Источник питания пирометра спектрального отношения
Необходимость оценки влияния напряжения источника питания на показания пирометра спектрального отношения реализованного на одном фотодиоде. Расчетные зависимости сигнала пирометра на основе кремниевого фотодиода ФД-256 при обратном напряжении 10 и 100 В.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 118,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Омский государственный технический университет
Источник питания пирометра спектрального отношения
Д.Б. Пономарев
Аннотация
В статье показана необходимость оценки влияния напряжения источника питания на показания пирометра спектрального отношения реализованного на одном фотодиоде. Приведены расчетные зависимости сигнала пирометра на основе кремниевого фотодиода ФД-256 при обратном напряжении 10 и 100 В. Приведен расчет требуемой погрешности к источнику обратного напряжения, приложенного к фотодиоду. При требованиях к относительной погрешности измерения температуры в 1% в диапазоне 1000…2000 °С допустимая абсолютная погрешность напряжения обратного смещения на фотодиоде составила 0,6В.
Ключевые слова: погрешность, пирометр, источник питания, напряжение смещения.
В настоящее время пирометры спектрального отношения не смотря на сравнительно высокую стоимость широко используются для контроля температуры большого числа технологических процессов. По сравнению с радиационными и яркостными пирометрами их показания не зависят от коэффициента черноты, расстояния до объекта контроля и частичного перекрытия оптического канала. В этой связи актуальной является задача создания недорогих схемотехнических решений реализации пирометров спектрального отношения одновременно с уменьшением их погрешностей измерений как методической так и инструментальной.
В данной работе реализация пирометра спектрального отношения на одном кремниевом фотодиоде [1] осуществлена без применения выделяющих спектральные участки оптических фильтров. Работа одного фотодиода в двух спектральных диапазонах обеспечивается за счет изменений спектральной чувствительности фотодиода при переходе от фотодиодного режима работы с приложенным обратным напряжением к фотогальваническому в режиме короткого замыкания [2]. В связи с этим возникает необходимость оценки требований к источнику питания пирометра (рис.1а).
Рис.1. Функциональная схема пирометра спектрального отношения на одном фотодиоде: 1 - фотодиод; 2 - ключ; 3 - усилитель-преобразователь ток-напряжение; 4 - микропроцессор со встроенным АЦП; 5 - источник питания; 6 - индикатор.
В приведенной схеме нестабильность напряжения источника питания 5 оказывает влияние на изменение спектральной чувствительности фотодиода 1, обеспечиваемую обратным напряжением 15 В, что приводит к изменению фототока в фотодиодном режиме и в конечном итоге ошибке измерения температуры.
На рис. 2 приведены нормированные расчетные зависимости выходного сигнала пирометра на основе кремниевого фотодиода ФД-256 [3]. Выходной сигнал пирометра сформирован как:
где I1 - ток фотодиода в режиме короткого замыкания; I2 - ток фотодиода с обратным напряжением Upn равным 10 или 100 В. Зависимости фототока от температуры получены на основе характеристик спектральной чувствительности ФД-256 [2] и приведены в [3].
Рис. 2. Расчетные зависимости выходного сигнала пирометра на основе кремниевого фотодиода ФД-256 от температуры при обратном напряжении 10 и 100В.
На основе приведенных расчетных зависимостей определены требования к относительной погрешности измерения выходного сигнала дК при условии погрешности измерения температуры в 1% в диапазоне 1000…2000 °С. Она составила дК10 = 0,21…0,14% и дI100 = 0,36…0,29% при обратном напряжении 10 или 100 В соответственно.
Также на основе графика на рис. 2 получены уравнения зависимости выходного сигнала от величины приложенного обратного напряжения Upn при температурах объекта 1000…2000 °С:
Кнорм1000 = - 0,0034 Upn1000 + 1,0339 (1)
Кнорм2000 = - 0,0028 Upn2000 + 1,1603 (2)
При обратном напряжении Upn = 15 В относительной погрешности измерения выходного сигнала дК15 = 0,22 и 0,15% для 1000…2000 °С соответственно. Тогда в соответствии с (1),(2) величина требуемой абсолютной погрешности к источнику обратного напряжения составит Д Upn = 0,64…0,6 В соответственно.
Современные интегральные стабилизаторы обратного напряжения типа LM7915 [4] имеют типовую абсолютную погрешность регулирования ДU = 0,02 В (максимум 0.25В при максимальном токе) и температурную стабильность - 1 мВ/°С. Таким образом суммарная погрешность обратного напряжения в критических условиях работы устройства составит около ДUpn = 0,3В что соответствует требованиям предложенной схемы реализации пирометра спектрального отношения.
напряжение питание спектральный фотодиод
Библиографический список
1. Патент РФ №2485458, МКИ G 01 J 05/60. Пирометр спектрального отношения/В.А. Захаренко, Д.Г. Лобов, Д.Б. Пономарев, А.Г. Шкаев, заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет». № 2011149297/28; заявл. 02.12.2011; опубл. 20.06.2013 г, Бюл. №17.-4с.: ил.
2. Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения: Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов/ Ишанин Г. Г. [и др.] - СПб.: Политехника, 1991 - 240 с.
3. Захаренко В.А., Кликушин Ю.Н., Пономарев Д.Б. Фотодиодный пирометр спектрального отношения // Приборы. 2014. - №8. - С. 1-4
4. LM79XX Series 3-Terminal Negative Regulators. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7915.pdf (дата обращения: 02.09.2015).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Стабилизация среднего значения выходного напряжения вторичного источника питания. Минимальный коэффициент стабилизации напряжения. Компенсационный стабилизатор напряжения. Максимальный ток коллектора транзистора. Коэффициент сглаживающего фильтра.
