3. ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В оптических измерительных устройствах, предназначенных для определения температур, в основном используются фотоэлектрические принципы преобразования энергии излучения в электрические

ские сигналы. Большинство устройств, предназначенных для измерения нестационарных температур (рис. III.10), имеет три основных элемента: чувствительный элемент ЧЭ, воспринимающий излучения объекта О; усилитель У и преобразователь Я. В некоторых схемах к этим элементам добавляются еще оптические модуляторы излучений и источник сравнения И. В ряде случаев в измерительных устройствах применяется обратная связь, воздействующая на параметры источника сравнения.

Устройства для измерения температуры могут иметь как один чувствительный элемент, так и несколько. Соответственно их структурные схемы будут одноканальные или многоканальные. В многоканальных системах точность измерения несколько снижается из-за различия характеристик отдельных каналов.

Источник сравнения используется в схемах, которые работают по методу лучеиспускания — поглощения или с применением различных модификаций метода обращения спектральной линии.

Рис. III.10. Общая структурная схема устройства, предназначенного для измерения нестационарных температур

Измерение температуры может быть дискретным или непрерывным. В первом случае измерительный сигнал представляет собой одиночные электрические импульсы. Во втором случае измерительный сигнал представляет собой непрерывную последовательность значений. В подавляющем большинстве фотоэлектрических систем, применяемых для измерения температуры, используется обтюрация или коммутация световых потоков, вследствие чего такие системы являются системами дискретного действия.

Различные фотоэлектрические схемы в зависимости от преобразований, выполняемых ими для получения сигнала, пропорционального величине температуры, можно разделить на следующие группы: схемы прямого измерения температуры;

схемы, измеряющие температуру по величине отношения амплитуд электрических импульсов, соответствующих различным световым потокам;

измерительные схемы с обратной связью.

Применяемые в этих схемах оптические устройства подразделяются на:

оптические обтюраторы и модуляторы, создающие на фотоэлементе последовательности электрических импульсов, амплитуды которых соответствуют интенсивности светового потока разные моменты времени;

оптические коммутаторы для формирования на фотоэлементе последовательности электрических импульсов, амплитуды которых

соответствуют интенсивностям излучений нескольких световых потоков с различными спектральными диапазонами.

Рис. III.11. (см. скан) Схемы оптической коммутации двух световых потоков (расположенных в различных областях спектра) на один фотоэлемент: О — объект измерения; 3 — зеркало; Т — фильтр; Ф — фотоэлемент; — специальный фотоэлемент с электромагнитной коммутацией; ОЭМ — оптико-электрические модуляторы; — вибратор

Оптическая обтюрация одного светового потока может выполняться с помощью вращающегося дискового обтюратора, вибрирующей заслонки и других устройств. Такая обтюрация создает

в измерительном сигнале несущую частоту, что позволяет использовать резонансные усилители, имеющие хорошую стабильность показаний во времени.

Для оптической коммутации двух разделенных световых потоков, расположенных в различных спектральных диапазонах, на один фотоэлемент применяются устройства (рис. III.II): вращающийся дисковый обтюратор (рис. 111.11, а); вибрирующая заслонка (рис. III. 11, б); фотоэлектронный коммутатор (рис. III.11, в); различные оптико-электрические модуляторы и коммутаторы световых потоков (рис. 111.11, г).

Рис. III. 12. Схемы оптической коммутации трех световых потоков на один фотоэлемент: Л — лампа; — пламя; Т — фильтр; 3 — зеркало; Ф — фотоэлемент; — диск с отверстиями

При помощи двух оптико-электронных модуляторов можно попеременно подавать на чувствительный элемент два различных световых потока. Оптическая коммутация трех световых потоков на один фотоэлемент может быть выполнена с помощью двух или трех оптических затворов, Применяют также последовательно расположенные дисковые обтюраторы (рис. III. 12, а). Иногда для этой цели используют два оптических канала (рис. II 1.12, б).

Радиационные пирометры. Основу радиационного метода измерения температуры составляет зависимость, существующая между суммарной энергией излучения тела и его температурой.

