Візуальні пірометри з розширеними функціональними можливостями - Автореферат

Сучасний рівень наукових досліджень, створення та освоєння нових високоточних технологій підвищують вимоги до методів та засобів вимірювання температури, їх наукової обґрунтованості, універсальності, точності та надійності. Найпоширенішими приладами, за допомогою яких проводяться оптичні вимірювання температури за власним випромінюванням, являються пірометри. Окремо виділяють візуальні пірометри зі зникною ниткою, робота яких заснована на зрівнюванні яскравостей спеціальної нитки порівняння пірометричної лампи і зображення обєкта. На основі аналізу можна стверджувати, що одними з основних проблем у візуальній пірометрії є часова інструментальна похибка та похибка, яка виникає при апостеорному введенні поправки на випромінювальну здатність, де є ряд неточностей у виборі апріорних даних, а відсутність статистичного опрацювання результатів вимірювання та можливості обміну даними з системами вищого порядку обмежує галузі використання візуальних пірометрів випромінювання. Із публікацій, написаних у співавторстві, здобувачу належить: 1 - критерій оцінки технічного рівня; 2 - розрахунок ефективної довжини хвилі і похибок апостеорних поправок, метод реалізації апріорного введення поправок для візуальних пірометрів; 3,4 - оптична конструкція візуального пірометра; 4 - рівняння рівності яскравостей візуальної пірометрії, конструкція візуального пірометра, яка усуває часову інструментальну похибку; 5 - висновок про неможливість адекватної заміни візуальних пірометрів на обєктивні, зроблений на основі оцінки характеристик приладів пірометрії; 6,7 - постановка задачі створення ряду візуальних пірометрів з розширеними функціональними можливостями; 8 - метод зменшення кількості повірочних точок; 9 - метод реалізації апріорного введення поправок для візуальних пірометрів.Значну похибку у вимірювання вносить пірометрична лампа, що є основним метрологічним вузлом візуального пірометра. При умові рівності потоків Фспр.обєкта=Фспр.лампи, (яка закладена в принципі роботи), якщо t1=t2, потік від обєкта послаблюється в t1 раз більше, ніж від лампи розжарювання. Випаровування вольфраму приводить також до зміни опору нитки розжарювання лампи й отже до зміни залежності струм - яскравість, що в свою чергу приводить до похибки вимірювання. Враховуючи похибку від запилення вхідного вікна пірометричної лампи, формула для поправки на випромінювальну здатність прийме вигляд: IMG_97509995-1b98-41f0-8359-18fd741eacf3 (10) Апостеорна поправка на випромінювальну здатність, що вводиться після вимірювання умовної яскравісної температури Тя, буде виражатись з рівняння умови рівності яскравостей як: IMG_0f4d78f9-1cbf-413b-a008-e6c88f1d0c45 (12)Проведено аналіз технічних характеристик сучасних візуальних пірометрів випромінювання, в результаті якого показано, що розширення їх функціональних можливостей (зокрема, внесення апріорних і апостеорних поправок на випромінювальну здатність і фон, врахування функціональної залежності ефективної довжини хвилі від вимірюваної температури, багатоканальне запамятовування та статичне опрацювання результатів) дозволяє покращити метрологічні параметри робочих і еталонних засобів візуальної пірометрії. Запропонована математична модель рівності яскравостей візуальної пірометрії, яка встановлює основне співвідношення між фізичними величинами і технічними параметрами візуальних пірометрів. На основі вказаної рівності та запропонованих математичних моделей (номінальних статичних характеристик інтенсивності потоку випромінювання, вихідного сигналу пірометра, похибки вимірювання для реальних умов експлуатації) здійснено аналіз впливаючих факторів, вплив яких частково або повністю усувається шляхом розширення функціональних можливостей та вибором структурної схеми пірометра. Запропоновано і опробувано комплексне рішення структурної побудови візуального пірометра з розширеними функціональними можливостями і ефективною довжиною хвилі 0,655мкм, в якому використаний вимірювальний приймач випромінювання для вимірювання інтенсивності потоку випромінювання неспеціалізованої лампи розжарювання.

В результаті виконання дисертаційної роботи можна сформулювати наступні висновки: 1. Проведено аналіз технічних характеристик сучасних візуальних пірометрів випромінювання, в результаті якого показано, що розширення їх функціональних можливостей (зокрема, внесення апріорних і апостеорних поправок на випромінювальну здатність і фон, врахування функціональної залежності ефективної довжини хвилі від вимірюваної температури, багатоканальне запамятовування та статичне опрацювання результатів) дозволяє покращити метрологічні параметри робочих і еталонних засобів візуальної пірометрії. Очікувана основна похибка для запропонованих рішень не перевищує (2-5)°С в діапазоні (700-1400)°С.

2. Запропонована математична модель рівності яскравостей візуальної пірометрії, яка встановлює основне співвідношення між фізичними величинами і технічними параметрами візуальних пірометрів. На основі вказаної рівності та запропонованих математичних моделей (номінальних статичних характеристик інтенсивності потоку випромінювання, вихідного сигналу пірометра, похибки вимірювання для реальних умов експлуатації) здійснено аналіз впливаючих факторів, вплив яких частково або повністю усувається шляхом розширення функціональних можливостей та вибором структурної схеми пірометра.

