Курсовая работа: Измерение и контроль температуры

Оптическое разрешение пирометра

Пирометры измеряют среднюю температуру поверхности, находящейся в области чувствительности. Область чувствительности пирометра приближенно можно представить конусом, вершина которого упирается в объектив прибора, а основание располагается на поверхности объекта. Отношение высоты конуса к его диаметру L:D, называемое оптическим разрешением пирометра, является одной из основных характеристик прибора (иногда используют обратную величину - D:L). Чем больше L:D, тем более мелкие предметы пирометр может различить на расстоянии.

Фокусное расстояние пирометра

Область чувствительности пирометра можно считать конической только на достаточном расстоянии. Вблизи она имеет более сложную форму. Часто у пирометра зона чувствительности сначала сужается до минимума, а затем начинает расширяться в форме конуса. Расстояние F, на котором достигается минимальный диаметр зоны чувствительности d, называется фокусным расстоянием. Для таких пирометров параметры F и d указываются в документации. Существуют специальные короткофокусные пирометры, у которых d составляет 5...8 мм на расстоянии F 300...600 мм.

Способ нацеливания пирометра

Простейшие пирометры не имеют устройства нацеливания и могут применяться только на близких расстояниях. Для нацеливания пирометра на удаленные объекты чаще всего применяется луч лазера. С помощью одиночного лазерного луча можно определить только точку вблизи центра зоны чувствительности. У такого прицела луч лазера не совпадает с оптической осью объектива пирометра, поэтому центр зоны смещен относительно лазергого указателя на фиксированное расстояние 1-2 см (т.н. ошибка параллакса). В усовершенствованном коаксиальном прицеле луч лазера выходит из центра объектива пирометра и всегда попадает в центр зоны измерения. Двойной лазерный прицел показывает не только расположение, но и размер зоны измерения пирометра, однако на близком расстоянии он может быть сильно завышен. Разновидность двойного прицела с пересекающимися лучами называется кросс-лазером и обычно применяется в короткофокусных пирометрах, так как этот вид лазера удобен для определения местоположения фокуса объектива. Круговой лазерный прицел, образованный несколькими лучами, наглядно обозначает зону измерения пирометра. Простому круговому прицелу присущи уже упомянутые недостатки - параллакс и завышенный размер зоны измерения на близком расстоянии. Наиболее совершенный прицел, лишенный этих недостатков, создается несколькими лазерными лучами, расположенными вокруг объектива пирометра и образующими гиперболоид вращения. Такой прицел точно обозначает зону измерения на любом расстоянии от пирометра, поэтому он называется точным круговым лазером (TRUE SPOTTM).

Лазерный луч плохо виден на ярко освещенной или раскаленной поверхности, поэтому высокотемпературные пирометры для нацеливания иногда оснащаются оптическими визирами.

5.3 Метрологические характеристики

Цифровой интегрирующий вольтметр с преобразованием интеграла напряжения в интервал времени (цифровой вольтметр с двухтактным интегрированием)

Основная схема цифрового вольтметра с двухтактным интегрированием представлена на рис 8.19:

Цикл измерения состоит из двух тактов. В первом такте с момента t 1 до t2 цифровой автомат ЦА замыкает ключ SW 1 и на вход интегратора, состоящего из усилителя, резистора R и конденсатора С, поступает напряжение U_x . Выходное напряжение интегратора.

(5.1)

В момент t 1 открывается также ключ SW 5 и на СТ от генератора квантующих импульсов Gm поступают импульсы частотой f ₀ . При достижении в СТ числа No (обычно полного объема СТ) в момент t2 первый такт заканчивается. Время интегрирования U_x составит

(5.2)

В момент t2 СТ сбрасывается в нулевое состояние, а ЦА замыкает SW 2. На вход интегратора подается известное по значению постоянное напряжение (/₀ , полярность которого противоположна полярности Ux - Выходное напряжение интегратора линейно уменьшается и в момент t ₃ становится равным нулю. Этот момент фиксируется устройством сравнения УС- В момент t₃ заканчивается второй акт преобразования.

Баланс зарядов на конденсаторе С соответствует условию:

(5.3)

(5.4)

(5.5)

(5.6)

Это число, представляющее результат измерения, в момент t ₉ по команде ЦА переписывается в регистр памяти. В момент t_B CTсбрасывается в нуль, ЦА возвращается в исходное положение, в котором разомкнуты SW 1, SW 2₉ SW 5, aSW 3 и SW 4 замкнуты. Начиная с момента t3аналоговая часть прибора и УС автоматически корректируются.

При U_x = const

Следовательно, отсчет счетчика прямо пропорционален измеряемому напряжению и зависит только от напряжения источника образцовое напряжения U₀ . Цифровой отсчет прибора не зависит от сопротивления R, емкости С, периода Т₀ , а также от напряжения U*. Необходимо, чтобы их значения были постоянны лишь в течение каждого кратковременного цикла измерения. Важными преимуществами таких приборов являются: использование одного счетчика импульсов в обоих циклах (благодаря чему снижается сложность), высокая помехоустойчивость, удобство измерения отношения двух напряжений, повышенная чувствительность.

Эта схема является одной из наиболее перспективных для создания цифровых интегрирующих вольтметров высокой точности, так как изменения параметров и элементов практически не влияют на информативный параметр выходного сигнала, К числу основных погрешностей вольтметра двухтактного интегрирования относятся: погрешности от идентичности ключей SW 1 и SU72 —бвл, погрешность от нелинейности интегрирования- -б,,; погрешность, вызванная дрейфом нуля усилителя УС, погрешность из-за конечной полосы пропускания усилителя—6^; погрешность от абсорбции конденсатора и погрешность от квантования.

Погрешность от переходных сопротивлений ключей возникает из-за того, что напряжения I )\ и ( J ₀ подаются на интегратор через ключи SWI и SW 2, сопротивления которых в замкнутом состоянии конечны (не равны нулю). С учетом этого уравнение преобразования во временной интервал будет иметь вид: