close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8534

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8534
(13) C1
(19)
(46) 2006.10.30
(12)
7
(51) G 01J 5/28, 5/52
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
BY 8534 C1 2006.10.30
(21) Номер заявки: a 20030990
(22) 2003.10.30
(43) 2005.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт электроники
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Каспаров Константин Николаевич; Белозеров Александр Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт электроники Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(56) SU 578569 A, 1977.
RU 2111462 C1, 1998.
GB 666810, 1952.
JP 57077921 A, 1982.
JP 2291932 A, 1990.
(57)
Способ измерения температуры объектов с непрерывным спектром излучения путем
анализа распределения фотоэлектронов внешнего фотоэффекта по энергиям в фотоэлектронном приборе с нормированием лучистого потока по фототоку, градуировкой фотоэлектронного прибора по эталону и определением температуры объекта по градуировочной кривой, отличающийся тем, что используют фотоэлектронный прибор с двумя
управляющими электродами между фотокатодом и коллектором электронов; на первый
управляющий электрод, расположенный ближе к фотокатоду, подают нулевое напряжение, а на второй управляющий электрод, расположенный ближе к коллектору электронов,
подают небольшое, по сравнению с коллекторным, положительное напряжение, обеспечивающее ток нормировки i0, измеряют ток нормировки i0, затем на первый управляющий
электрод подают напряжение U +M , обеспечивающее ток насыщения i + фотоэлектронного
прибора, измеряют ток насыщения i+ и по величине тока насыщения i+, соответствующего
току нормировки i0, по градуировочной кривой определяют температуру объекта.
Фиг. 1
BY 8534 C1 2006.10.30
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры в быстропротекающих тепловых процессах.
Известен способ [1], по которому измерение температуры производится с использованием фотоэлектронного прибора (ФЭП) путем сравнения распределения по энергиям фотоэлектронов внешнего фотоэффекта, вызванных излучением предварительно уравненных
(нормированных на ток i0) неселективной регулировкой световых потоков от объекта и
эталона. Нормировка производится при нулевом напряжении на управляющем электроде
ФЭП. Фильтрация фотоэлектронов по энергиям производится в тормозящем поле путем
подачи на управляющий электрод отрицательного напряжения U м− , изменяющегося (сканирующего) от нуля до какого-то значения, при котором фототок через прибор полностью
прекращается. Измеряемая температура является функцией максимального значения этого
напряжения и тока нормировки i0: T = f (U м− max ) i0 =const . Нормируемые токи i0 должны быть
по крайней мере в 4-5 раз больше уровня модулированного тока i м− , равного темновому
току, до которого запирается ток i0. Вследствие этого минимальная доступная измерению
температура должна быть всегда больше температуры тела, достаточной для надежной
регистрации излучаемого телом светового потока. Это ограничивает диапазон измеряемых температур, повышая его нижний порог. Быстродействие способа ограничено временем сканирования.
Наиболее близким техническим решением является способ измерения температуры
[2], согласно которому нормируют лучистый поток по фототоку, на управляющий электрод ФЭП подают импульс, который запирает фототок до какой-то величины, и по значениям тока нормировки i0 и частично запертого тока i м− определяют температуру объекта:
( )
T = f i м−
i 0 = const
. Измерение тока i м− производят на спадающем участке вольт-амперной
характеристики (ВАХ) ФЭП в области ее максимальной крутизны, вследствие чего
небольшие колебания амплитуды запирающего напряжения приводят к значительным
колебаниям частично запертого тока ∆i м− , тем большим, чем больше крутизна ВАХ, и,
следовательно, к увеличению инструментальной погрешности измерения температуры.
Быстродействие ограничивается частотными свойствами ФЭП и измерительной схемы.
Технической задачей изобретения является снижение порога измеряемых температур
с одновременным увеличением точности измерения.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе измерения температуры
объектов с непрерывным спектром излучения путем анализа распределения фотоэлектронов внешнего фотоэффекта по энергиям в фотоэлектронном приборе с нормированием
лучистого потока по фототоку, градуировкой фотоэлектронного прибора по эталону и определением температуры объекта по градуировочной кривой, используют фотоэлектронный прибор с двумя управляющими электродами между фотокатодом и коллектором
электронов; на первый управляющий электрод, расположенный ближе к фотокатоду, подают нулевое напряжение, а на второй управляющий электрод, расположенный ближе к
коллектору электронов, подают небольшое, по сравнению с коллекторным, положительное напряжение, обеспечивающее ток нормировки i0, измеряют ток нормировки i0, затем
на первый управляющий электрод подают напряжение U м+ , обеспечивающее ток насыщения i+ фотоэлектронного прибора, измеряют ток насыщения i+ и по величине тока насыщения i+, соответствующего току нормировки i0, по градуировочной кривой определяют
температуру объекта.