Для абсолютно черного тела эта зависимость определяется формулой

где полная энергия, излучаемая абсолютно черным телом при температуре Т за 1 сек с единицы поверхности и воспринимаемая за то же время бесконечной поверхностью абсолютно черного тела с температурой — постоянная, равная

В радиационном пирометре энергия, излучаемая поверхностью нагретого тела, преобразуется в электрический сигнал, который используется затем в системах управления. Радиационный пирометр дает сигнал, пропорциональный истинной температуре только в случае его наведения на практически черное тело.

В качестве черного тела обычно служит полая глухая карборундовая труба (визирная камера), которая расположена в зоне измеряемой температуры и все части которой одинаково нагреты. Радиационный пирометр, отградуированный по черному телу и используемый для измерения температуры поверхностей физических (нечерных) тел, будет показывать вместо действительной некоторую уменьшенную температуру. Если температура нечерного тела измеряется с помощью радиационного пирометра, то нельзя получить точное значение его истинной температуры из формулы общей энергии излучения вследствие непостоянства коэффициента излучения нечерного тела во всем диапазоне излучений. Суммарная интенсивность излучения нечерного тела в диапазоне длин волн от до описывается формулой Планка:

следовательно, радиационная температура нечерного тела может быть определена из выражения

где — коэффициент черноты излучений тела на определенной длине волны;

— постоянные коэффициенты.

Суммарная энергия излучения нечерного тела, истинная температура которого равна Г, определяется суммарной энергией излучения черного тела при температуре т. е.

откуда имеем

где — суммарный коэффициент излучения, зависящий от температуры тела.

Приведенная выше формула позволяет осуществить переход от измеренной радиационной температуры нечерного тела к его

истинной температуре, если известна величина гт. Надежность определения истинной температуры тела по измеренной радиационной температуре зависит от погрешности определения коэффициента черноты излучения.

В радиационном пирометре зависимость э. д. с. термоприемника от температуры абсолютно черного излучателя Т может быть выражена формулой

где — температура рабочего конца термобатарей;

— температура свободных концов термобатарей;

— суммарный коэффициент поглощения телескопа; а — постоянная, равная

с — приведенный коэффициент черноты излучения термоприемника и внутренней поверхности телескопа;

— постоянный коэффициент, зависящий от отвода тепла по проводам термопары и коэффициента конвекционной теплоотдачи;

А — постоянный коэффициент, меньший единицы, зависящий от геометрических размеров телескопа.

Ввиду того что зависимость суммарного коэффициента поглощения телескопа от температуры неизвестна, не представляется возможным определить точно теоретическую зависимость э. д. с. К недостаткам радиационного метода относятся: большое расхождение между радиационной температурой и истинной при измерении нечерных тел;

зависимость радиационной температуры от поглощения излучений в промежуточной среде.

Погрешности от неполноты излучения и от поглощения промежуточной средой существенно уменьшаются при монтаже телескопа радиационного пирометра на глухой визирной карборундовой трубе, располагаемой в зоне измеряемой температуры.

Радиационные пирометры состоят из следующих основных узлов: оптической системы, фокусирующей излучения нагретого тела на термоэлектрический приемник пирометра;

термоприемника, представляющего собой миниатюрную термобатарею.

Поток энергии, поступающей на термоприемник, вызывает его нагревание, достаточное для получения величины термо-э. д. с., достаточной для использования в системах управления.

Общий вид радиационного пирометра приведен на рис. III. 13. В пирометре использован светопровод из плавленого кварца длиной 150 мм и диаметром 5 мм и нихром-константановая термобатарея.

Перед термоприемником устанавливается диафрагма, служащая для совмещения изображения светящегося объекта с термопарой. Погрешность пирометра при измерении температуры абсолютно

черного тела не превышает —15° при 300° С и ±15° при 1000° С. Допустимые колебания температуры корпуса 10—50° С.

