IT8149877A1 - Perfezionamento nei pirometri a raggi infrarossi a doppia lunghezza d'onda - Google Patents

Description

uKiaxuis.b;

:a corredo di una domanda di brevetto per invenzione ;avente per titolo:

j "Perfezionamento nei pirometri a raggi infrarossi?

a doppia lunghezza d'onda"

RIASSUNTO

E' descritto un pirometro a raggi infrarossi a due lunghezze d'onda il quale ? idoneo a controllare il rapido riscaldamento di*materiali per mezzo di laser ad onda continua oppure di fasci elettronici.

I raggi infrarossi irradiati dal materiale rio veng-ono suddivisi i-n due lunghezze d'onda strettamen

-te adiacenti e vengono ricavati i valori dei segi-na-l-iche rappresentano queste lunghezze d'onda. Tali valo ri dei segnali vengono quindi elaborati attraverso zO un circuito elettronico in cui il valore di uno dei segnali viene mantenuto sostanzialmente costante pe mezzo di un controllo a retroazione mentre l'altro valore ? influenzato approssimativamente dallo stesso controllo a retroazione applicato al primo valore del segnale ed in cui i risultanti valori dei segnali vengono quindi elaborati attraverso un mezzo generatore di rapporto per fornire il rapporto di un valore di isegnale diviso per l'altro. Questo ? quindi una mi-? Isura della temperatura del materiale. ! I DESCRIZIONE t Precedenti dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un pirometro a radiazione a doppia lunghezza d'onda a raggi infrarossi e concerne particolarmente ma non esclusivamente un pirometro a radiazione a raggi in-|frarossi che presenta un rapido tempo di risposta ed un ampio intervallo dinamico. Una particolare forma di realizzazione dell'invenzione trova applicazione nella misurazione dei rapidi aumenti di temperatura provocati dalla irradiazione di una superficie non.' un.fascio laser.

Descrizione della tecnica precedente

Finora, nella tecnica della misurazione delle temperature superficiali di corpi irradiati da laser oppure da altre sorgenti di energia come i fa? sci elettronici, si ? incontrato il problema di for-

L_nire uno strumento che avesse un tempo di risposta suificientemente rapido, in modo da seguire le variazioni di temperatura, oltre che un intervallo dinamico sufficientemente largo per coprire le temperature previste , da un valore dell'ordine di grandezza di 600?K t

a 3000 in un periodo di tempo di 100 ms. Si ? anche _incpntrato.__il_problema..di misurare questo .incremento di temperatura su una piccola area?.per.esempio del-_ l'ordine,di.grandezza. di_.1.mm. _ _

sizione dell'invenzione

. I Una forma di.realizzaziont? della..presente.'_ i invenzione_opera in_mo_dq da.coprire i summenzionati_'_ intervalli di temperatura e...n..el..ric-h.iesto p-eriodo di_f ' tempo e rivela anche questa variazione su un'area, approssimativamente di 1 mm.._ _ _

Le summenzionate caratteristiche di un desiderato pirometro sono state realizzate per mezzo di una forma di esecuzione che ricava il rapporto fra segnali derivati dai raggi infrarossi irradiati dal corpo su due lunghezze d'onda leggermente diverse._ Uno dei valori dei segnali viene mantenuto approssimativamente costante e l'altro valore di segnale viene influenzato sostanzialmente dallo stesso valore del controllo per mantenere approssimativamente costante detto primo valore di segnale. I due valori di segnali vengono quindi alimentati ad un mezzo g?- _ neratore di rapporto in cui preferibilmente uno dei valori di segnale e suddiviso per l'altro valore di, segnale? in modo da ottenere un valore di segnale^che ! rappresenta la temperatura. _ _]

1 La richiesta area di vista pu? essere con?frollata con noti mezzi ottici.

Pertanto, in conformit? ad un preferito ar spetto della presente invenzione, pu? essere fornito un perfezionato pirometro che utilizza una tecnica di misurazione a doppia lunghezza d'onda di una radiazione a raggi infrarossi, detto pirometro avendo un mezzo per misurare i raggi infrarossi irradiati da una superficie di un corpo su de lunghezze d'onda nella gamma infrarossa e per fornire rispettivi valori di segnali derivati da esse, un mezzo a circuito elettronico per mantenere il valore di uno dei segnali sp-'prossimativamente costante per mezzo di un controllo a retroazione che controlla uno di detti segnali per ,accertare un richiesto controllo a retroazione, detto mezzo circuitale influenza anche il valore dell'altro

