ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ РЕГИСТРИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к контролно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта, и может быть применена в работах по энергоаудиту, в строительстве, в электролабораториях, в эксплуатации электроустановок на промышленных предприятиях и др.
Известны способы определения коэффициентов излучения и температуры объекта. Например, известна методика экспериментального определения коэффициентов теплового излучения корпусов газотурбинных установок, предложенная А.А. Григорьевым, опубликованная в Вестнике ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. №37. Данная экспериментальная методика позволяет получать значения коэффициентов теплового излучения конструкционных материалов с различными покрытиями необходимые для анализа температурных полей корпусов турбины и переходных корпусов на работающем двигателе с помощью тепловизора. Установка состоит из устройства для нагрева образцов, включающего в себя нагреватель Hotpoint ARISTON и керамический саркофаг со съемной заслонкой, системы сбора информации и обработки результатов термометрирования и тепловизора NEC ТН9100 на штативе.
Недостатками такого устройства, препятствующими достижению заданного технического результата, является тот факт, что для каждого объекта необходимо осуществлять исследование, а именно, снимать зависимость коэффициента излучения от температуры, а затем задавать их при измерении; результаты измерений могут зависеть от состояния поверхности и ограничения набора материалов.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является полихроматический пирометр (Патент №139153, МПК G01J 5/10, 06.12.2013). Устройство содержит объектив, фотоприемники, перед которыми установлены спектральные фильтры, усилители сигналов каждого фотоприемника, подключенные к микропроцессору, управляющему индикатором температуры, вращающееся зеркало, осуществляющее развертку изображения регистрируемого объекта, эталонный источник излучения с соответствующей фокусирующей системой для каждого источника излучения, а также дополнительное вращающееся зеркало, установленное параллельно оптической оси объектива так, что оси вращения зеркал совпадают, при этом управляющий коэффициентом усиления вход каждого из усилителей подключен к микропроцессору.
Недостатками такого устройства, препятствующим достижению заданного технического результата, является тот факт, что значение температуры вычисляется из максимального приближения взаимного соотношения сигналов в различных спектральных интервалах (с разных фотоприемников) спектральному распределению, описываемому законом Планка. Кроме того, в устройстве не учитывается зависимость коэффициента излучения от спектральных характеристик. Поскольку существует зависимость от длины волны, следовательно, возможно возникновение ошибки при использовании пирометров с различными спектральными характеристиками.
Техническим результатом заявленного оптико-электронного устройства для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта является повышение точности измерения температуры объекта при воздействии внешних факторов.
Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта, содержащее пирометр, подключенный к ЭВМ, зеркало, снабженное поворотным механизмом, эталонный источник теплового излучения, регистрируемый объект, причем дополнительно снабжено регистратором температуры с термопарой, регулятором температуры и нагревательным элементом, установленным на одном основании с пирометром и поворотным механизмом, при этом эталонный источник теплового излучения установлен на нагревательном элементе так, чтобы его излучение было направлено перпендикулярно оптической оси пирометра, на которой установлен и регистрируемый объект, а выходы пирометра и регистратора температуры с термопарой подключены к ЭВМ, выход которой подключен к регулятору температуры, выходы которого подключены к регистратору температуры с термопарой и нагревательному элементу.
Устройство снабжено регистратором температуры с термопарой для контактного измерения температуры эталонного образца и повышения точности измерений. Устройство снабжено регулятором температуры и нагревательным элементом, установленным на одном основании с пирометром и поворотным механизмом для точной регулировки температуры эталонного образца с целью минимизации погрешности измерений. Эталонный источник теплового излучения установлен на нагревательном элементе так, чтобы его излучение было направлено перпендикулярно оптической оси пирометра, на которой установлен и регистрируемый объект с целью удобного использования устройства и повышения точности измерений. Выходы пирометра и регистратора температуры с термопарой подключены к ЭВМ, выход которой подключен к регулятору температуры, выходы которого подключены к регистратору температуры с термопарой и нагревательному элементу для возможности анализа регистрируемых параметров в режиме реального времени с целью повышения точности измерений.
На чертеже изображена схема оптико-электронного устройства для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта.
Оптико-электронное устройство для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта (например, корпус электроустановок, строительного материала и т.п.) в заданных условиях содержит пирометр 1, с помощью которого регистрируются температуры. На одном основании 2 с пирометром 1 установлены нагревательный элемент 3, который осуществляет нагрев расположенного на нем эталонного образца 4, и зеркало 5, снабженное поворотным механизмом 6, при помощи которого задается угол для отражения луча пирометра 1. Регистрируемый объект 6, находящийся на заданном расстоянии от пирометра 1, располагается с ним на одной оптической оси. Выход пирометра 1 подключен к ЭВМ 8, которая обеспечивает сбор и анализ регистрируемых данных. К выходу ЭВМ 8 подключаются регулятор температуры 9, с помощью которого выставляется и регулируется температура нагревательного элемента 3, и регистратор температуры с термопарой 10, присоединенный к эталонному образцу 4, с помощью которого осуществляется контактный способ измерения температуры.
пред
изм
усл
ЭТ
изм
ЭТ
ист
ист
ист
Устройство работает следующим образом: на первом этапе с помощью программного обеспечения пирометра 1 устанавливается предварительный коэффициент излучения ε, выставляется угол визирования и производится измерение температуры Т в точке регистрируемого объекта 7, располагающегося на одной оптической оси с пирометром 1. Полученные данные регистрируются в ЭВМ 8. Далее с помощью регулятора температуры 9 задается условная температура Т, и при помощи нагревательного элемента 3 нагревается эталонный образец 4 материала. При помощи зеркала 5, снабженного поворотным механизмом 6, который коммутирует потоки излучения от эталонного образца 4 и регистрируемого объекта 7, проводится корректировка оптической оси от пирометра 1 к эталонному образцу 4. Далее, применяя компенсационный метод измерений, регулирование температуры нагревательного элемента 3 осуществляется таким образом, чтобы сигналы регистрации температур на пирометре 1, на данном этапе выполняющего функцию ноль-органа, с регистрируемого объекта 7 и с эталонного образца 4 были равны. На втором этапе регистратор температуры с термопарой 9 измеряет температуру Т эталонного образца 4, и полученные данные регистрируются в ЭВМ 8. В результате анализа данных в ЭВМ 8 путем отношения полученных измеренной температуры Т к температуре эталонной Т, вычисляется истинный коэффициент излучения ε. На заключительном этапе с помощью программного обеспечения пирометра 1 устанавливается вычисленный истинный коэффициент излучения ε, выставляется угол визирования и производится измерение истинной температуры Т в точке регистрируемого объекта 7.
Таким образом, оптико-электронное устройство для определения коэффициента излучения и температуры регистрируемого объекта позволяет повысить точность измерения температуры регистрируемого объекта при воздействии внешних факторов.