Выше были рассмотрены чувствительные элементы, формирующие аналоговый сигнал. Разработаны также радиационные пирометры с частотным выходным сигналом. В этих устройствах используются струнные преобразователи, обладающие высокой чувствительностью при измерении низких температур. Действие устройства основано на преобразовании радиационного излучения нагретого тела в изменение линейного размера приемной пластины с последующим преобразованием в частоту собственных колебаний струны.

Рис. III. 13. Радиационный пирометр со светопроводом: 1 — цилиндрический светопровод; 2 цанговый зажим; 3 — корпус; 4 — диафрагма; термобатарея; 6 — штепсельный разъем

Пирометры частичного излучения. Фотоэлектрические пирометры можно разделить на:

пирометры с использованием большей части области спектральной чувствительности фотоэлементов;

пирометры, в которых используется узкая область спектральной чувствительности фотоэлемента. Последние называются яркостными пирометрами.

Зависимость между фототоком и потоком энергии, излучаемым черным телом, в фотоэлектрическом пирометре частичного излучения, выражается формулой

где — постоянный коэффициент;

— спектральная яркость черного тела при температуре и длине волны X;

— спектральная чувствительность фотоэлемента при длине волны X падающего на него света;

— границы спектрального интервала, в котором спектральная чувствительность фотоэлемента отлична от нуля.

Однако такой пирометр позволяет установить только температуру черного тела. Перейти к истинной температуре тела не представляется возможным, поскольку спектральная чувствительность фотоэлемента и спектральный коэффициент черноты излучения тела для всего диапазона волн (от до 2) неизвестна. Несмотря на это возможно измерять отклонения истинной температуры от заданного значения.

На рис. III. 14 изображена схема пирометра с компенсацией излучательной способности. Над контролируемой поверхностью 2 с температурой и коэффициентом излучения располагается образцовый нагреватель 1 с температурой Поток излучения от контролируемой поверхности складывается из собственного излучения поверхности и отраженного излучения где При равенстве потока № истоку, идущему непосредственно от нагревателя отношение между температурами поверхности и нагревателя находится из зависимости

так как

Отсюда следует, что независимо от излучательной способности контролируемой поверхности.

Практически из-за различия излучения нижней и верхней поверхностей нагревателя (соответственно присутствия слюдяного окна с коэффициентами поглощения для отраженного и прямого потоков и т. д. предыдущее равенство запишем в виде

где

Рис. III. 14. Принципиальная схема пирометра с компенсацией излучательной способности

Фактор у близок к единице, когда поверхность является зеркальным отражателем с низким коэффициентом черноты, а также в случае незеркального отражения, но высокой степени черноты. Фактор у определяет точность измерений и линейность характеристики пирометра.

Яркостные пирометры измеряют температуру по интенсивности излучения потока узкого спектрального диапазона. Интенсивность монохроматического излучения с длиной волны Я для абсолютно черного тела в интервале температур до 2500° С можно выразить формулой

Экспериментально установлено, что эта формула имеет удовлетворительную точность при сравнительно небольших величинах произведения При больших возникают отклонения, возрастающие с увеличением Монохроматическое излучение черного тела при более высоких температурах достаточно точно характеризуется формулой Планка. Показания яркостного пирометра

зависят от размеров объекта, от расстояния между объектом и прибором и коэффициента поглощения промежуточной среды, однако влияние этих факторов может быть существенно уменьшено аппаратурным путем. На практике применяются главным образом компенсационные яркостные пирометры. В пирометрах, работающих без использования несущей частоты, применяются усилители постоянного тока, вследствие чего такие пирометры обладают нестабильностью показаний во времени.

В пирометрах, использующих несущую частоту, применяются резонансные усилители, имеющие хорошую стабильность показаний во времени. В некоторых из них применяются обратные связи по световому потоку. При этом на фотоэлемент с помощью обтюратора попеременно подаются излучения объекта и компенсационной лампы накаливания. Снимаемые с фотоэлемента сигналы, амплитуда которых пропорциональна разности интенсивностей излучения объекта и лампы, поступают в специальный электронный блок, который управляет током компенсационной лампы, приравнивая интенсивность ее излучения интенсивности излучения объекта. Измерительным сигналом такого пирометра является величина тока, подаваемого на компенсационную лампу.