_ !_segnale sostanzialmente con lo stesso controllo a retroazione, ed un mezzo generatore di rapporto per fornire il rapporto fra i due segnali in modo da rappresentare la temperatra della superficie del corpo Si preferisce in particolare che il mezzo !usato per misurare l'energia a raggi infrarossi irradiata dalla superficie del corpo sulle due lunghez? ze d'onda sia costituito da un singolo rivelatore.

Pi? preferibilmente, la radiazione a raggi infrarossi irradiata dalla superficie del corpo viene

I

[diretta su una rotella otturatrice rotante (thopper) Ohe presenta una serie di filtri ottici che successivamente servono per una lunghezza d'onda della radia-J

zione infrarossa irradiata e per 1(altra lunghezza r;,onda della radiazione infrarossa irradiata ed in cui un circuito generatore di segnali viene attivato quando ciascuno dei rispettivi filtri sulla rotella ottu? . . . J---?? ?

i

ratrice rotante viene inserito nel percorso del fascio della radiazione infrarossa in modo da attivare un circuito che serve per far passare i segnali rapi

p?resentativi della radiaz_ione infrarossa da una lun-? ? ghezza d'onda ad un circuito di filtro ed i segnali rappresentativi della radiazione infrarossa dell'al-|

[tra lunghezza d'onda ad un altro circuito di filtro, prima di essere ulteriormente elaborati da detto mezzo determinatore di rapporto.

Una rotella otturatrice rotante ? anche in?d usa nell'ambito dell'invenzione e, nel suo aspetto jpi? generale, essa pu? comprendere un corpo di rotelila otturatrice rotante con una pluralit? di filtri in-;corporati estendentesi circonferenzialmente, detti !filtri essendo alternati sequenzialmente per una lunghezza d'onda della radiazione infrarossa e per_una altra lunghezza d'onda della radiazione infrarossa, detti filtri essendo formati per deposizione sotto vuoto

Breve descrizione dei disegni

Allo scopo che l'invenzione possa essere pi? chiaramente compresa? preferite sue forme di realizzazione verranno ora descritte con riferimento ai disegni allegati in cui:

la figura 1 rappresenta uno schema di base

i del preferito pirometro,

! la figura 2 rappresenta una vista della faci

!eia di una rotella otturatrice rotante usata nella [preferita forma di realizzazione,

1

la figura 3 rappresenta uno schema circuij

?tale elettrico a blocchi del pirometro della figura

la -figura 4 rappresenta uno schema circui-! 1 ?tale dettagliato di una parte del ciicuito della figu-!ra 3? j la figura 5 rappresenta uno schema circuiitale dettagliato di un'altra parte del circuito rappresentato nella figura 3,

la figura 6 rappresenta uno schema circuiitale dettagliato di una ulteriore parte del circuito rappresentato nella figura 3?

la figura 7 rappresenta uno schema circui-'tale dettagliato ancora di una ulteriore parte del

I i

ti

^circuito rappresentato nella figura 3,

le figure 8a> 8b ed 8c rappresentano dia-?grammi di certi segnali sviluppati dentro il circuito ,de11a figura 3_,_ _

i

le figure 9 ew 10 rappresentano grafici dei ^risultati delle prove impiegando un prototipo del pi-1rometro

CONSIDER AZIONI INIZIALI

A: limitazioni della pirometria a singola lunghezza d'onda La dipendenza del segnale S di un pirometro a singola lunghezza d'onda dalla emissivit? spettrale ? e dalla temperatura assoluta T ? espressa sulla ba-'se della approssimazione di v&n da:

S ??,? ?e XPZ -C^/CA.!)^ _ __ (1) in cui A' rappresenta una costante dello strumento,

10^= 3,74x 10-16W'm2, rappresenta la lunghezza

jd'onda e = 1,44 x 10?2m K. Per la condizione ??

|stringente finora considerata, precisamente ?,= 0,05 e T = 600 K, la sensibilit? dei rivelatori di radia?zioni disponibili limita il valore di >\ approssima-,tivamente a 2 micron o pi?. Il limite inferiore di

12 micron ? preferibile poich? l'equazione (1) dimo

!stra che S(T) ? in quel caso meno sensibile alle incertezze di ?.