3. Запропоновано і опробувано комплексне рішення структурної побудови візуального пірометра з розширеними функціональними можливостями і ефективною довжиною хвилі 0,655мкм, в якому використаний вимірювальний приймач випромінювання для вимірювання інтенсивності потоку випромінювання неспеціалізованої лампи розжарювання. Вказане рішення повністю знімає жорсткі метрологічні вимоги до раніше використовуваної дорогої спеціалізованої пірометричної лампи розжарювання.

4. На основі розробленого методу аналізу методичних та інструментальних похибок для робочих і еталонних візуальних пірометрів, в т.ч. з розширеними функціональними можливостями, пропонується враховувати функціональні залежності ефективної довжини хвилі lеф від вимірюваної температури Т, випромінювальної здатності від lеф і Т, а також уточнене значення світлової постійної Планка С 2=0,01438769МК при d=31Ч 10-6.

5. Сформульовані вимоги до візуальних пірометрів нового покоління. Показано, що подальше розширення їх функціональних можливостей аж до адекватної заміни на обєктивні (з метою усунення впливу субєктивного фактора) на даному етапі є неможливим через низькі метрологічні параметри існуючих приймачів випромінювання в області кривої видимості.

6. Використання вимірювального приймача випромінювання у запропонованому візуальному пірометрі дозволило на основі математичної моделі такого пірометра розробити метод градуювання і повірки при зменшенні кількості повірочних точок, що підвищить ефективність відповідних операцій при серійному випускові візуальних пірометрів.

7. На основі математичної моделі похибки та аналізу граничних можливостей візуальних пірометрів запропонований метод і критерій оцінки їх якості в реальних (відмінних від нормальних) умовах експлуатації.

8. Розроблені і опробувані схемні і конструктивні рішення візуальних пірометрів (в т.ч. типу ВІКА) дозволили розширити функціональні можливості пірометрів типу "Промінь", зменшити основну похибку вимірювання температури до 2 К, похибку від зміни ефективної довжини хвилі до 1,7 К, похибку від неточності світлової постійної С 2 до 0,02 К при випромінюваній здатності 0,01 в діапазоні вимірюваних температур (700-1400) 0С.

1. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М., Гоц Н.Є. Концепція раціонального вибору пірометрів випромінювання для машинобудівної галузі // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. - Збірник наукових праць асоціації "Автобус" Мінпромполітики України. -2000. -№ 3. -с.48-52.

2. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М., Столярчук П.Г. Обґрунтування доцільності введення апріорних поправок для різних типів пірометрів випромінювання // Автоматика, вимірювання та керування. - Вісник Державного університету "Львівська політехніка", - 2000. - № 389, -с.53 - 58.

3. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М., Столярчук П.Г. Підвищення точності технологічних процесів шляхом вдосконалення безконтактних засобів вимірювання температури // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. - Збірник наукових праць асоціації "Автобус" Мінпромполітики України. - 1999. - № 2, -с. 23-25.

4. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М. Теоретичні та практичні аспекти вдосконалення візуальних пірометрів випромінювання // Вимірювальна техніка та метрологія. - Збірник наукових праць ДУ "Львівська політехніка", - 2000. -№56. - С.41 - 46.

5. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М., Яцук В.О. Проблеми адекватної заміни візуальних пірометрів випромінювання, - збірник наукових праць "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини (СИЭТ-99)", спеціальне видання міжнародного науково-технічного журналу "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах", К.: ФАДА ЛТД, 1999, вип.5,с.91-94.

6. Гриневич Б.Ю. Засименко В.М. Підвищення якості гартування листових ресор при використанні спеціальних приладів. // SAKON `98. Матеріали IX міжнародної конференції. - Politechnika Rzeszowska, 1998, с. 99-102 .

7. Гриневич Б.Ю., Засименко В.М., Яцук В.О., Дроздовський В.В. Спеціалізовані візуальні пірометри з розширеними функціональними можливостями, - Праці ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини (СИЭТ-98)", - К.: Міносвіти України, 1998, кн.2, с.62-64.

8. Засименко В.М., Гриневич Б.Ю., Столярчук П.Г. Розрахунок номінальних статичних характеристик пірометричних перетворювачів при обмеженій кількості повірочних точок. // Метрологія та вимірювальна техніка. Наукові праці ІІ Міжнародної Науково-технічної конференції "Метрологія - 99", Харків, том 2, 1999, с.31-33.

9. Zasymenko V., Stolarczuk P., Grynevych B. Visual pyrometry with multiplicate correction on a radial emittance. - Metody i technica przetwarzania sygnalov w pomiarach fizycznych, - Rzeszow,1999, p.5.

10. Засименко В.М., Гриневич Б.Ю., Столярчук П.Г., Яцук В.О., Дроздовський В.В. Рішення про видачу патенту від 13.07.2000р на винахід "Візуальний пірометр" №2000042280 від 21.04.2000.

Размещено на .ru