Рис. III. 15. Схема компенсационного яркостного пирометра: 1 — объектив; 2 — двигатель; 3 — диск-обтюратор; 4 — усилитель опорного канала; 5 — фазовый дискриминатор; 6 — выходной усилитель; 7 — усилитель сигнала ошибки, 8 — фото-чувствительный элемент

Этот метод измерения позволяет исключить влияние параметров схемы на показания прибора.

Структурная схема такого компенсационного яркостного пирометра приведена на рис. III. 15. Чувствительным элементом пирометра служит фотосопротивление из сернистого свинца, перед которым помещен вращающийся дисковый коммутатор. На фотосопротивление попеременно падает поток излучения от измеряемого источника и от эталонной лампы накаливания с вольфрамовой нитью. В индикаторную часть поступают два сигнала. Один из них является сигналом ошибки и снимается с фотосопротивления. Значение этого сигнала определяется разностью уровней измеряемого излучения и излучения эталонной лампы. Другой сигнал является опорным и служит для определения большего из уровней. Опорное напряжение снимается с катушки, магнитная цепь которой периодически замыкается зубцами диска — обтюратора. С выхода дискриминатора напряжение снимается только тогда, когда сигнал от измеряемого излучения отличается от сигнала эталонной лампы. Это напряжение ошибки усиливается, детектируется, фильтруется и подается на выходной усилитель, который управляет током накала лампы. Величина тока лампы пропорциональна измеряемой температуре.

На рис. III. 16 изображена конструкция инфракрасной детекторной головки компенсационного яркостного пирометра, основанного на сравнении излучений от объекта и эталонного источника с помощью сканирующего устройства. Такие устройства используются при измерении температуры непрерывно движущихся полос, проволоки, нитей и т. п.

Для согласования угла раствора детекторной головки с угловым размером нити головка имеет фокусирующую систему, способную «собирать» возможно большую часть излучаемой нитью, энергии. С помощью кулачка производятся горизонтальные перемещения головки пирометра. Если удельная энергия, излучаемая нитью, не равна удельной энергии, излучаемой фоновой пластиной, то будет иметь место изменение сигнала. Температура пластины в момент исчезновения нити будет являться функцией температуры нити. В качестве детектора используется инфракрасный сурмянистоиндиевый фоточувствительный элемент, работающий при температуре 20° С. Максимальная чувствительность приходится на линию спектра 6 мкм, соответствующую максимуму излучения черного тела при температуре 200° С. Указанные данные соответствуют пирометру, предназначенному для измерения температуры нитей нейлона. Излучение нейлона лежит в инфракрасной области вблизи 5,7 мкм; фотоэлемент не воспринимает излучение с длиной волны выше 7 мкм. Излучения с длиной волны ниже исключаются специальным фильтром. В фокусирующей системе в качестве материала линзы, используются кристаллы флюорита, которые прозрачны в области спектра до 10 мкм. Излучение, фокусируемое на приемный элемент, модулируется с частотой 1300 гц с помощью модулирующего диска, приводящегося в движение синхронным электродвигателем, вращающимся со скоростью 800 об/мин. Опорный сигнал, находящийся в фазе с модулированным сигналом, снимается с фототранзистора, размещенного на противоположной стороне диска модулятора. Входной и опорный сигналы усиливаются и поступают в фазочувствительный детектор. Выходное напряжение детектора представляет собой напряжение постоянного тока, пропорциональное интенсивности фонового излучения, с наложенными на него колебаниями, обусловленными сканированием детекторной головки.

