СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ КОНДЕНСИРОВАННОЙ СРЕДЫ В ВОЛНЕ ГОРЕНИЯ ФРОНТАЛЬНОГО САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА ИЛИ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА В РЕЖИМЕ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА
CONTACTLESS METHOD OF MEASURING TEMPERATURE OF CONDENSED MEDIUM COMPONENTS INTERACTION IN COMBUSTION WAVE OF FRONTAL SELF-PROPAGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS (STS) OR SELF-PROPAGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS IN THERMAL EXPLOSION CONDITIONS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано в пирометрических и тепловизионных системах на базе интегральных фотодиодных камер и камер на приборах с зарядовой связью в исследованиях кинетики горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), системах контроля и управления автоматизированных технологий производства СВС-материалов.
Известен способ измерения яркостной температуры объекта, когда температуру определяют по интенсивности излучения на заданной длине волны при помощи градуировочной характеристики пирометра, получаемой путем его калибровки по эталонному излучателю типа "черного тела" (Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М. Наука, 1982, с.105).
Недостатком способа является невысокая точность и необходимость проведения периодической калибровки пирометра ввиду отсутствия в приборе температурного эталона.
6
Наиболее близким к предлагаемому способу прототипом является способ измерения яркостной температуры объекта по методу исчезающей нити путем сравнения яркостной температуры объекта с эталоном температур, а именно путем сравнения яркостной температуры объекта измерения и яркости нити накала эталонной лампы пирометра, являющейся эталоном температур. Температуру объекта определяют по величине тока накала после уравнивания яркостей нити накала и объекта. Яркость нити накала эталона температур, изменяющейся по линейному закону, регистрируют матричным либо линейным фотоприемником и запоминают в моменты приращения сигнала. В режиме измерения температуру объекта определяют по запомненной величине цифрового эквивалента тока накала эталонной лампы в соответствии со значением выходного сигнала фотоприемника яркостного пирометра (патент RU 209967, МПК G01J 5/52).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности обеспечения низкой погрешности измерения температуры при его использовании для определения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва из-за изменения излучательной способности объекта измерения в волне горения быстропротекающего экзотермического взаимодействия компонентов СВС в режиме фронтального горения или теплового взрыва.
Задачей изобретения является повышение точности бесконтактного измерения температуры в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва.
Поставленная задача достигается тем, что в способе бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва путем сравнения яркостной температуры объекта с эталоном температур, согласно изобретению производят непрерывное измерение яркостной температуры объекта, в качестве которого используют взаимодействующие компоненты конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва, посредством яркостного пирометра и непрерывное измерение температуры этого объекта эталонной термопарой, являющейся эталоном температур, вдоль фронта горения или в режиме теплового взрыва, изображение теплового профиля термопары сравнивают с тепловым профилем яркостной температуры пирометра и запоминают, синхронизировав в режиме калибровки температуру начала взаимодействия компонентов конденсированной среды с началом отсчета, а в режиме измерения истинную температуру объекта определяют по запомненной величине выходного сигнала яркостной температуры в моменты отсчета времени, которые соответствуют в эти моменты запомненным значениям истинной температуры эталонной термопары.
Повышение точности измерения истинной температуры объекта, которая обеспечивается путем определения влияния излучательной способности на различных стадиях развития взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва.
Предложенный способ бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва поясняется чертежом, на котором изображена установка для бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва, реализующая способ.
Кроме того, дополнительно обозначено следующее:
- вертикальной линией со стрелкой, обращенной сверху вниз, показано направление распространения фронта горения взаимодействующих компонентов конденсированной среды СВС;
- четырьмя горизонтальными линиями со стрелками, обращенными слева направо, показано направление проецирования изображения СВС на яркостный пирометр;
- горизонтальными линиями со стрелками, обращенными слева направо, вертикальной линией со стрелкой, обращенной сверху вниз, и вертикальной линией со стрелкой, обращенной снизу вверх показаны направления линий связи между элементами установки.
Способ бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального самораспространяющегося высокотемпературного синтеза или самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме теплового взрыва осуществляют следующим образом. В режиме калибровки синхронизируют температуру начала взаимодействия компонентов конденсированной среды с началом отсчета. Инициируют реакцию СВС с фронтом горения объекта или реакцию СВС объекта в режиме теплового взрыва. При этом в качестве объекта используют взаимодействующие компоненты конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва. Производят непрерывное измерение яркостной температуры объекта посредством яркостного пирометра и непрерывное измерение истинной температуры этого объекта эталонной термопарой, являющейся эталоном температур, вдоль фронта горения или в режиме теплового взрыва. Сравнивают яркостную температуру объекта с эталоном температур, а именно тепловой профиль яркостной температуры пирометра сравнивают с изображением теплового профиля эталонной термопары и запоминают. В режиме измерения истинную температуру объекта определяют по запомненной величине выходного сигнала яркостной температуры в моменты отсчета времени, которые соответствуют в эти моменты запомненным значениям истинной температуры эталонной термопары.
