ПИРОМЕТР
PYROMETER

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам радиационной пирометрии для бесконтактного измерения температуры поверхностей нагретых тел, и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности.
Существует большое количество аналогов, обеспечивающих бесконтактное измерение температуры поверхностей нагретых тел с применением окуляров для визирования и содержащих светоделительные устройства в виде полупрозрачных зеркал (см. Поскачей А.А., Чубаров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры.- М: Энергия, 1979, с. 51-55, рис. 3-1,3-2,3-3; с. 168-172, рис. 7-5).
Известен пирометр, содержащий оптико-электронный блок измерения температуры, жестко связанный с ним блок подсветки траектории сканирования, и блок отображения информации, дополнительно содержащий видеокамеру и мини-ЭВМ, причем выход оптико-электронного блока измерения температуры соединен с первым входом мини-ЭВМ, второй вход которой соединен с выходом видеокамеры, а выход мини-ЭВМ соединен с входом блока отображения информации [патент РФ 35433, G01J 5/10, 23.10.2003 г.]. В данном пирометре видеокамера позволяет обеспечить наглядную привязку локальных измеряемых значений температуры к координатам контролируемого объекта.
Недостатками пирометра являются его значительная сложность, связанная с применением в нем блока подсветки, мини-ЭВМ и дихроичного зеркала, кроме того, недостатками такого устройства является использование параллаксной (внеосевой) системы наведения видеокамеры, что не позволяет получить достоверную информацию о размере области измерения температуры, а применение дихроичного зеркала уменьшает чувствительность к регистрируемому излучению.
Также известно устройство для бесконтактного измерения температуры объекта по его излучению [патент РФ 2622239, G01J 5/08, опубликован 13.06.2017 г.]. Это устройство включает фокусирующую оптическую систему, фотодетектор, совмещенный с изображением измеряемой области объекта, по меньшей мере три полупроводниковых излучателя видимого диапазона спектра, расположенных вокруг оптической оси фокусирующей оптической системы.
Устройство позволяет производить визуализацию контура измеряемой области на поверхности объекта. Недостатком устройства является его значительная сложность, связанная с необходимостью установки не менее трех излучателей и, как следствие, увеличение его потребляемой мощности для обеспечения необходимой и не всегда достаточной яркости излучателей на фоне нагретого объекта контроля.
Известно устройство для бесконтактного измерения температуры [патент DE 3607679, G01J 5/08, опубликован 13.11.1986 г.], содержащее фотодетектор, фокусирующую оптическую систему для концентрации теплового излучения от измеряемого объекта, включающую светоделительное устройство для отвода видимой части излучения объекта в окуляр для формирования и наблюдения изображения контролируемого объекта с перекрестием или точкой в окуляре, совпадающими с центром области измерения. Недостатком этого устройства является то, что визуализируется только центр измеряемой области и отсутствует изображение области контроля, определяемой показателем визирования пирометра, что может привести к погрешностям измерений.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является пирометр описанный в [патент РФ 2343432, G01J 5/10, опубликован 10.01.2009 г.], содержащий оптически связанные объектив, полевую диафрагму, измеритель сигналов, термостат, в который помещен приемник излучения.
В этом пирометре термостат позволяет уменьшить ошибки, связанные с влиянием температуры окружающей среды на параметры приемника излучения. Недостатками данного пирометра являются применение светоделительного зеркала ослабляющего излучение от объекта контроля и, следовательно, уменьшающее его чувствительность, а также отсутствие технических решений для визирования на объект контроля, его отображения и визуализации контура реально измеряемой области на объекте контроля, что приводит к погрешностям результатов измерения температуры.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение устройства, повышение его чувствительности, повышение точности измерения температуры и расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача достигается тем, что в пирометре термостат, в который помещен приемник излучения, выполнен с передней полированной (зеркальной) поверхностью с отверстием, выполняющим роль полевой диафрагмы, при этом полированная поверхность направлена под углом 45° к оптической оси объектива, а для визирования на объект контроля, его отображения и визуализации контура реально измеряемой области на изображении объекта контроля дополнительно установлена видеокамера, направленная на полированную поверхность термостата перпендикулярно оптической оси объектива.
На фиг. 1 изображена функциональная схема пирометра.
Пирометр содержит: 1 - объектив, 2 - полевую диафрагму, 3 - термостат, 4 - полированную поверхность, 5 - приемник лучистой энергии, 6 - измеритель сигнала, 7 - видеокамеру.
Устройство работает следующим образом: тепловое излучение от объекта контроля через объектив 1, полевую диафрагму 2 термостата 3 с полированной поверхностью 4 поступает на приемник лучистой энергии 5, затем на измеритель сигнала 6, при этом отраженное от полированной поверхности термостата излучение объекта контроля с областью поглощения полевой диафрагмой, отображающей контур реально измеряемой области, направляется на видеокамеру 7.
Таким образом, благодаря исключению светоделительного зеркала достигнуто упрощение конструкции пирометра, за счет того, что роль зеркала выполняется полированной поверхностью передней стенки термостата, а отверстие в этой поверхности, расположенное на оптической оси поля зрения приемника излучения, выполняющее роль полевой диафрагмы, исключает ослабление излучения от объекта контроля на светоделительном зеркале и приводит к увеличению чувствительности пирометра. Повышение точности и однозначности измерений достигается за счет беспараллаксного визирования и визуализации диафрагмирующего отверстия, отображающего границы контура реально измеряемой области на изображении объекта контроля, а применение видеокамеры обеспечивает дистанционность наблюдения за полем измеряемых температур, что расширяет функциональные возможности пирометра.
На предприятии АО «НПП «Эталон» по данному изобретению изготовлен опытный образец пирометра, который прошел опытные испытания и рекомендован для производства и реализации на рынке. На фиг. 2 приведена фотография видеоизображения поля зрения и контура области измерения температур опытного образца пирометра на излучающей полости модели типа АЧТ в метрологической лаборатории АО «НПП «Эталон».