РАДИАЦИОННЫЙ ТЕРМОМЕТР

Полезная модель относится к актинометрии и может быть использована для измерения радиационной температуры поверхности.
Известен измеритель солнечной радиации, содержащий размещенные в корпусе с апертурной трубой приемный и дополнительный болометрические элементы, включенные в трансформаторный мост, причем приемный - через накопительный элемент, а дополнительный закрыт защитным экраном, полосовой усилитель и ограничитель амплитуды колебаний, размещенные между входом и выходом трансформаторного моста, индикатор колебаний, включенный параллельно выходу полосового усилителя, резистор с двумя зажимами, связанный с выходом индикатора колебаний блок управления и компенсации, первый выход которого соединен с одним зажимом резистора, умножитель с дифференциальным и потенциальным входами и выходом, причем дифференциальный вход подключен параллельно резистору, а выход через отсчетное устройство - ко второму выходу блока управления и компенсации, отличающийся тем, что он дополнительно имеет шторку с приводом, закрывающую приемный болометрический элемент, блок управления и компенсации снабжен третьим выходом, соединенным с приводом шторки, второй зажим резистора соединен с приемным болометрическим элементом, параллельно которому подключен потенциальный вход умножителя (см. патент №2877, МПК G01W 1/12).
Недостатком этого измерителя является низкая точность.
Известен инфракрасный радиационный термометр, содержащий приемник радиации, широкополосный и узкополосный фильтры, фокусирующее зеркало, модулятор, черное тело, усилитель с синхронным детектором и регистрирующее устройство. С целью повышения точности, а также получения линейной по температуре шкалы и автоматизации процесса обработки результатов измерения, термометр снабжен двумя нелинейными включенными встречно через реверсный двигатель потенциометрами, соединенными с синхронным детектором, движок одного из которых жестко связан с реохордом автоматического уравновешивающегося моста электрического термометра сопротивления, служащего для измерения температуры черного тела, а положение движка второго, связанного с реверсивным двигателем, характеризует температуру излучающего объекта (см. Авторское свидетельство №197224, МПК G01К 8/60).
Недостаткам данного термометра является низкая точность измерения.
Наиболее близким по технической сущности является измеритель солнечной радиации, содержащий автогенераторный измерительный трансформаторный мост, между выходом и входом которого последовательно включены полосовой усилитель и ограничитель амплитуды колебаний, одно плечо моста соединено через накопительный элемент с приемным болометрическим элементом, другое - с дополнительным болометрическим элементом, блок компенсации в виде источника нарастающего напряжения, усилителя мощности, последовательно соединенные с ними индуктивным дросселем и резистором, умножитель, первый вход которого подсоединен параллельно резистору, а выход умножителя - к отсчетному устройству; индикатор автоколебаний через блок управления соединен с управляющими входами источника напряжения, умножителя и отсчетного устройства, источник напряжения снабжен дополнительным входом, соединенным с выходом индикатора автоколебаний, включенного параллельно выходу полосового усилителя, а выходная цепь резистора подсоединена между накопительным элементом и приемным болометрическим элементом, параллельно которому включен второй вход умножителя, причем болометрический элемент снабжен шторкой, связанной с блоком управления (см. заявку №93016338, МПК G01W 1/12).
Однако недостатком этого измерителя является низкая точность. Задачей предлагаемого решения является разработка радиационного термометра с более высокими параметрами.
Технический результат заключается в повышении точности и быстродействия.
Поставленная задача достигается тем, что радиационный термометр, содержащий автогенераторный измерительный трансформаторный мост переменного тока, между выходом и входом которого последовательно включены усилитель и ограничитель амплитуды колебаний, одно плечо моста соединено с приемным болометрическим элементом, другое - с дополнительным болометрическим элементом, блок управления, блок компенсации в виде источника нарастающего напряжения, усилителя мощности, согласно решению, в него дополнительно введены амплитудный детектор, усилитель запоминания уровня, калиброванный резистор, болометрическое тело, дифференциальный усилитель, два аналогово-цифровых преобразователя, микропроцессор и отсчетный индикатор, усилитель выполнен узкополосным, при этом к выходу узкополосного усилителя подключен амплитудный детектор, который в свою очередь соединен с выходом блока управления, который соединен с источником нарастающего напряжения и усилителем запоминания уровня, выход усилителя запоминания уровня соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с калиброванным резистором, соединенным с болометрическим телом, расположенным
параллельно дополнительному болометрическому телу, между усилителем мощности и болометрическим телом размещена цепь, состоящая из дифференциального усилителя, первого аналогово-цифрового преобразователя, подключенного к выходу дифференциального усилителя, и второго аналогово-цифрового преобразователя, подключенного - к болометрическому телу, выходы обоих преобразователей через микропроцессор связаны с отсчетным индикатором.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема радиационного термометра, где
1 - приемный болометрический элемент;
2 - дополнительный болометрический элемент;
3 - узкополосный усилитель;
4 - ограничитель амплитуды колебаний;
5 - трансформатор;
6 - амплитудный детектор;
7 - блок управления;
8 - источник нарастающего напряжения;
9 - усилитель запоминания уровня;
10 - усилитель мощности;
11 - калиброванный резистор;
12 - дифференциальный усилитель;
13 - болометрическое тело;
14 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
15 - второй аналого-цифровой преобразователь;
16 - микропроцессор;
17 - отсчетный индикатор.