Рис. III. 16. Принципиальная схема инфракрасного сканирующего пирометра с эталонной пластиной: 1 — эталонная пластина, укрепленная на корпусе пирометра; 2 — нить, температура которой измеряется; 3 — объектив; 4 — ось, относительно которой поворачивается пирометр; 5 — источник опорного излучения; 6 — диск модулятора; 7 — фотоприемник; 8 — электродвигатель; 9 — фотоэлемент опорного сигнала; 10 — приводной эксцентрик

Цветовые пирометры. Отношение интенсивностей излучения на двух различных волнах, например 0,888 и 1,034, соответствующих зеленому и красному цвету, изменяется с температурой. Это отношение интенсивностей излучения с двумя различными длинами волн используется в качестве меры температуры в цветовых пирометрах. По соотношению монохроматических яркостей при двух длинах волн может быть определена истинная температура черного тела. Для нечерных тел по соотношению двух монохроматических яркостей может быть определена не истинная температура тела, а так называемая «цветовая» температура. Цветовой температурой контролируемого тела называется такая температура черного тела, при которой отношение спектральных яркостей его излучения при двух длинах волн и равно отношению соответствующих спектральных яркостей контролируемого тела.

Преимущество метода измерений цветовой температуры заключается в том, что при помощи его можно измерить температуру тела, излучение которого отличается от излучения черного тела, при этом результат измерений не зависит от излучательной способности тела, если она одинакова для двух длин волн. При этом наблюдается независимость показаний прибора от расстояния до контролируемого объекта и размеров излучающей поверхности. Погрешность в измерениях возникает только, если излучательная способность различна для двух длин волн.

Измерительные схемы цветовых пирометров выполняются одноканальными и двухканальными. В одноканальной схеме два различных монохроматических световых потока с помощью оптического коммутатора попеременно подаются на один фотоэлектрический приемник. Этот принцип измерения повышает стабильность характеристик прибора при снижении требований к постоянству характеристик элементов схемы, а также к постоянству напряжения питания. Однако наличие оптического коммутатора несколько снижает динамические свойства пирометра.

В одноканальных цветовых пирометрах могут применяться следующие типы оптических коммутаторов световых потоков: оптико-механические коммутаторы (рис. 111.17, а); фотоэлектронные коммутаторы (рис. 111.17, б); оптико-электрические коммутаторы (рис. 111.17, в).

В одноканальных пирометрах для определения температуры по полученному сигналу применяются различные измерительные схемы, в которых осуществляется разделение электрического сигнала с помощью электромагнитного коммутатора, работающего синхронно и синфазно с оптическим переключателем световых потоков, и последующее измерение соответствующей разности напряжений.

Схема двухканального цветового пирометра приведена на рис. III. 17, г. В пирометре используются два независимых фотоэлектрических канала и определение цветовой температуры производится по соотношению величин сигналов в обоих

каналах. Такая схема обладает повышенными динамическими свойствами.

К чувствительным элементам, применяемым в цветовых пирометрах, предъявляются серьезные требования как в отношении линейности световой характеристики, так и стабильности спектральной чувствительности. Благодаря использованию малых световых потоков (порядка сотых долей люмена) возможно получение практически линейной световой характеристики.

Рис. III. 17. Схемы цветовых пирометров: — чувствительные элементы; — цветовой модуляр; — светофильтры; У — усилитель; ЗЧ — зеркала; Г — генератор; — усилитель-преобразователь; О — обтюратор; К — коммутатор; ПС — пересчетная схема; РП — регистрирующий прибор

В качестве приемников излучения в отечественных цветовых пирометрах обычно применяются фотоэлементы с сурьмяно-цезиевым фотокатодом. Спектральная чувствительность этих фотоэлементов имеет довольно ограниченную ширину, кроме того, их спектральная чувствительность нестабильна. Эту задачу можно решить с помощью фотоэлементов с мультищелочным катодом. Для видимой области спектра мульти-щелочные фотоэлементы по сравнению с сурьмяно-цезиевым имеют более высокую чувствительность в красноволновой области спектра,

повышенную термостабильность и независимость спектральной чувствительности от окружающей температуры.

Схема цветового пирометра приведена на рис. III. 18. Поток излучения от объекта 1 фокусируется при помощи оптической системы 2 на приемнике 4, в качестве которого используется германиевый фотодиод. Сфокусированный поток прерывается обтюратором

3, вращаемым электродвигателем 6. Обтюратор выполнен в виде диска с секторными отверстиями, в которые вставлены светофильтры, пропускающие тот или иной участок спектра. При вращении обтюратора на фотодиод 4 попадает поочередно два потока, обладающие различным спектральным распределением энергии. Потоки лучистой энергии преобразуются фотодиодом в импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна величине потоков. Определение отношения энергий излучения двух потоков сводится к определению отношения импульсов напряжения.