контрольная работа [717,8 K], добавлен 19.12.2010Совмещение функций выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Разработка схемы электрической структурной источника питания. Понижающий трансформатор и выбор элементной базы блока питания. Расчет маломощного трансформатора.
курсовая работа [144,0 K], добавлен 16.07.2012Источник питания как устройство, предназначенное для снабжения аппаратуры электрической энергией. Преобразование переменного напряжения промышленной частоты в пульсирующее постоянное напряжение с помощью выпрямителей. Стабилизаторы постоянного напряжения.
реферат [1,4 M], добавлен 08.02.2013Понятие, назначение и классификация вторичных источников питания. Структурная и принципиальная схемы вторичного источника питания, работающего от сети постоянного тока и выдающего переменное напряжение на выходе. Расчет параметров источника питания.
курсовая работа [7,0 M], добавлен 28.01.2014Свойства и характеристики оптического излучения. Расчет потока излучения, падающего на фоточувствительный элемент. Расчет амплитуды переменной составляющей сигнала и величины постоянной составляющей тока на выходе. Расчет порога чувствительности.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 28.09.2011Рассмотрение разных вариантов схем источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. Выбор конструкции, расчёт реакции на изменение температуры и напряжения питания. Изучение основ измерения параметров устройств при технологическом уходе.
диссертация [2,2 M], добавлен 07.09.2015Принцип работы инверторного источника питания сварочной дуги, его достоинства и недостатки, схемы и конструкции. Эффективность эксплуатации инверторных источников питания с точки зрения энергосбережения. Элементная база выпрямителей с инвертором.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 28.11.2014Характеристика спектрального метода анализа сигналов, при помощи которого можно оценить спектральный состав сигнала, а также количественно выяснить его энергетические показатели. Корреляционный анализ сигнала для оценки прохождения сигнала через эфир.
курсовая работа [169,7 K], добавлен 17.07.2010Понятие и источники теплового излучения, его закономерности. Классификация пирометрических методов и приборов измерения температур. Устройство и принцип работы пирометра типа ОППИР-09, методика проведения его поверки, возможные поломки и их ремонт.
курсовая работа [794,4 K], добавлен 02.12.2012Классификация и модели тепловой дефектоскопии. Модель активного теплового контроля пассивных дефектов. Оптическая пирометрия. Приборы теплового контроля. Схемы яркостного визуального пирометра с исчезающей нитью. Пирометр спектральных отношений.
реферат [1,9 M], добавлен 15.01.2009Содержание закона излучения абсолютно черного тела. Общий вид постоянной Стефана-Больцмана. Изучение работы оптического пирометра ОППИР-017. Порядок вычисления интегральной степени черноты. Практический пример определения поглощательной способности тел.
лабораторная работа [166,7 K], добавлен 16.10.2013Оптимальные условия возбуждения эксиламп барьерного разряда. Рабочие среды и спектры их излучения. Принцип работы резонансного источника питания гармонического напряжения. Описание экспериментальной установки. Измерение мощности излучения эксилампы.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 08.10.2015Эффект Шпольского. Методы количественного анализа Факторы, влияющие на точность спектрального анализа. Физические процессы, обусловленные двухквантовыми реакциями. Спектрофлуориметрическая установка для спектральных и кинетических измерений.
курсовая работа [403,2 K], добавлен 06.04.2007Анализ принципа функционирования импульсных источников питания (ИИП), их основные параметры, характеристики и способы построения. Разновидности схемотехнических решений ИИП. Структурная и принципиальная схема. Виды входного и выходного напряжения ИИП.
научная работа [5,0 M], добавлен 01.03.2013Изучение спектров пропускания резонансных нейтронов проб урана различного обогащения. Устройство и принцип работы времяпролетного спектрометра на основе ускорителя электронов. Контроль изотопного состава урана путем нейтронного спектрального анализа.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.07.2015Выбор структурной схемы системы электропитания, марки кабеля и расчет параметров кабельной сети. Определение минимального и максимального напряжения на входе ИСН. Расчет силового ключа, схемы управления, устройства питания. Источник опорного напряжения.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.06.2011Усиление транзисторного каскада. Выбор транзистора, определение напряжения источника питания, расчет сопротивления резисторов и емкости конденсаторов. Определение максимальных амплитуд источников сигнала для неинвертирующего усилителя постоянного тока.
контрольная работа [58,2 K], добавлен 03.12.2011Влияние величины нагрузки на значение тока ударного, периодического, апериодического. Действие токов короткого замыкания (КЗ), их величина в зависимости от удаленности точки КЗ от источника питания. Особенности влияния синхронного компенсатора на токи КЗ.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 30.05.2012Преобразование энергии бета распада в электрическую энергию с использованием твердотельных полупроводников. Определение областей применения радиоизотопных источников питания. Обоснование и выбор оптимального по радиоактивности и геометрии радиоизотопа.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 20.05.2015Средства измерения температуры. Характеристики термоэлектрических преобразователей. Принцип работы пирометров спектрального отношения. Приборы измерения избыточного и абсолютного давления. Виды жидкостных, деформационных и электрических манометров.
учебное пособие [1,3 M], добавлен 18.05.2014
