Фотоэмиссионный пирометр
Номер патента: U 5636
Опубликовано: 30.10.2009
Авторы: Каспаров Константин Николаевич, Белозерова Лариса Ивановна, Дайнеко Александр Владимирович, Баранышин Евгений Александрович
Текст
(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Каспаров Константин Николаевич Белозерова Лариса Ивановна Дайнеко Александр Владимирович Баранышин Евгений Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Фотоэмиссионный пирометр, содержащий светонепроницаемый корпус с диафрагменной коллимирующей трубкой, в котором расположен фотоэлектронный умножитель, между фотокатодом и модулятором которого подсоединен генератор прямоугольных импульсов, а анод фотоэлектронного умножителя соединен с усилителем импульсов, электрически соединенным с измерительным входом цифрового осциллографа, выход которого электрически соединен с персональным компьютером, синхронизирующее устройство, выход которого электрически связан с синхронизирующим входом цифрового осциллографа, отличающийся тем, что на входе коллимирующей трубки закреплено светодиодное устройство с подвижной панелью с отверстиями не меньше трех и с возможностью занимать фиксированные положения относительно входного отверстия коллимирующей трубки, напротив отверстий закреплены светодиоды по крайней мере двух типов с длинами волн излучения, лежащими в области спектральной чувствительности фотокатода, которых на единицу меньше, чем отверстий, и блок питания, электрически соединенный со светодиодами.(56) 1. Патент РБ 10993. Фотоэмиссионный пирометр для измерения температуры нагретого тела. - Зарегистрирован 2008.05.22. 56362009.10.30 2. Каспаров К.Н. Исследование динамики температуры при импульсном нагреве методом фотоэмиссионной пирометрии // Измерительная техника. - 2006. -9. - С. 46-49. Полезная модель относится к измерительным приборам для измерения температуры теплового излучения в быстропротекающих процессах. Известно устройство для измерения температуры в быстропротекающих процессах 1, включающее светонепроницаемую камеру с расположенным в ней фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), генератор прямоугольных импульсов, усилитель анодного тока, а также системы регистрации видеоимпульсов. В зависимости от конструкции ФЭУ, выбранного в качестве датчика-анализатора излучения, модуляция электронного потока может осуществляться подаваемыми на модулятор прямоугольными импульсами как отрицательной, так и положительной полярности. Устройство не обладает высокой точностью измерений вследствие возможных изменений градуировки прибора во времени. Наиболее близким устройством к заявляемому является устройство для измерения температуры 2, состоящее из светонепроницаемого корпуса с диафрагменной коллимирующей трубкой, в котором расположен фотоэлектронный умножитель, между фотокатодом и модулятором которого подсоединен генератор прямоугольных импульсов, а анод фотоэлектронного умножителя соединен с усилителем импульсов, электрически соединенным с измерительным входом цифрового осциллографа, электрически соединенным с персональным компьютером, а также фотодиода, оптически связанного с объектом и соединенного со входом формирователя импульса, выход которого электрически связан с синхронизирующим входом цифрового осциллографа. В устройстве используемый в качестве эталона встроенный градуированный по температуре излучатель исполнен, как обычно, в виде малогабаритной лампы накаливания,которая должна питаться от высокостабильного источника тока, измеряемого прибором высокого класса точности. Это усложняет и утяжеляет конструкцию прибора. Кроме того,лампа накаливания стареет, вследствие чего ее спектр изменяется, а сама градуировка требует тщательного исполнения и большого, больше одного часа, времени вследствие того,что требуется 2-3 минуты для установления стабильного значения каждой температуры эталонной лампы по току накала. Технической задачей является - повышение точности измерения температуры с одновременным упрощением процесса измерения. Техническая задача решается тем, что в фотоэмиссионном пирометре, содержащем светонепроницаемый корпус с диафрагменной коллимирующей трубкой, в котором расположен фотоэлектронный умножитель, между фотокатодом и модулятором которого подсоединен генератор прямоугольных импульсов, а анод фотоэлектронного умножителя соединен с усилителем импульсов, электрически соединенным с