[发明专利]热管型辐射温度计

说明书

本发明涉及一种作为辐射温度测量的热管型辐射温度计。

现有的辐射温度计不带有热管装置。辐射探测器、滤光片尤其是干涉滤光片和前置放大器是辐射温度计关键零部件，但它们极易受环境温度影响，造成辐射温度计的性能不稳定，使温度计的精度降低。由日本东京光学机械株式会社研制，经日本国家计量局测试认证可作为传递标准用的单色放射温度计，要求在恒温室里工作，并列出了温度系数。显然，这种仪表应用场合受到限制，只能在环境温度变化非常小的场合使用，并且仪表需要按温度系数进行环境温度修正，故仪表的精度提高也受限制。为了克服探测器受环境温度的影响，英国Land红外温度计公司生产的精密工业用单波段温度计及上海工业自动化仪表研究所的生产的WFH-602型红外温度计采用了温度补偿方案，即在前置放大器中安置了随环境温度变化的热敏电阻，以抵消探测器受环境温度影响所造成前置放大器输出的变化。上述两种方案存在不足之处：（a）都不能对干涉滤光片进行环境温度补偿，（b）在用热敏电阻进行环境温度补偿的方案中，由于辐射探测器和前置放大器随环境温度的变化是非线性的，且离散性很大，故用热敏电阻不能完全补偿这些器件的温度影响。意大利计量局研制的标准型辐射高温计，将探测器置于恒温器中，使探测器工作在恒温状态，而不受环境温度影响。这种补偿方案虽能提高研制仪表的精度，但仍不能消除滤光片受环境温度影响。

本发明目的是提供一种不受环境温度影响的高稳定性的热管型辐射温度计。

本发明的技术方案是将所有易受环境温度影响的元器件，包括辐射探测器，滤光片和前置放大器置于均热性极好的热管中，热管本身的温度由置于其中的铂热电阻进行检测，并由温控线路进行控制。这样，温度计中易受温度影响的器件与外界环境热管隔离了，从而消除了这些器件的环境温度影响。

本发明实施例结合附图作详细的说明。

图1为热管型辐射温度计原理结构图;

图2为热管温度控制线路图。

由图1所示，干涉滤光片29、探测器23、和前置放大器线路板21均安置在热管32内。来自被测目标的辐射穿过保护窗1，由物镜组3会聚，经孔径光栏7成象到通孔反光镜8上。该仪表是调焦的。图中2是调焦环;4是物镜座;5是仪表壳体;6是反光镜，它将由通孔反光镜8反射的来自被测目标周围的光反射到仪表的瞄准系统中去;9是转象镜;10是瞄准系统的镜筒;11是场镜;12是减光镜，当被测目标温度很高时，它可以减低因亮度太高而对眼睛的刺激;13是目镜;14是目镜调焦环，调节目镜用的，以使仪表适应不同的观察者;15是保护片，防止外来灰尘进入仪表;16为出瞳位置，人眼可以在出瞳位置观察到被测目标周围景象的正象。滤光片29前后装有透镜31和27，来自目标本身的辐射，经通孔反光镜上的通孔而进入热管，经聚光镜31后变成平行光，以适应干涉滤光片的要求。穿过干涉滤光片的平行光束由聚光镜27会聚到探测器上，探测器产生的电信号经前置放大器放大后作为仪表的输出，图中的17是调节杆，当被测温度很高时，用它将减光孔拨入光路以减少入射到探测器上的能量，这样可扩展仪表的测温范围。18是电气插座，19是仪表的后门，20是热管的保护盖，22为热管的支座，24和25为消杂散光光栏，26为锁紧螺钉，28为减光镜，用于当被测温度太高时衰减外来光，33为热管的保护外壳，在热管内装有测量热管温度的探测器30，它可用铂热电阻或热敏电阻或其它温度敏感元件。该探测器与一个温控线路相连接，温控线路如图2所示，Rt为铂热电阻，它与另外电阻R₁、R₂、R₃组成桥路，桥路输出经运算放大器A和晶体管D₁及D₂组成的电路与热管加热丝Rw连接。当热管温度偏离设定值时，桥路的偏差输出量改变，经运算放大器A放大再经晶体管D₁及D₂组成的电路进行电流转换后，流经热管加热丝Rw的电流改变，从而使热管温度维持在给定温度上，一般，热管的温度被控制在40℃±0.1℃之内。

由于采用本发明的技术方案，温度计的稳定性大为提高，4台定名为WFJ-01型高精度窄波段辐射温度计的热管型辐射温度计样机在金和铝定点炉上经中国计量科学研究院测试表明，在10～12天的间隔中两次测量值之间的变化最大为0.32℃，最小为0。该变化值已非常接近金和铝定点炉给出的温度不确定度（0.3℃）。这说明，这种温度计的稳定性是非常满意的。由于稳定性提高，仪表的精度也明显提高了，该仪表的精度达到了0.25～0.5%呔τ，τ为被测温度的开尔文值，这种温度计经中国有色金属总公司中南工业大学测试分析中心试用，效果良好。本发明的优点是稳定性好，精度高，仪表调试方面只需简单的电路控制热管的温度即可，不需要再对仪表进行环境温度修正。