Радиационный термометр содержит автогенераторный измерительный трансформаторный мост переменного тока, включающий в себя идентичные приемный 1 и дополнительный 2 болометрические элементы, размещенные на одной оси от теплоизоляционного экрана в корпусе, снабженном апертурными окнами. И болометрическое тело 13, размещенное на той же оси против дополнительного болометрического элемента 2. Трансформатор 5 одним плечом соединен с ограничителем амплитуды колебаний 4, а другим - с узкополосным усилителем 3. Амплитудный детектор 6 подключен к выходу узкополосного усилителя 3 и входу блока управления 7, соединенного с блоком компенсации в виде источника нарастающего напряжения 8. Термометр также содержит последовательно соединенные
усилитель запоминания уровня 9, усилитель мощности 10, калиброванный резистор 11, соединенный с болометрическим телом 13, а также дифференциальный усилитель 12, первый 14 и второй 15 аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор 16 и отсчетный индикатор 17.
Радиационный термометр работает следующим образом.
В отсутствии измеряемого теплового излучения температуры приемного 1 и дополнительного 2 болометрических элементов и болометрического тела 13 одинаковы. Мост находится в состоянии баланса и автоколебаний нет. При воздействии излучения на приемный болометрический элемент 1 он нагревается, что приводит к появлению автоколебаний в мосте, и в результате на выходе амплитудного детектора 6 появляется сигнал, воздействующий на блок управления 7, вызывающий запуск источника нарастающего напряжения 8, приводящий через усилитель запоминания уровня 9 усилитель мощности 10 и через калиброванный резистор 11 к нагреву болометрического тела 13 и соответственно за счет излучения с него к нагреву дополнительного болометрического элемента 2 до достижения баланса моста.
Блок управления 7, через усилитель 9 первый аналого-цифровой преобразователь 14, соединенный с выходом дифференциального усилителя 12, измеряющего ток в цепи 11-13, через второй аналого-цифровой преобразователь 15, измеряющий напряжение на болометрическом теле 13, обеспечивает запоминание уровня его нагрева. Через микропроцессор 16 производится вычисление сопротивления (R=U/I) болометрического тела 13. А по зависимости сопротивления от температуры определяется температура болометрического тела 13 и тем самым температура излучающей поверхности. Затем цикл измерения повторяется.
Рассмотрим возможность практического применения предлагаемого радиационного термометра и перспективы его использования.
Для обеспечения нормальной работы автогенераторного моста трансформатор выполняется на тороидальном сердечнике с расположением частей вторичной обмотки симметрично по обе стороны от первичной обмотки. Частота автоколебаний определяется узкополосным усилителем и для обеспечения высокой чувствительности выбирается близкой к 100 кГц. Узкополосный усилитель, ограничитель амплитуды автоколебаний располагаются в непосредственной близости к элементам моста. Предварительной настройкой этой цепи добиваются возбуждения автоколебаний только при нагреве приемного болометрического элемента и срыва автоколебаний при нагреве дополнительного болометрического элемента до той же температуры. В качестве источника линейного нарастающего напряжения можно использовать цепь из резистора
и накопительного элемента с постоянного времени близкой к тепловой постоянной времени болометрического тела. При выборе элементов усилителя запоминания уровня следует учитывать соотношение между временем заряда соответствующего накопительного элемента и временем хранения этого заряда. Относительно легко добиться времени заряда 1 мкс, а времени хранения 1 мс. В качестве аналого-цифровых преобразователей целесообразно использовать АЦП типа К572ПВ1, имеющего 12 разрядов со временем преобразования 110 мкс. В этом случае можно использовать микропроцессор МПК серии КР1804 с ее микропроцессорной секцией КР1804ВС1 с четырьмя разрядами. Путем объединения трех секций получаем 12 разрядов. В микропроцессоре осуществляется вычисление сопротивления болометрического тела. Кроме того, вводится зависимость сопротивления болометрического тела от температуры тела с тем, чтобы отсчетный индикатор был градуирован в значениях радиационной температуры.
Радиационный термометр помимо измерения температуры любых поверхностей, стен произвольной ориентации подстилающей поверхности Земли в интересах сельского хозяйства может быть эффективно использован в металлургии для дистанционного контроля нагрева и соблюдения заданной технологии производства.