CC BY
13
УДК 681.7.069
Б Л. Захаренко, V.A. Zakharenko, e-mail: [email protected] Л.Г. Шкаев, AG. Shkayev, e-mail: Shkin [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИЕМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ П POEKTI IP О В АН1П1 ПИРОМЕТРОВ
RATIONALE FOR SELECTION OF RADIATION IN DESIGN PYROMETER
Изложена методика обоснования выбора приёмников излучения для разработчиков пирометрических приборов. Приведены результаты расчётов коэффициентов использования для приёмников излучения различного типа.
The technique justify the selection of detectors for developers pynnnebic devices. The calculation results of the utilization factors for different types of radiation detectors.
Ключевые слова: пирометр, приёмник излучения, спектральная характеристика, тепловой контроль, коэффициент использования
Index terms:pyrometer radiation detector spectral response, thermal control, the utilization rate
Задачи проектирования приборов бесконтактного теплового контроля (пирометров) требуют обоснования выбора приёмника теплового излучения. Приёмники излучения (ПИ), преобразуюшне тепловое излучение, как привило, в диапазоне 0,4 - 14,0 мкм в электрические сигналы являются основныъш элементами, определяющими технические хараетеристики пирометрических приборов. Отечественная и зарубежная промышленности в настоящее время для различных областей применения выпускает такие ПИ с различными техническими характеристиками. функционирующими на основе различных физических принципов. К ПИ. получившим наибольшее применение в пирометрических средствах, относятся фоторезисторы
32
н фотодиоды: в основу работы которых положен внутренний фотоэффект в полупроводниковых материалах. Широкое применение имеют также тепловые приемники на основе термоэлектрического эффекта и на основе пироэлектрического и болометрического эффектов.
В связи с тем, что приёмники излучения по спектральной чувствительности отличаются друг от друга., при этом в различных условиях теплового контроля (ТК) спектральный состав излучения контролируемых поверхностей также изменяется, в работе предлагается обоснование выбора ПИ проводить по расчетным зависимостям коэффициентов использования. Коэффициенты использования рассчитываются по паспортным данным для ПИ различного типа и излучениям поверхностей контроля, имеющим различную температуру, при допущении. что функция спектральной плотности излучения поверхности ТК соответствует закону Планка В таких расчетах необходимо учитывать что паспортные данные об интегральной и спектральной характеристиках ПИ приводятся для приемников различного типа по различным температурам излучающих полостей моделей АЧТ.
Коэффициент использования определяется зависимостью [1,2]
го
* = -, (1)
о
где Ф(Х) - функпия, описывающая распределение падающего на ПИ потока от длины волны, при заданной температуре контролируемой поверхности; ,5(Л) - спектральная характеристика чувствительности ПИ.
Таким образом, этот коэффициент показывает, какая доля потока излучения, попадающего на ПИ, соответствует его спектральной чувствительности и, следовательно, преобразовывается в выходной сигнал.
Если функция Ф(/-) может быть в соответствии с законом Планка задана аналитически и рассчитана в соответствии с приведенным уравнением, то спектральные характеристики ПИ производителем задаются графически в относительных единицах, приведенные к -максимуму спектральной чувствительности.
В этой связи коэффициент использования по выражению (1) можно найти методом графического или численного интегрирования [2].
Тогда, в соответствии с методикой расчетов, представленной в [3], задаваясь постоянным по спектру шагом интегрирования А/", и заменяя интегралы знаками суммы, расчетная формула представится в виде
¿ж)-ад
" ^ .'-►Г_ _ 1-Я__{1\
л» ~ т ? У*'
длу><Л> ХХА)
т-1 г-1
здесь >'(Л) и ,5(Я>) - значения функций в г-м интервале спектрального диапазона.
Рассчитанные по представленной методике в программной среде МаЙ1Сас1 зависимости коэффициентов использования для различного типа некоторых видов ПИ от изменения температуры поверхности ОК, приведены на рисунке.
Приведенные на рисунке зависимости позволяют сделать выводы о том, что наиболее эффективными для задач ТК по излучению в диапазоне температур 100 - 3000 "С являются фоторезисторы на основе РЬЭе и РЬЗ. Тепловые приемники целесообразно применять в средствах ТК на диапазон контролируемых температур (0 - 300) °С, а фотодиодные ПИ со спектральной чувствительностью в световом диапазоне будут эффективны для контроля температур более 1000 °С. Полученные зависимости могут быть полезными для обоснования выбора типа ПИ при проектировании пирометрических приборов различного назначения.
ЫЯЖА)
11П 111 | :■■ | Т 511(1 ?1П1 111 1= "
I. К
Рнс. 1. Изменения коэффициентов использования для ГШ ра¡личного типа
Библиографический список
1. Источники и приемники излучения: учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов / Г.Г_ Ишанин, Э.Д. Панков, А. Л. Андреев, Г.В. Польщиков [Текст] / -СПб.: Политехника, 1991. - 240 с.
2. Павлов А.В Оптико-электронные приборы. -М : Энергия, 1974. - 360 с.
3. Захаренхо В.А. Расчет и проектирование оптико-электронных приборов / В.А За-харенко, Т.П. Колесникова, А Г. Шкаев: учеб. пособие -Омск : ОмГТУ, 2002.-68 с.
