УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Область техники, к которой относится полезная модель
Устройство предназначено для неконтактного измерения температуры различных объектов. Например: в металлургии, энергетике, химической промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, пищевой промышленности и т.д.
Уровень техники
Известно устройство для измерения температуры (патент на изобретение Российской Федерации №2086935), содержащее приемную оптическую систему, фотоприемные блоки, блоки обработки сигнала. Недостатком данного устройства является относительные сложность конструкции за счет необходимости выделения спектральных диапазонов с помощью оптической системы и недостаточная точность за счет того, что не учитывается вклад в выходной сигнал излучения оптической системы.
Известен способ бесконтактного измерения температуры (заявка на изобретение Российской Федерации №94004598), сущность которого заключается в том, искомую температуру поверхности материала находят из системы семи нелинейных уравнений. Недостатком данного способа является необходимость контактного измерения температуры кладки или применение второго пирометра излучения.
Известно устройство для измерения температуры (заявка на изобретение Российской Федерации №2002130122), содержащее ИК-приемник, блок обработки сигналов, фазочувствительные детекторы. Недостатком данного устройства является относительная сложность конструкции за счет наличия излучателей фона, излучателя бленды, переключателя оптических каналов, генератора опорного напряжения, зеркального отражателя, согласующих усилителей.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является устройство для измерения температуры (патент на изобретение Российской Федерации №2035704), содержащее установленный на одной оптической оси первый модулятор (с возможностью поворота относительно оптической оси с фиксацией в двух положениях и диафрагмой, обеспечивающей перекрытие или частичное открывание поля зрения приемника) с синхродатчиками, оптический фильтр, второй модулятор в виде диска с возможностью его поворота и фиксации в четырех положениях, причем на диске выполнены три диафрагменных отверстия, обеспечивающих перекрытие поля зрения приемника полностью, открывание поля зрения полностью и две разные величины частичного перекрытия поля зрения приемника, приемник излучения, двигатель и блок обработки сигналов. В результате серии измерений данное устройство позволяет в результате серии измерений исключить фоновое излучение оптической системы и вычислить истинную температуру объекта с неизвестной излучательной способностью. Недостатками данного устройства являются относительные сложность конструкции (наличие дополнительного модулятора с двигателем и синхродатчиком) и длительный цикл измерения из-за необходимости проведения нескольких последовательных измерений.
Раскрытие полезной модели
Технический результат применения предлагаемой полезной модели, заключается в упрощении конструкции устройства и сокращении времени измерения.
В предлагаемой полезной модели исключен второй модулятор, а приемник излучения выполнен в виде нескольких приемников излучения с возможностью приема излучения в различных диапазонах длин волн.
В результате цикл измерения состоит их двух этапов: при закрытом модуляторе и при открытом модуляторе.
Осуществление полезной модели
11
12
21
22
N1
N2
Устройство содержит последовательно расположенные оптическую систему с модулятором, синхродатчиком и двигателем, приемник излучения и регистратор. При этом приемник излучения выполнен в виде нескольких (от 2 до N) приемников излучения с возможностью приема излучения в различных диапазонах длин волн (λ-λ, λ-λ, …, λ-λ). В качестве приемников излучения могут быть использованы, например, фотодиоды, стоящие из них линейки или матрицы примников, линейки или матрицы примников на основе приборов с зарядовой связью (ССD приемники).
Устройство работает следующим образом.
M
M
M
В первом цикле измерения модулятор закрыт. На приемники излучения падает излучение только от закрытого модулятора с температурой Т, коэффициентом излучения ε в угле зрения приемника (геометрический коэффициент Ф). При этом выходные сигналы приемников излучения равны:
1
2
N
где U U, …, U - выходные сигналы 1-го, 2-го, …, N-го приемников излучений соответственно при закрытом модуляторе;
1
2
N
S, S, …, S - чувствительность 1-го, 2-го, …, N-го приемников излучений соответственно;
M
Ф - геометрический коэффициент для оптической системы;
11
12
21
22
N1
N2
λ-λ, λ-λ, …, λ-λ - диапазоны длин волн чувствительности 1-го, 2-го, …, N-го приемников излучений соответственно;
M
ε - коэффициент излучения модулятора при закрытом модуляторе;
П
ε - коэффициент излучения приемника;
F(Т, λ) - формула Планка для спектральной плотности мощности излучения абсолютно черного тела;
λ - длина волны;
M
Т - температура модулятора;
П
Т - температура приемника;
где π - число пи;
- постоянная Планка;
k - постоянная Больцмана;
Т - температура тела;
с - скорость света;
M
m
M
X
x
Во втором цикле измерения модулятор открыт. На приемники излучения падает излучение от открытого модулятора с температурой Т, коэффициентом излучения ε в угле зрения приемника (геометрический коэффициент Ф) и объекта измерения с температурой Тх, коэффициентом излучения ε, в угле зрения объекта измерения (геометрический коэффициент Ф). При этом выходные сигналы приемников равны:
1
2
N
где P, Р, …, P - выходные сигналы 1-го, 2-го, …, N-го приемников излучений соответственно при открытом модуляторе;
х
Ф - геометрический коэффициент для объекта измерения;
m
ε - коэффициент излучения модулятора при открытом модуляторе;
X
ε - коэффициент излучения объекта измерения;
Тx - температура объекта измерения;
M
X
Регистратор обрабатывает полученную систему уравнений. Например, в результате измерений в двух диапазонах длин волн получаем систему из четырех уравнений, что делает возможным вычисление неизвестных величин температуры объекта измерения Тx, температуры модулятора Т и коэффициента излучения объекта измерения ε.
В качестве регистратора может быть использован, например, микропроцессор.