Рис. III. 18. Блок-схема пирометра

Для вычисления отношения импульсов используются следящая система и -попеременное синхронное детектирование в блоках 12 и 13. Импульсы напряжения и собственный шум фотодиодов усиливаются усилителем 5 и подаются на реохорд автоматического моста переменного тока. Для синхронизации используются вспомогательный фотодиод 7 и усилители 8 и 14. Путем подбора соответствующих значений постоянных времени -фильтров можно добиться того, что эффективное напряжение шума на конденсаторах фильтров будет во много раз меньше, чем напряжение от рабочих импульсов. Это существенно повышает точность. С интегрирующих конденсаторов напряжение подается на сравнивающее устройство 15. Если напряжения на конденсаторах равны, то напряжение на выходе сравнивающего устройства равняется нулю. При неравенстве этих напряжений на выходе сравнивающего устройства появляется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна разности напряжений, а фаза зависит от знака разности. Напряжение рассогласования полученное на сравнивающем устройстве, усиливается усилителем 17 и подается на автоматический мост, где еще раз усиливается усилителем

11. Усилитель 11 управляет вращением электродвигателя 9, причем

направление вращения меняется с изменением фазы. Электродвигатель через редуктор связан с движком реохорда 10, положение которого определяется цветовой температурой. Для коррекции усилителя 5 используется блок 16.

Для измерения температуры быстроменяющихся и стационарных газовых потоков, а также для определения поглощательной способности газов и пламени применяются также сдвоенные цветовые пирометры (рис. III. 19).

Рис. III.19. Приемная часть двухканального цветового пирометра ЛO-6: а — схема установки оптических головок; б — схема устройства; Л — источник сравнения; — пламя; О — объектив; — диафрагма; — правая головка; — левая головка; — фотоэлементы; синий светофильтр; КС — красный светофильтр; батарея; В — выключатель

Рассматриваемый пирометр может быть применен также для измерения одного или двух (идущих параллельно) тепловых процессов, а также для измерения поля температур в системах автоматического регулирования. Температура измеряется пирометром цветовым методом по относительной величине двух монохроматических спектральных яркостей сплошного излучения объекта в видимой области спектра. Измерение температуры твердых тел, помещенных в малопрозрачную газовую среду, осуществляется при полной компенсации излучения газов с введением поправки на их поглощение; такое измерение обеспечивается при условии, что интенсивность излучения тела выше интенсивности излучения окружающей его газовой среды.

Лучеприемник пирометра представляет собой конструкцию перископного типа с двумя оптическими головками.

Свет от источника излучения падает на поворотную призму, отражается от ее посеребренной грани и попадает на объектив; последний фокусирует изображение источника на плоскость диафрагмы. Часть света проходит через отверстие диафрагмы, попадает на другой объектив и через него на полупрозрачный куб-призму К, где делится на две части, проходящие затем через светофильтры СС и КС — на два фотоэлемента Поворот головок в горизонтальной плоскости производится с помощью червячной пары вручную (через пару, конических шестерен) или от электродвигателя через муфту сцепления; последняя позволяет включить поворот той или другой головки. Угол поворота головки в горизонтальной плоскости составляет ±45°. При автоматическом повороте

головки угол ограничивается двумя концевыми реле-размыкателями, установленными на крышке лучеприемника. В пирометре установлены сурьмяно-цезиевые вакуумные фотоэлементы а в качестве светофильтров используются цветовые стекла Цепи фотоэлементов обеих головок соединены компенсационной схемой.

Применяются автоматические цветовые пирометры типа ЦЭП, построенные по принципу измерения логарифма отношения электрических сигналов, пропорциональных интенсивности излучения объекта в двух участках спектра. Комплект цветового пирометра состоит из измерительного устройства, блока электроники и автоматического моста Световой поток от объекта через оптическую систему и обтюратор со светофильтрами, выделяющими излучение в двух участках спектра, попадает на фотоэлемент.

Рис. III.20. Схема одноканального измерительного устройства, действующего по методу лучеиспускания-поглощения в облает» линии натрия

Сигналы с фотоэлемента, пропорциональные «красному» и «синему» световым потокам, усиливаются предварительным усилителем и поступают на блок электроники, где импульсы напряжения преобразуются в электрический сигнал, пропорциональный логарифму их отношения, которое однозначно определяет цветовую температуру объекта. Диапазон температур, измеряемых пирометром, составляет 1400—2800° С. Целый ряд других модификаций описан в литературе, приведенной в конце главы.

Контроль температур методом обращения. Большую группу среди устройств, предназначенных для оптического измерения температур, составляют устройства, в которых используются различные модификации метода обращения спектральных линий. К этой группе относятся устройства с фиксацией момента обращения, устройства, в которых температура определяется по методу лучеиспускания-поглощения в области Д-линии натрия, и устройства, в которых температура определяется по методу выравнивания спектральных яркостей линии натрия.

Рассмотрим устройство для измерения температуры пламени с эталонным излучателем. Как показано на схеме (рис. 111.20), излучение, идущее от вольфрамовой лампы Л, расположенной за пламенем с частотой 300 гц, прерывается с помощью оптиче

оптического затвора Излучение, поступающее от пламени в монохроматор прерывается с частотой 60 гц при помощи второго оптического затвора Эти оптические затворы могут быть выполнены в виде оптико-электронных ячеек, управляемых электрическими импульсами, или в виде оптико-механической системы. Дисковые обтюраторы расположены на одной оси и вращаются с одинаковой скоростью. Разная частота обтюрации получается из-за разной величины и формы отверстий, выполненных в дисках. Фотоумножитель Ф, расположенный на выходной щели спектроскопа, воспринимает модулированный монохроматический световой поток. Электрический сигнал, формируемый фотоумножителем, усиливается усилителем У и подается на пересчетную схему а затем может быть использован в системе регулирования.

Рис. III.21. Схема измерительного устройства с оптико-механической коммутацией, действующего по методу выравнивания спектральных яркостей линии натрия

Весьма перспективным в данном случае является применение в рассмотренных приборах электронных счетных схем, которые производили бы автоматическое определение температуры по величине сигналов, поступающих с фотоумножителей. Выходным сигналом такой электронной схемы должен быть электрический сигнал, пропорциональный температуре.

В измерительной схеме (рис. II 1.21) производится сравнение спектральных яркостей пламени и эталонного источника одноканальным фотоэлектрическим устройством. На фотоумножитель с помощью вибрирующего зеркала с частотой 60 гц подаются излучения Д-линии натрия, излучаемой пламенем и ее фона, излучаемого эталонным источником лампой При этом производится сканирование вдоль спектра и развертывание в электрический сигнал профиля спектральной линии и его фона. Если температура пламени выше температуры эталонного источника, то Д-линия натрия будет ярче фона и наоборот.

С помощью специальной пересчетной схемы ПС осуществляется воздействие на режим работы источника сравнения, причем направление и величина этого воздействия зависят от полярности и амплитуды импульсов на сигнале фотоумножителя. При этом ток,

подаваемый на источник сравнения, будет неизменным только в том случае, когда на сигнале, формируемом фотоумножителем, отсутствуют как положительные, так и отрицательные импульсы. Если температура пламени изменяется и, следовательно, нарушается режим обращения, то в сигнале фотоумножителя возникают положительные или отрицательные импульсы. При этом схема изменяет температуру источника сравнения таким образом, чтобы импульсы фотоумножителя стали равными нулю. В описываемом устройстве температура источника сравнения изменяется в соответствии с изменением температуры пламени. Температура источника сравнения измеряется с помощью отдельного оптического пирометра, имеющего фотоэлемент и регистрирующий прибор РП.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)