Установка для бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва содержит реактор 1 для проведения СВС, расположенный на неподвижной платформе 2, с фронтом горения 3 реагирующих компонентов, эталонную термопару 4, соединенную с входом согласующего усилителя 5, выход которого связан с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, шину 7 данных цифрового сигнала термопары, связывающую цифровой выход АЦП с входом устройства 8 памяти цифрового сигнала термопары.
В реактор 1 встроено кварцевое окно 9, через которое проецируется изображение СВС на регистрирующую часть яркостного пирометра 10. Выход яркостного пирометра 10 связан с входом согласующего усилителя 11, причем выход усилителя 11 соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12 сигнала яркостного пирометра. Выход АЦП 12 связан со входом устройства 13 памяти цифрового сигнала яркостного пирометра посредством шины 14 данных цифрового сигнала яркостного пирометра.
Установка также содержит блок 15 синхронизации, вход которого связан с выходом переключателя 16 управления, первый выход - со входом синхронизации АЦП 12, и блок 17 сравнения цифровых сигналов яркостного пирометра и термопары. Входы блока 17 сравнения цифровых сигналов яркостного пирометра и термопары связаны с выходом устройства 13 памяти цифрового сигнала яркостного пирометра, вторым выходом блока 15 синхронизации и выходом устройства 8 памяти цифрового сигнала термопары. При этом переключатель 16 управления, соединенный с блоком 15 синхронизации и блоком 17 сравнения цифровых сигналов яркостного пирометра и термопары 17, предназначен для перевода установки из режима калибровки в режим измерения.
Пример конкретного выполнения способа бесконтактного измерения температуры взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва. Для перевода в режим калибровки используют переключатель 16, и в реакторе 1 инициируют реакцию СВС с фронтом горения 3 или реакцию СВС в режиме теплового взрыва, непрерывно измеряют температуру объекта, в качестве которого используют взаимодействующие компоненты конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва, эталонной термопарой 4. Аналоговый сигнал эталонной термопары 4 по линии связи подается на усилитель 5, согласующий сигнал входа АЦП 6, с выхода которого преобразованный цифровой двоичный код, соответствующий значению истинной температуры в момент отсчета, записывается через шину 7 в устройство 8 памяти цифрового сигнала термопары.
Одновременно производят непрерывное измерение яркостной температуры объекта, в качестве которого используют взаимодействующие компоненты конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва, посредством яркостного пирометра 10 путем проецирования вдоль через кварцевое окно изображения фронта 3 горения СВС или СВС в режиме теплового взрыва на регистрирующую часть пирометра 10. Аналоговый сигнал с выхода пирометра 10 по линии связи подается на усилитель 11, согласующий вход АЦП 12, с выхода которого преобразованный цифровой двоичный код, соответствующий значению яркостной температуры в момент отсчета, записывается через шину 14 в устройство 13 памяти цифрового сигнала яркостного пирометра.
Синхронизируют записанные цифровые сигналы эталонной термопары 4 и яркостного пирометра 10 посредством блока 15 синхронизации и затем сравнивают, используя блок 17 сравнения, в котором устанавливается соответствие яркостной температуры пирометра 10 истинной температуре термопары 4, являющейся эталоном температур.
В режиме измерения, который задается положением переключателя 16, уже без эталонной термопары 4, через кварцевое окно 9, проецируют изображение фронта 3 горения СВС или СВС в режиме теплового взрыва на регистрирующую часть пирометра 10 и производят измерение яркостной температуры объекта. Аналоговый сигнал с выхода пирометра 10 по линии связи подается на усилитель 11, согласующий вход АЦП 12, с выхода которого преобразованный цифровой двоичный код, соответствующий значению яркостной температуры в момент отсчета, подается на блок 17 сравнения. При этом посредством блока 15 синхронизации совмещают момент начала взаимодействия компонентов конденсированной среды с началом отсчетов АЦП сигнала яркостного пирометра 10 и воспроизводимым температурным эквивалентом эталонной термопары 4 из запоминающего устройства 8, работающего в режиме считывания сигнала. По выходному сигналу блока 17 сравнения, в котором устанавливается соответствие сигнала яркостной температуры пирометра 10 с сигналом температурного эквивалента эталонной термопары запоминающего устройства 8, являющейся эталоном температур, судят о истинной температуре взаимодействия компонентов конденсированной среды в волне горения фронтального СВС или СВС в режиме теплового взрыва в моменты отсчета времени.
Предлагаемое изобретение по сравнению с известными аналогичными процессами обеспечивает увеличение точности измерения яркостной температуры объекта и высокое быстродействие.