La sperimentazione sui pirometri a radiazione infrarossa a singola lunghezza d'onda dimostra che l'incertezza di T per T = 1200?K e di 320?K per l'alluminio. Perci?, la precisione con una misurazione a questa temperatura ? scarsa ed ha temperature maggiori la incertezza diventa maggiore. Il funzionamento a lunghezze d'onda pi? corte riduce il problerla alle temperature maggiori, ma la capacit? di misurare basse oppure anche intermedie temperature h quindi sacrificata. In esperimenti non di stato stazionario pi? comuni, per esempio quando una piastra metallica viene riscaldata a partire dalla temperatura ambiente fino ad una temperatura superiore alla temperatura di fusione, gli effetti di rapida ossidazinone e di fusione possono, per effetto delle va^ riazioni di far completamente fallire i tentativi ,di interpretare la traccia segnale-tempo e le incertezze istantanee di T possono qualche volta essere grandi .

B: Pirometria a loppia lunghezza d1onda

Si consideri ora un pirometro a doppia lunghezza d'onda operante per_A> _= 2>0 micron e =L 2^5 micron. Dalla equazione (1), il rapporto del segnale ;R ? dato da:

H _= S1/S2 - B(fcj ,_exp (-T/T) (2)

i

in cui T, = 1439?K e B ? una c-ostante dello strumento. La separazione delle lunghezze d'onda ? sufficiente ad assicurare che_R_sia.sensibile a T per T< 3000?K ma sufficientemente piccola per implicare una piox>-la incertezza di t^ 1/??-2-Le prove effettuate su un prototipo di pireometro a_radiazioneinfrarossa a doppiaJLunghezza d'onda in conformit? con la presente invenzione dimostrano che esso permette di realizzare una precisione migliore di quella di un dispositivo a singola lun?

Ughezza d'onda.

Oltre a fornire una perfezionata precisione* \assoluta, il pirometro a doppia lunghezza d'onda nisce misurazioni di temperatura relativa che proba < bilmente sono pi? accurate che non quelle di un di- ? spositivo a singola lunghezza d'onda. La ragione di ci? ? che, nella maggior parte dei casi, per un dato materiale varia soltanto di poco durante un periodo di riscaldamento anche se il suo valore assoluto pu? non essere accuratamente noto.

Descrizione della_prefer:ita forma di realizzazione

Con riferimento ora alla figura 1, la radiazione infrarossa dal campione 1 viene fatta passare con otturazione rotante per mezzo di filtri passa^Jbanda _ottici_su una rotella otturatrice rotante 3 .azionata da un motore M. I rispettivi filtri sono centrati a turno su 2,0 micron e su 2f5 micron e sono diretti su un singolo rivelatore 5* le uscite del rivelatore 5 sono elaborate elettronicamente per fornire !il richiesto valore del segnale di temperatura. Ino1-!tre, il mezzo elementare rivelatore 9 e l'associata sorgente di luce 11 sono disposti attraverso la roteljla otturatrice rotante 3 in modo da ottenere segnali di commutazione che lasciano selettivamente passare ?i rispettivi segnali dei valori dei filtri attraverso l'apparato elettronico quando la radiazione infrarossa passa attraverso i rispettivi filtri e viene rivelata dal rivelatore 5?