измерительным входом цифрового осциллографа, выход которого электрически соединен с персональным компьютером,синхронизирующее устройство, выход которого электрически связан с синхронизирующим входом цифрового осциллографа, на входе коллимирующей трубки закреплено светодиодное устройство с подвижной панелью с отверстиями не меньше трех и с возможностью занимать фиксированные положения относительно входного отверстия коллимирующей трубки, напротив отверстий закреплены светодиоды по крайней мере двух типов с длинами волн излучения, лежащими в области спектральной чувствительности фотокатода, которых на единицу меньше, чем отверстий, и блок питания, электрически соединенный со светодиодами. Совокупность указанных признаков позволяет выполнить градуировку непосредственно на рабочем месте перед или после измерения температуры объекта, что исключает погрешности, тем самым увеличивая точность измерения. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, где 2 56362009.10.30 1 - светонепроницаемый корпус 2 - диафрагменная коллимирующая трубка 3 - фотоэлектронный умножитель 4 - фотокатод 5 - модулятор 6 - генератор прямоугольных импульсов 7 - анод 8 - усилитель импульсов 9 - цифровой осциллограф 10 - персональный компьютер 11 - объект 12 -синхронизирующее устройство 13 - светодиодное устройство 14 - подвижная панель 15 - отверстия 16 - светодиоды 17 - блок питания. На фиг. 2 приведены исходная (1) и скорректированная (2) кривые градуировки по температуре Т. На фиг. 3 приведена кривая градуировки по длинам волнс отмеченными на ней значениями, соответствующими излучению светодиодов и значениядля излучения светодиодов, измеренные одновременно с измерением градуировочной кривой и измеренные через некоторое время. На фиг. 4 приведена криваяи указаны две температуры и соответствующие им характеристические длины волн. Фотоэмиссионный пирометр содержит светонепроницаемый корпус 1 с диафрагменной коллимирующей трубкой 2, в котором расположен фотоэлектронный умножитель 3,между фотокатодом 4 и модулятором 5 которого подсоединен генератор прямоугольных импульсов 6, а анод 7 фотоэлектронного умножителя 3 соединен с усилителем импульсов 8, электрически соединенным с измерительным входом цифрового осциллографа 9,электрически соединенным с персональным компьютером 10, синхронизирующее устройство 12, выход которого электрически связан с синхронизирующим входом цифрового осциллографа 9, на входе коллимирующей трубки 2 закреплено светодиодное устройство 13 с подвижной крышкой 14 с отверстиями 15 не меньше трех и с возможностью занимать фиксированные положения относительно входного отверстия коллимирующей трубки 2,напротив отверстий 15 закреплены светодиоды 16 по крайней мере двух типов с длинами волн излучения, лежащими в области спектральной чувствительности фотокатода, которых на единицу меньше, чем отверстий, блок питания 17, электрически соединенный со светодиодами 16. Возможность определения температуры по длине волны в фотоэмиссионном процессе основана на том, что для теплового излучения тела при любой температуре всегда можно подобрать такую монохроматическую длину волны, что фотоэлектроны внешнего фотоэффекта, вызванного тепловым излучением и этой монохроматической длиной волны, будут иметь одинаковую наиболее вероятную скорость. Следовательно, и отношение уровней модулированного и немодулированного сигналов , которое определяется количеством электронов с наиболее вероятной скоростью в данном распределении, должно быть для этих двух излучений одинаковым. Эта длина волны характерна для излучения тела при данной температуре, поэтому ее можно назвать характеристической длиной волны излучения при данной температуре. Фотоэмиссионный пирометр работает следующим образом. Пирометр градуируют по температуре по эталонным температурным излучателям, например по температурным 3 56362009.10.30 лампам типа СИРШ-100 и ТРШ-2850-3000, в стационарных лабораторных условиях, и по длине волны по монохроматору, например, МДР-23. Для этого подвижную крышку 14 светодиодного устройства 13 устанавливают в положение пропускания излучения от объекта 11. Световой поток от этих источников света, пройдя диафрагменную коллимирующую трубку 2, освещает фотокатод 4 ФЭУ 3, расположенного в светонепроницаемом корпусе 1. С анода 7, промодулированный генератором прямоугольных импульсов 6 и усиленный усилителем импульсов 8 сигнал измеряют цифровым осциллографом 9 и запоминают в персональном компьютере 10. В результате получают зависимости Т (кривая 1, фиг. 2) и(фиг. 3), где- это отношение немодулированного сигнала ФЭУ 3 к модулированному. Кривые Т иаппроксимируются по экспериментальным данным и описываются эмпирическими формулами вида(2)1(23) 4(-56). По этим двум зависимостям строят кривую(фиг. 4), по которой определяют температуры, соответствующие длинам волн излучения встроенных в светодиодное устройство 13 светодиодов 16. Кроме того, на градуировкунаносят значения ,соответствующие излучению длин волн этих светодиодов, например (591 нм) и (635 нм). Для этого, включив блок питания 17 светодиодного устройства 13, последовательно устанавливают в световом канале отверстия 15 с соответствующими светодиодами. Длинам волн 591 и 635 нм соответствуют температуры 2270 и 1510 , определенные по кривой, представленной на фиг. 4, так как значения параметровдля длины волны и температуры в каждой паре длина волны - температура (591 нм -2270 К) и (635 нм 1510 ) одинаковые. Так как обычно полуширина линии излучения светодиода ( 16 нм) больше полуширины линии, которую на этой длине волны дает монохроматор ( 4 нм), то эти значения (а) меньше соответствующих значений монохроматора (б) (фиг. 3). После этого, установив в светодиодном устройстве 13 панель 14 с отверстиями 15 в положение пропускания излучения от объекта 11, измеряют цифровым осциллографом 9 усиленный усилителем 8 сигнал и персональным компьютером 10 регистрируют осциллограмму свеченияобъекта 11, температуру которого измеряют, то есть измеряют изменение параметраво времени, и, используя градуировку Т (кривая 1, фиг. 2), определяют динамику температуры в исследуемом процессе . Сигнал начала теплового излучения объекта, выработанный синхронизирующим устройством 12, подается на синхронизирующий вход цифрового осциллографа 9. Если измерения выполняются через некоторое время, то надо убедиться, что градуировка Т осталась неизменной и, если это необходимо, исправить ее и получить новую исправленную эмпирическую формулу Т. Для этого после измерения осциллограммывключают блок питания светодиодного устройства 17 и, поочередно устанавливая в световом канале подвижную панель 14 с отверстиями 15 и светодиодами 16, измеряют новые значения отношенияот излучения светодиодов (591 нм) и (635 нм), которые от первоначальных значений отличаются на (591)(591) -(591) и (635)(635) (635). Температуры 2270 и 1510 будут иметь такие же значения параметра , как и соответствующие им из фиг. 4 длины волн 591 нм и 635 нм. Поэтому на градуировочной кривой Т, для двух значений температуры 1 и Т 2 изменяют значениясоответственно на (1) и (2) и строят новую градуировочную кривую Т (кривая 2, фиг. 2), по эмпирической формуле которой определяют температуру в исследуемом тепловом процессе. Пример корректировки градуировочной кривой Во время проведения градуировки по температурным лампам и получения зависимости Т (кривая 1, фиг. 2) одновременно с использованием монохроматора делают градуировку по длинам волн(фиг. 3) и измеряют, используя излучение светодиодов на длинах волн 591 нм и 635 нм, соответствующие им значения параметра , которые равны 4(591)2,87 и (635)4,635. На кривойэтим длинам волн соответствуют бльшие значения, а именно 3,256 и 6,256 соответственно, которым по кривой Т соответствуют температуры 2269 К и 1510 К. Кривая 1, фиг. 2 описывается эмпирической формулой 13517-2.2167 1277.(3) Выполненные через несколько дней измерения параметровдля излучения светодиодов оказались равными (591)2,72 и (635)4,38, что меньше предыдущих значений на (591)0,15 и (635)0,25. На эту величину уменьшают соответствующие значенияв температурной градуировке Т и получают 3,256 - 0,1503,106 для температуры 2269 К и 6,256 0,2506,006 для температуры 1510 К. Через эти две точки проводят новую кривую, описываемую формулой 15289-2.4589 1323.(4) которую в данном случае и следует использовать для расчета температуры. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5
МПК / Метки
МПК: G01J 5/10
Метки: пирометр, фотоэмиссионный
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/5-u5636-fotoemissionnyjj-pirometr.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Фотоэмиссионный пирометр</a>
Предыдущий патент: Валец дорожного катка
Следующий патент: Дифференциал
Случайный патент: Взрывной размыкатель тока