Совокупность указанных признаков позволяет снизить нижний порог измеряемых
температур, что приводит к расширению диапазона измеряемых температур, при одновременном увеличении точности измерения. Это достигается тем, что из двух управляющих
электродов ФЭП можно составить с коллектором электронов ФЭП такую электростатиче2
BY 8534 C1 2006.10.30
скую линзу, которая обладает высокими дисперсионными свойствами. Для этого на первый
управляющий электрод, расположенный ближе к фотокатоду, подают напряжение U м+ ,
примерно равное напряжению на коллекторе, а на второй электрод, расположенный между
коллектором и первым управляющим электродом, - намного меньшее напряжение. В такой
электронно-оптической системе электроны фотоэмиссии попадают в ускоряющее поле
первого управляющего электрода, вследствие чего резко увеличивается ток коллектора
электронов. Это позволяет снизить значение тока i0 в 4-5 раз, а следовательно, измерять
более низкие температуры. Так как напряжение U м+ вводит анодный ток ФЭП в насыщение, то нестабильность напряжения U м+ не приводит к нестабильности анодного тока i м+ ,
что исключает погрешность измерения температуры, обусловленную погрешностью измерения анодного тока, и увеличивает точность измерения температуры.
Способ измерения температуры Т объекта осуществляется следующей совокупностью
операций: на первый, расположенный ближе к фотокатоду, управляющий электрод ФЭП
подают напряжение, равное нулю, а на второй управляющий электрод, расположенный
перед коллектором электронов, - напряжение, намного меньшее напряжения на коллекторе,
и измеряют начальный ток i0, затем подают на первый управляющий электрод напряжение, соответствующее току насыщения i м+ ФЭП, измеряют ток насыщения i м+ и по токам i0
и i м+ определяют температуру T = f (i м+ )
i 0 = const
по градуировочной кривой, которая строит-
ся при облучении ФЭП различными световыми потоками от эталонного температурного
источника излучения.
Реализация способа осуществляется на устройстве, схема которого приведена на
фиг. 1, где:
1 - фотоэлектронный прибор,
2 - фотокатод,
3 - первый управляющий электрод,
4 - второй управляющий электрод,
5 - коллектор электронов,
6 - объект исследования,
7 - оптическая схема,
8, 9 - усилители,
10, 11 - устройства выборки-хранения,
12, 13 - цифровые вольтметры,
14 - фотодиод синхронизации,
15 - формирователь видеоимпульса,
16 - усилитель-формирователь,
17, 18 - формирователи синхроимпульсов,
19, 20 - схемы запуска,
21 - неселективный регулятор светового потока.
На фиг. 2 представлены вольт-амперные характеристики ФЭП, нормированные на ток
i0, при двух температурах излучателя Т1 < Т2.
На фиг. 3 представлена градуировочная кривая.
Устройство работает следующим образом. Подключенный к источнику питания фотоэлектронный прибор 1 имеет на своих электродах следующие напряжения: на фотокатоде 2 0 В, на первом управляющем электроде 3 - 0 В, на втором управляющем электроде 4 0,2 В, на коллекторе электронов 5 - 120 В. При импульсном нагреве объекта 6 тепловое
излучение через оптическую систему 7 измерительного устройства попадает на фотокатод 2
ФЭП 1. Сигнал с выхода ФЭП 1 поступает на два измерительных канала, каждый из которых состоит соответственно из усилителя 8, 9, устройства выборки-хранения 10, 11 и
цифрового вольтметра 12, 13 с внешним запуском. Начало измерения синхронизируется с
3
BY 8534 C1 2006.10.30
началом нагрева с помощью фотодиода 14, сигнал от которого запускает формирователь
видеоимпульса 15, с выхода которого импульс через усилитель-формирователь 16 подается
на первый управляющий электрод 3 ФЭП 1. Составляющие видеоимпульса "а" и "б" формирователя видеоимпульса 15 (соответственно 0 и 20 В) запускают формирователи 17, 18
синхроимпульсов, необходимые для запуска устройств выборки-хранения 10, 11. Первый
и второй каналы с устройствами выборки-хранения 10, 11 фиксирует анодный сигнал соответственно до и после подачи на первый управляющий электрод 3 ФЭП 1 импульса положительной полярности 20 В. Регистрация сигналов на выходе ФЭП 1 осуществляется
цифровыми вольтметрами 12 и 13 при помощи схем запуска 19 и 20 после срабатывания
схем выборки хранения 10 и 11.
Ток i0 (фиг. 2) измеряют в течение первой составляющей "а" подаваемого на первый
управляющий электрод 3 видеоимпульса, формируемого устройством 15 (фиг. 1). В течение действия второй его составляющей "б", равной по длительности первой, на первый
управляющий электрод 3 подают +20 В и измеряют модулированный ток i м+ . Температурам эталонного излучателя Т1 < Т2 соответствуют токи i1+м > i +2м . По их значениям строят
градуировочную кривую (фиг. 3) и по ней, при условии постоянства тока i0, по току i +xм ,
измеренному фотоэлектронным прибором 1 под действием излучения нагретого объекта,
измеряют его температуру Тх.
В качестве ФЭП 1 с управляющими электродами используется ФЭУ-175, имеющий
три управляющих электрода. Первым управляющим электродом служит модулятор, а следующие за ним на расстоянии 0,8 мм два кольцевых электрода, расстояние между которыми также равно 0,8 мм, соединенные вместе, служат вторым управляющим электродом.
Большая его толщина (0,8 мм) способствует лучшему разделению электронов по энергиям. Первый динод ФЭУ служит коллектором электронов, а остальные диноды линейно
усиливают ток первого динода.
Источники информации:
1. А.с. СССР 463003, 1975.
2. А.с. СССР 578569, 1977 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
199 Кб
Теги
патент, by8534
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа