на усилители, после которых поступают на сумматор.
В указанном изобретении не содержится описание конструкции, разделяющей поток излучения на три составляющие.
Деление потока излучения осуществляется с помощью светоделительных устройств различных конструкций.
Известны двухканальные пирометры, см. например, изобретение SU №1800295. Указанный пирометр содержит объектив, полевую диафрагму, светоделительное зеркало, два фотоприемника излучения, микропроцессор и индикатор результатов измерения. Светоделение осуществляется с помощью установленного под углом к оптической оси объектива светофильтра, предположительно в виде полупрозрачного зеркала. Указанный светофильтр расщепляет поток излучения на две составляющие, примерно перпендикулярные друг другу.
Этот пирометр является прототипом, так как он совпадает с заявляемым изобретением по большинству существенных признаков.
Заявляемое изобретение отличается тем, что в одной составляющей потока излучения установлен двухплощадочный фотоприемник, а в другой составляющей - одноплощадочный фотоприемник. Таким образом пирометр становится трехканальным. Известно, что с разнесением длин волн измеряемых каналов повышается точность измеряемой температуры. Поэтому двухплощадочный фотоприемник имеет первую площадку для видимой части спектра с полосой пропускания, например, в области длин волн λ=0,6÷0,7 мкм, а вторую площадку - для коротковолновой области ИК-спектра с полосой пропускания в области длин, например, λ=1÷1,1 мкм.
Одноплощадочный фотоприемник для средневолновой области ИК-излучения имеет полосу пропускания в области длин волн, например, λ=2÷3 мкм.
Перед двухплощадочным фотоприемником установлен фильтр, поглощающий излучение в области длин λ=0,3÷0,6 мкм.
Перед одноплощадочным фотоприемником установлен фильтр, ограничивающий спектральный состав средневолнового потока ИК-излучения областью λ=2÷3 мкм. Между светоделительным зеркалом и полевой диафрагмой установлена промежуточная оптическая система, фокусирующая поток излучения на площадки фотоприемника.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого пирометра. Пирометр имеет объектив 1, в фокальной плоскости которого расположена полевая диафрагма 2, ограничивающая пучок лучей поступающих в пирометр.
В непосредственной близости от полевой диафрагмы установлен модулятор 3, вращаемый электродвигателем 4. На оптической оси объектива 1 расположена промежуточная оптическая система 5, фокусирующая поток излучения на фотоприемники. На некотором расстоянии от оптической системы 5 под углом к оптической оси объектива установлено светоделительное зеркало 6, которое делит поток излучения на две составляющие. В одной составляющей расположен двухплощадочный фотоприемник 7, а в другой составляющей - одноплощадочный фотоприемник 8. Перед двухплощадочным фотоприемником установлен светофильтр 9, а перед одноплощадочным - фильтр 10. Выход каждого фотоприемника подключен к соответствующему усилителю 11, 12, 13, сигналы с которых поступают на микропроцессор 14, который управляет работой индикатора 15. Светофильтр 9 поглощает излучение в видимой части спектра, например в области длин волн λ=0,3÷0,6 мкм. Такое свойство светофильтра необходимо для того, чтобы избежать нежелательной засветки от внутренних стенок трубы пирометра. Первая площадка двухплощадочного фотоприемника выполнена в виде фильтра, пропускающего излучение с длинами волн λ>0,8 мкм. Вторая площадка расположена тандемом за первой так, что на нее попадает излучение, прошедшее через первую площадку. Первая площадка для видимой части спектра имеет полосу пропускания, например, в области длин волн λ=0,6÷0,7 мкм. Вторая площадка для коротковолновой области ИК-спектра - с полосой пропускания, например, в области длин волн λ=1÷1,1 мкм. Перед одноплощадочным фотоприемником 8 установлен фильтр 10, ограничивающий спектральный состав средневолнового потока ИК-излучения областью λ=2÷3 мкм.
Спектральная плотность Lλ энергетической яркости с учетом коэффициента направленного теплового излучения ελ для реальных тел определяется по формуле Вина:
где: λ - длина волны излучения,
Т - температура тела.
Коэффициент теплового излучения ελ не является постоянной величиной, а зависит от длины волны λ. Поэтому, когда данные об ε(λ) отсутствуют, используется аппроксимация ε(λ), например линейная. В таких случаях измерения производятся не менее, чем в трех участках спектра.
Если принять ε(λ)=a+bλ, то, составив систему уравнений Вина для трех участков спектра, получим:
Получается три уравнения с тремя неизвестными. Таким образом, применение трихроматической пирометрии позволяет заметно уменьшить влияние излучательной способности ε(λ) на результаты теплового состояния тел.
Трихроматический пирометр, содержащий объектив, фотоприемники, перед каждым из которых установлен фильтр излучения, полевую диафрагму, светоделительное зеркало, делящее поток излучения на две составляющие, усилители сигналов каждого фотоприемника, микропроцессор и индикатор температуры, отличающийся тем, что в одной составляющей потока излучения установлен двухплощадочный фотоприемник, первая площадка которого для видимой части спектра с полосой пропускания, например, в области длин волн λ=0,6÷0,7 мкм, а вторая площадка для коротковолновой области ИК-спектра с полосой пропускания, например, в области длин волн λ=1÷1,1 мкм, во второй составляющей потока излучения установлен одноплощадочный фотоприемник для средневолновой области ИК-спектра с полосой пропускания, например, в области длин волн λ=2÷3 мкм, перед которым расположен фильтр, ограничивающий спектральный состав средневолнового потока ИК-излучения областью λ=2÷3 мкм, а между полевой диафрагмой и светоделительным зеркалом установлена оптическая система, фокусирующая поток излучения на площадки фотоприемников.
