Инфракрасный пирометр

МИНОБР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Приборостроение

 

 

 

 

 

Научная работа

по дисциплине: «Точность  измерительных приборов»

на тему: «Инфракрасный пирометр»

 

 

 

 

Принял:

д.т.н., профессор

Т.И. Мурашкина

 

Выполнил:

ст.гр. 08ПП1

М.А. Коровина

 

 

 

 

 

Пенза 2012

Содержание

 

 

Введение …………………………………………………………………………. 3

Основные технические  данные и характеристики …………………………..... 3

Устройство и принцип работы пирометра ……………………………………...4

Расчетная часть ……………………………………………….…………………. 6

Вывод …………………………………………………………………………….. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

Пирометр инфракрасный предназначен для бесконтактного измерения температуры объектов по их тепловому (инфракрасному) излучению.

Основные технические данные и  характеристики

 

Диапазон измерения  температуры…………………………….+700 … +2200 ºС

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности…........±(1+ 0,01×t) °

Разрешающая способность…………………………………………………..1 °С

Показатель визирования ……………………………….……………………1:100

Время установления показаний…………………………….…………………..1 с

Рабочие длины волн …………………………………………….0.85 … 0,95 мкм

Потребляемая мощность не более  ………………………..………………0.04 Вт

Выходные параметры…………………………………………………...4…20 мА

Интерфейс для связи  с компьютером………………………….………… RS-232

Габаритные размеры, не более ………………………………………. 32х174 мм

Масса, не более …………………………………………………….……….0,25кг

 

 

Устройство и принцип  работы пирометра

 

Пирометр является сложным оптико-электронным устройством, предназначенным для измерения температуры бесконтактным способом.

В основе работы пирометра лежит  принцип преобразования потока инфракрасного  излучения от объекта, принимаемого чувствительным элементом, в электрический  сигнал, пропорциональный спектральной плотности мощности потока излучения.

Структурная схема пирометра приведена на рисунке 1

 

 

 

Рисунок 1 -  Структурная схема  пирометра

 

Поток инфракрасного  излучения, испускаемый объектом, попадает в оптическую систему ОС, где диафрагмируется и фокусируется на приемник излучения ПИ, находящийся в фокусе оптической системы.

Приемник излучения  ПИ преобразует мощность падающего  на него потока ИК излучения в электрическое  напряжение пропорциональное спектральной плотности мощности потока излучения.

Узел обработки УО преобразует сигнал с приемника  излучения ПИ, в соответствии с  номинальной статической характеристикой  преобразования, в вид, удобный для  индикации.

Узел токовой петли  преобразует измеренное значение температуры линейно в значение тока в токовой петле 4…20 мА.

Рисунок 2 -  Конструктивное исполнение пирометра

 

Источник питания ИП, которым является токовая петля, обеспечивает все узлы прибора напряжениями, необходимыми для их работы.

Конструктивно пирометр выполнен в металлическом корпусе

цилиндрической  формы, где располагаются все узлы прибора. Под задней крышкой прибора предусмотрен переменный резистор для установки поправочного коэффициента Е. Коэффициент Е устанавливается по заказу на этапе калибровки пирометра. Установленное значение коэффициента Е определяется при подключении прибора к ПК с помощью прилагаемого программного обеспечения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная часть

Строим метрологическую  модель пирометра.

 

x                Δ1                                                y1(x1)        Δ2                                                                y2(x2)

 

 

                   Δ3                                    y3(x3)    Δ4                                                        y4(x4)

у

 

 

Реальная функция преобразования будет иметь вид:

Ур₁ = S1(1 + δ1)(х + ∆1)

Ур₂ = S2(1 + δ2)(х + ∆2)

Ур₃ = S3(1 + δ3)(х + ∆3)

Ур₄ = S4(1 + δ4)(х + ∆4)

Согласно принципа суперпозиций выходная величина Ур будет состоять из пяти составляющих, по числу входов на модели х, ∆1, ∆2, ∆3, ∆4. Тогда

Ур = x S1(1 + δ1) S2(1 + δ2) S3(1 + δ3) S4(1 + δ4) + ∆1 S1(1 + δ1) S2(1 + δ2) S3(1 + δ3) S4(1 + δ4) + ∆2 S2(1 + δ2) S3(1 + δ3) S4(1 + δ4) + ∆3 S3(1 + δ3) S4(1 + δ4) +             + ∆4  S4(1 + δ4)

 

Ур = S₁S₂S₃S₄ (1 + δ1)(1 + δ2)(1 + δ3)(1 + δ4)(х + ∆1) + ∆2 S₂S₃S₄(1 + δ2)(1 + δ3)   (1 + δ4) + ∆3 S₃S₄(1 + δ3)(1 + δ4) + ∆4 S4(1 + δ4)

 

Произведением погрешностей пренебрегаем в силу их малости. Тогда

Ур = хS₁S₂S₃S₄ (1 + δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄) + S₁S₂S₃S₄ ∆1  + S₂S₃S₄ ∆2   + S₃S₄ ∆3    + S₄ ∆4   

 

  Номинальная функция преобразования у_н = хS₁S₂S₃S₄, следовательно абсолютная погрешность функции преобразования

∆у = Ур – Ун = хS₁S₂S₃S₄ (δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄) + S₁S₂S₃S₄ ∆1  + S₂S₃S₄ ∆2   + +S₃S₄ ∆3    + S₄ ∆4

Эта погрешность приведена  к выходу.

Приведенная ко входу погрешность будет иметь вид:

Из полученных выражений  следует общая формула для  мультипликативной погрешности

δ  = δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄.

Общая формула для аддитивной погрешности, приведенной ко входу будет иметь вид

а приведенная к выходу - ∆у =S₁S₂S₃S₄ ∆1  + S₂S₃S₄ ∆2   + S₃S₄ ∆3    + S₄ ∆4  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

 

При построении метрологической  модели пирометра была выведена аддитивная и мультипликативная погрешность. При расчете мультипликативная исключается, вследствие чего остается аддитивная погрешность, которую можно исключить путем юстировки и настройки пирометра.