Il rivelatore 5 ? una cellula fotoconduttri-;ce a PbS con refrigeratore termoelettrico incorporajto (Opto Electronics Ine OTC-22-53)? L'area osserva-'ta del rivelatore 5 ? definita da una piccola apertura 15 in prossimit? della parte frontale dell'alloggiamento 17 del rivelatore 5 e dalla lente 19. Allo scopo di identificare l'area sul campione, una lampada rimovibile 21 viene collocata al didietro della apertura 15 attraverso una apertura 23 nell'alloggiamento 17. Cos?, la luce passante attraverso 1'apertura 15 e la lente 19 appare sul campione 1. ! Con riferimento ora alla figura 2, in essa ? rappresentata una preferita rotella otturatrice rotante 3 realizzata con vetro crown ed avente i filtri lottici ?. e?, deposti su di essa sotto vuoto. Questi Jfiltri_sono disposti in sequenza alternativa su ^ J(2?0jnicron) e su (2,5 micron) ed hanno una simmetria del sesto grado. Tutti i filtri presentano una larghezza in corrispondenza di una met? dell'altezza ,massima di 0,12 micron. Le aree opache 31 separano i rispettivi filtri?,.'-? Intorno alla periferia jdei filtri ^ e vi sono ulteriori aree opache 133. Le aree opache 31 e 33 vengono usate per fornire segnali di codice riguardanti quale dei filtri e A2 si trova davanti al rivelatore 5. Un piccolo motore M in corrente continua fa ruotare la rotella ottu-.ratrice rotante 3 a 5300 giri al minuto, per fornire ?cos? un tempo di ciclo di.confronto ?i 1>9 ms I filtri \ ^ e A?2 e le aree opache 31 e ? 33 sono realizzati per deposizione per mezzo di una nota tecnica diretta di deposizione sotto vuoto attraverso un conveniente mezzo a maschera.

Con riferimento ora alla figura 3? l'uscita di segnale dal rivelatore 5 viene fatta passare ad un preamplificatore 37 e quindi attraverso 1'am- ; plificatore 39 e poi attraverso un invertitore 41.

?- a- - *1.? ?~ ? t ? ?^.c-L^o gULI1Ui. -fatta passare ad un commutatore rivelatore 43 sensibile alla fase. Questo commutatore 43 viene controllato in modo da far passare i segnali di o di 5^ in corrispondenza alla radiazione infrarossa fatta pasjsare attraverso ? filtri A^ e A rispettivamente negli tubanti in cui tali filtri A 1 e A 2 si "trovano davanti al rivelatore 5. Questa commutazione viene controllata da una coppia di elementi rivelatori 9 j che presentano uscite che vengono decodificate da un decodificatore 45. I rispettivi valori dei -segnali e passano attraverso rispettivi filtri passa-? basso 47 e quindi raggiungono un mezzo generatore di rapporto 49 il quale divide per 5^. Un controllo a retroazione 51 ? fornito-e reagisce al segnale

|in modo da mantenere il valore del segnale approssimativamente costante durante tutta la misura.

Con riferimento ora alla figura 4> in essa h rappresentato lo schema circuitale dettagliato del rivelatore 5? del preamplificatore 37? dell'amplifijcatore 39 e dell'invertitore 41.

Il preamplificatore 37 presenta una caratteristica di frequenza crescente al disopra di circa 150 Hz per compensare la risposta decrescente del rivelatore 5 e per aumentare il margine di stabilit? del_controllo dirretroazione 51. Esso ? montato vicino al rivelatore 5 per ridurre la capacit? spuria e per ridurre al minimo la rivelazione delle radio frequenze. _Sia il preamplificatore 37 sia i successivi stadi di guadagno dell'amplificatore presentano attenuatori di ingresso elettronicamente variabili che utilizzano transistori ad effetto di campo FET 2N5638 con collegamento in derivazione; questi attenuatori permettono di misurare sorgenti molto calde senza SO-vraccarico per l'amplificatore 39?

La figura 5 rappresenta i diagrammi circu?tali dettagliati del commutatore 43? dei filtri passahasso 47 e del controllo a retroazione 51?

Un fissatore attivo 57 nel controllo a retroazione 51 viene usato allo scopo di ridurre il' tempo necessario per far stabilizzare il sistema qualora l'intensit? della sorgente dovesse inaspettatamente salire a partire da un basso valore.

Le uscite del commutatore rivelatore 43 sensibili alla fase sono elettricamente livellate per mezzo di identici filtri di commutazione passabasso 47, ciascuno avente una caratteristica di Bessel del quinto ordine con un ritardo di gruppo per frequenza zero di 5i4 ms.

La figura 6 rappresenta uno schema circu?-) tore 45? Il decodificatore utilizza invertitori 74C04 !

Hex Invertors e circuiti porta 74C02 Quad NOR e fornisce quattro linee logiche di uscita TA? TB, TC e TD [che raggiungono il commutatore 43?

La figura 7 rappresenta lo schema circuiiale dettagliato del divisore 49? Il rapporto dei due segnali e corrispondenti alle due lunghezze di onda A e viene determinato per mezzo di un circuito di divisione analogico classico basato su un circuito di calcolo AD533, si veda il catalogo Ahalog Devices Data Acquisition Products Catalogue (Analog Devices Ine. Norwood Mass. 1978) pagine 175-177?

Il segnale fornito in uscita dall'amplificatore 39 all'invertitore 41 ? tipicamente come quello rappresentato nella figura 8a eccetto per il fatito che un livello di tensione zero non ? noto quando ?

!gli amplificatori in esso esposti sono accoppiati in corrente alternata e l'informazione zero viene perduta. E' fondamentale che il valore di altezza esatto ' dei segnaliA , ?_?2 sia noto e questa non ? esattamente la misura dell'altezza dei segnali rappresentati. Allo scopo di risolvere questo problema? il segnale viene raddrizzato mediante inversione nell'invertitore 41? Le rispettive porzioni dei segnali vengono scelte_in risposta alla codificazione_ cos? come appare isui conduttori TA. TB? TC e TD dal decodificatore e come determinato dal funzionamento del commutatore i43-Ci?? a sua volta? fornisce il segnale di uscita S come rappresentato nella figura 8b -1 per ? 1

ed il segnale di uscita per come rappresentato nella figura 8c. Questi segnali vengono fatti passare a loro volta attraverso i rispettivi canali del filtro 47 che fornisce la media di questi segnali la qua-< le a sua volta rappresenta i valori corretti dei segnali e ? emessi dall'amplificatore 39?

Ritornando ora alla rotella otturatrice ro? tante 3 come rappresentato nella figura 2 ed al de-, codificatore 45 rappresentato nella figura 6, uno dei rivelatori 9 ed una corrispondente sorgente di luce LED sono allineati attraverso le aree opache 33 e l'altro rivelatore 9 e sorgente di luce LED sono allineati attraverso le altre aree opache 31* 1 rivelatori 9 sono in allineamento angolare intorno alla. rotella otturatrice rotante e sono disposti a 120? rispetto al rivelatore 5? Cos?? questi rivelatori 9 e 5 sono effettivamente allineati angolarmente con la configurazione dei filtri il rivelatore 9 emette segnali dipendenti dal fatto se essi sono ; sottoposti a ricevere luce dai rispettivi diodi emettitori di luce LED e questi segnali sono decodificati?_^ loro volta_come rappresentatojialla tabella di verit? della figura 6 per attivare il commutatore 43 e 11invertitore 41 nella maniera precedentemente descritta.

Come dimostrato nella appendice? le velocii 4 1 ;t? di riscaldamento superiori a 3 x 10 K/S possono esl

?sere permesse a 800K con il presente strumento e questo limite d<L velocit? ? proporzionale a T .

Le grandi variazioni di segnale? come menzionato nell'appendice? la velocit? di risposta del spirometro supera 3 x 10 K/s al disopra di circa 800?K. jLa risposta per piccoli segnali ? determinata dai filstri Bessel passabasso 47 che esistono allo scopo di jeliminare gli effetti di ondulazione. Una riduzione . . ? del tempo di risposta del pirometro sar?be possibile se la frequenza di otturazione rotante fosse aumenjtata? ma si dovrebbe quindi accettare un aumento deiila potenza efficace di rumore del rivelatore.

Un prot?tipo del pirometro ? stato sperimentato tarandolo contro una sorgente normalizzata come. jcorpo nero e fornendo i dati necessari per un micro-i [calcolatore per convertire la.tensione di uscita S1./1.S-2-lin una lettura di temperatura. E' stato constatato !che il rumore era eccessivo (pi? del dieci, percento ; idei segnale) al disotto di 600?K. Il pirometro ? sta-?

to usato con successo in una serie di misure in cui I

;piastre metalliche nude o verniciate sono state irradiate da un laser ad onda continua su 10,6 micron con densit? di potenza incidente di valore fino a 300 MW/m Alcuni esempi di queste misurazioni sono esposti nel seguito .

La figura 9 rappresenta la traccia segnale tempo e la corrispondente variazione temperatura-tempo quando il pirometro osservava la superficie di una piastra di acciaio inossidabile 304 nuda? spessore , 0,8 mm, con incidenza quasi normale. La variazione jdi temperatura era basata su 2:^/ ? ^ = 1?05+0,03? ed. il risultato di questa incertezza in ? ? indica-2-ta. Dopo l'avviamento, la irradiazione ? risultata ; costante a 130 MW/ra ed uniforme su un'area di 8 mm: x 8 mm. Poich? il diametro della macchia osservata era soltanto di 1 mm e si trovava nel centro dell'area irradiata, il trasferimento di calore era effettivamente monodimensionale. Un flusso di argo ad alta velocit? impediva l'ossidazione ed asportava la maggior parte della massa fusa prodotta. In assenza; !di ossidazione, l'indice di assorbimento era quasi ! costante. Queste condizioni facilitano un calcolo apjprossimato del comportamento della temperatura fino j

Ialla fusione, impiegando un valore d_i indice di as-_ t

|sorbimento (0,20) ottenuto per mezzo di una semplice !misurazione separata con 11uso di una piastra jnoIto pi? sottile con identiche condizioni superficiali._ Questa _piastra viene irradiata con bassa intensit? misurata? in modo tale che la differenza di temperatura fra la superficie frontale e la superficie posteriore fosse trascurabile. L'indice di assorbimento fu calcolato dalla variazione temperatura-tempo cos? come misurata per mezzo di una termocoppia sulla faccia posteriore. Come rappresentato i comportamenti previsti sono adattati dalla misura. La temperatura' inizialmente aumenta rapidamente, quindi con velocit? lineare pi? lenta di 6670?K/s fino a quando gli effetti della tensione superficiale nella massa fusa 'non resistono pi? alle forze aerodinamiche che tendono a rimuovere la massa fusa. La temperatura rag-' giunge un picco a 2100?K. Quando il procedimento di rimozione ? stabilizzato, una temperatura stazionaria approssimativamente di 1820?K esiste fino a quando si verifica la perforazione per bruciatura.

Il presente pi-rometro ? particolarmente .

! conveniente per misurazioni su alluminio nud? poich? il valore assoluto per la emissivit? dell'alluminio' dendo cos? inappropriata la pirometria singola lunghezza d'onda- ! _ _ La_figura _lO_rappresenta due tracce segnale-tempo di un pirometro? ciascuna per una piastra , di lega di alluminio 2024 nuda? con spessore 0,4 mm, 7irra7diat".a a 130 Mw/m2. Una piastra s'i trovava sotto?! argon in condizioni di riposo, e l'altra in aria in condizioni di riposo. Per quest'ultima piastra? la i1 ossidazione d "u.rante la irradiazione aumenta l'assonA bimento superficiale e perci? la velocit? di riscaldamento ? maggiore di quella della piastra in argon Poich? la massa fusa non veniva rimossa in questi esempi, il valore di T continuava ad aumentare molto al disopra della temperatura di fusione fino a quand il laser veniva spento. L'effetto del calore latente sulle velocit? di riscaldamento e di raffreddamento ? evidente.

Per tali sottili piastre di alluminio nude con intensit? incidenti al disotto di Mw/m , semplici calcoli (si veda W.W. Duley, CQ? Lasers: Effects. & Applications, Academic New York 1976 Capitolo 4) dimostraho che la differenza di temperatura fra la j superficie frontale e la superficie posteriore ? mol to piccola. In questo caso? la temperatura ottenuta1 icon il pirometro, supponendo =_1 yV/_>_ conooria

entro il yf> con i valori forniti dalle termocoppie

sulla faccia posteriore-APPENDICE RISPOSTA DI UNA MAGLIA DI CONTROLLO AUTOMATICO DI GUADAGNO A RAPIDE VARIAZIONI DI TEMPERATURA

Si ammetta che la tensione di uscita di un 'amplificatore che ? destinata ad essere tenuta costanite sia e si ammetta che il valore a cui essa deve

-essere mantenuta sia V_T- Si supponga che una qualsiasi

< differenza fra V e sia integrata con una costante

di tempo di^ secondi e che la uscita V dell'integra-,tore venga usata per controllare un amplificatore a

,controllo automatico di guadagno con una caratteri-:stica di controllo di K& dB/V. Quindi: CN ? cc < (dvc)/(dt) = '-(vo-vr)/T (3) ce ai c in cui t rappresenta il tempo. Il guadagno de11?1am- j plificatore pu? essere scritto:

i?

'V ^ ?SVo?Xp/ ln'0!/2C-/ (4)

xn cui? ?-? una certa costante, in modo tale che:

1 (d^J/Cdt) = (dAy)/(dVc). (dVc)/(dt) (5)

Z_^ _LL^a(-o Vrl

se V non varia, il segnale a singola lun- j

ghe.zza d'onda S (alla lunghezza d'onda associata a

!V ) soddisfer? la relazione SAy.- K (in cui K ? co

sxanxe;, vaie a m rei

'_(dS)/(_dt) = .-.(S/Ay)ldAv)/(dt) =_SZ Ka(Vo-Vr)ln10//(20>) (6)_

Per?, dalla equazione (l),

(ds)/(dT)_=J_C2S)/(A T2)__ (7)

Perci?, dalle equazioni [6) e i7.):

K V ln

a r

dT 3 V -V

T o r (8)

dt 20T c V

Inequazione (8) si riferisce alla velocit?

?di riscaldamento del campione con una precisione con

l

-cui Vo viene mantenuto al suo livello desiderato Vr :_

?dalla maglia di controllo automatico di guadagno. Il

|primo termine nella espressione per (dT)/(dt) ? in relazione al guadagno della magiia di controllo automatico,di guadagno,e non pu? essere aumentato indefinitamente senza incorrere in effetti di instabilit?.

Lo strumento descritto finora presela un valore di

circa 130 s?1 per questo termine e si ri?tiene che questo valore sar? rappresentativo . Il secondo termine

-4-1 v 3

presenta un valore di 1,7 x 10 K per *-\ = 2,5 mi-I

cron. Quindi, per strumenti simili al caso presente,

(dT)/(dt) = C-T (:?Vo-_- Vr)/vr_in cui C 40,02 K 1s-1

(9). L?equazione (9) prevede che soltanto lentissime velocit? di riscaldamento possono essere permesse con pirometri che utilizzano il principio del de-.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI

1. Perfezionato pirometro che utilizza una tecnica di misurazione a doppia lunghezza d'onda con infrarossa, detto pirometro avendo un mezzo p.er misurare la radiazione infrarossa irradiata da una superficie di un corpo su due lunghezze d'onda ; nella gamna infr.arossa. e per fornire rispettivi valor?i di segnali derivati da esse, un mezzo a circuito elet-!tronico per mantenere il valore di uno dei segnali ; japprossimativamente costante per mezzo di un controlilo a retroazione che controlla uno di detti segnali in modo da accertare un richiesto controllo'a retroazione, detto mezzo circuitale influenzando anche il valore dell'altro segnale sostanzialmente per mezzo dello stesso controllo a retroazione, ed un mezzo generatore di rapporto per fornire_il_rapporto fra i due segnali in modo da rappresentare la_temperatura della superficie del corpcij _ _ _

2. Pirometro secondo la rivendicazione 1, in cui detto_mezzo di misurazione della radiazione infrarossa irradiata dalla superficie del corpo ? un singolo_rivelatore_._

3. Pirometro secondo la rivendicazione 2, in cui detjto singolo rivelatore viene collocato al ? didietro di una rotella otturatrice girevole in modo -tale che la radiazione infrarossa irradiata dalla superficie del corpo e rivelata da detto rivelatore venga interrotta da mezzi di filtro su detta rotella otturatrice rotante dopo che detta rotella otturatrice & stata fatta ruotare ed in cui detti mezzi di filtro comprendono^ una serie di elementi di filtro intorno alla regione circonferenziale di detta rotella otturatrice rotante, detti elementi di filtro essendo disposti consecutivamente per una lunghezza d?onda della radiazione infrarossa e per l?altra lunghezza di onda della radiazione infrarossa.

4* Pirometro secondo la rivendicazione 3> in cui detta rotella otturatrice rotante pressrta anche una configurazione codificata di aree opache, una sorgente di luce ed un mezzo rivelatore per detta sorgente di lucei ed in cui detta sorgente di luce ? mon-'!; tata su un lato di detta rotella otturatrice rotante e detto mezzo rivelatore per detta sorgente di lice ? ?montato sull'altro lato di detta rotella otturatrice rotante in modo tale che detto mezzo rivelatore per detta sorgente di luce ricever? su di esso una conifigurazione di luce codificata a mano a mano che detta rotella otturatrice rotante viene fatta ruotare e generer? da essa segnali codificati? ed un mezzo per ;ricevere i segnali codificati che comprende un mezzo

?a circuito commutatabile collegato con detto mezzo rivelatore per ricevere detti segnali codificati e per !commutareri valori dei segnali generati dal singolo mezzo per ricevere la radiazione infrarossa irradia _ l a dalla superficie del corpo in modo da separare i ! i jvalori dei segnali suddividendoli xn segnali per una .lunghezza d'onda della radiazione infrarossa e segna-'li per l'altra lunghezza d'onda della radiazione in-;frar?ssa.

I

5. Pirometro secondo la rivendicazione 4?! !in cui detta configurazione codificata di aree opache viene espressa in due bande radialmente separate ed. in cui vi sono rispettive sorgenti di luce e mezzi rivolatori per dette sorgenti di luce per ciascuna banIficati comprende un decodificatore ed in cui detto decodificatore ? collegato con detto mezzo a circuito I

(commutabile? detto mezzo a circuito commutabile avendo i valori dei segnali generati dal singolo mezzo per ricevere la radiazione infrarossa irradiata dalla superficie del corpo che vengono fatti passare ad esso o cos? come sono generati oppure invertiti da un invertitore come determinato dai segnali codificati, in modo da ottenere valori di segnali raddrizzati a dopO !

jpia semionda che rappresentano la grandezza dei vaio- ^ ^ri dei segnali a partire da zero, in modo tale che, 1 <I Idopo filtrazione di questi r-i-s-pettivi valori della -n grandezza dei valori dei segnali dai rispettivi mezziB?S di filtro passabasso, i risultanti valori dei seg: cn saranno i valori dei segnali medi e rappresenteranno |la radiazione infrarossa ricevuta per le rispettive lunghezze d'onda.

6. Rotella otturatrice rotante per un pirometro a radiazione infrarossa che utilizza una tecni-|ca di misurazione a doppia lunghezza d'onda? detta' !rotella otturatrice rotante avendo una parte di corpo trasparente con una pluralit? di filtri per radiazione [infrarossa estendentesi circonferenzialmente , detti .

!filtri essendo alternati sequenzialmente per una lunghezza.d'onda della radiazione infrarossa e per una altra lunghezza d'onda della radiazione infrarossa ed in cui mezzi otticamente opachi si estendono fra i filtri adiacenti, ciascuno dei rispettivi filtri essendo stato realizzato per deposizione sul corpo per mezzo di una tecnica di deposizione sotto vuoto.

7. Roteilo otturatrice rotante secondo la rivendicazione 6, in cui la rotella otturatrice rotan te presenta una configurazione codificata di ulteriori aree opache, detta configurazione codificata essendo -allineatile con rispettivi filtri, in modo da permettere durante l'uso l'identificazione dei rispet* tivi filtri rispetto ad esse. .