以下是:PH126171隔離配電器的產(chǎn)品參數(shù)
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3 討論
3·1 基于探測器的相對(duì)測溫靈敏度的考慮
待測溫度每變化1 K時(shí),號(hào)電平的變化量(本文即P1或P2的變化量)稱為系統(tǒng)的溫度靈敏度S[8,9]。即
不失一般性,同時(shí)也為簡單起見,以反射鏡不起作用時(shí)的情況(P1)為例進(jìn)行討論。此時(shí)探測器輸出的電號(hào)的強(qiáng)度V(T)可寫成[8,9]
由式(12)作出的Sr~λT曲線如圖3所示。由圖3可以導(dǎo)出,在λT=2 898μm·K附近,系統(tǒng)正好工作在Sr~λT曲線的峰值區(qū)域。這就是說,對(duì)PIN硅光電二極管而言,只要待測溫度不高于T≈2 898/1·1=2 634 K,探測器的輸出號(hào)就處于靈敏區(qū)域。亦即,只要被測溫度有小的變動(dòng),就能引起Sr較大的變化。顯見,采用PIN硅光電二極管作光接收器件,肯定能滿足測溫范圍的高溫段對(duì)測溫靈敏度的要求。
3·2 基于探測器的溫度分辨率的考慮
據(jù)式(1),在極窄的波段內(nèi),當(dāng)待測溫度改變?chǔ)時(shí),容易導(dǎo)出系統(tǒng)接收到的輻射能的變化時(shí),才能引起探測器的響應(yīng)。式中,VS/VN為噪比,在推算系統(tǒng)的溫度分辨率時(shí),取VS/VN=1;Δf為后續(xù)的選頻放大器的帶寬。將式(6)、式(13)、式(14)及式(15)代入式(16)中,并考慮極限情況,可以導(dǎo)出
上式中的ΔT即為探頭的溫度分辨率。
下面進(jìn)行定量分析。對(duì)于實(shí)際的測量環(huán)境,取大氣的衰減系數(shù)τ0=0·85,光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光的總透過率τλ=0·50,調(diào)制盤的調(diào)制系數(shù)η=0·80、PIN光電二極管的探測率D*=5·0×1012cm·Hz1/2·W-1、靈敏元面積A=5 mm×5 mm[10],選頻放大器的帶寬Δf=10Hz,光學(xué)系統(tǒng)的焦距f′=15 cm,通光口徑D=10 cm。為分析上的方便,同時(shí)也不失一般性,取ελ=0·50、Δλ=20 nm代入計(jì)算。在不同的待測溫度下,由式(17)作出的探測器的溫度分辨率隨波長的變化曲線,如圖4所示。
由圖4顯見:(1)探測器的溫度分辨率隨系統(tǒng)工作波長的增加而變高。例如,對(duì)于T=773 K而言,λ=0·60μm時(shí),系統(tǒng)的溫度分辨力ΔT=1·662 K,顯然不符合要求。但當(dāng)λ=0·80μm時(shí),ΔT=0·004 K,顯然符合要求;(2)當(dāng)待測溫度足夠高時(shí),例如待測溫度T=923 K,λ≥0·70μm的波長都能滿足要求。
3·3 基于抑制光路中選擇性吸收氣體吸收影響的考慮
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按3·1節(jié)要求,系統(tǒng)的工作波長越短,則測量的上限溫度就越高;而按3·2節(jié)要求,系統(tǒng)的工作波長越長,則測量較低的高溫時(shí)其溫度分辨率就越高,因此二者之間必然有一個(gè)折衷。一般情況下,進(jìn)入光路中的粉塵、水蒸汽以及其它一些選擇性吸收氣體如二氧化碳等,都會(huì)成為外界干擾而影響到儀器的測溫精度。圖5給出了在0·6~3·0μm內(nèi)海平面300 m長度的路徑上大氣的透射光譜曲線[11]。結(jié)合圖5,考慮到前面得出的結(jié)論和PIN硅光電二極管的小可探測光功率及后面關(guān)于測溫精度的分析與討論,本文取系統(tǒng)的工作波長λ1=0·8μm。
順便提及,λ1=0·8μm既符合本儀器的測溫下限T=600 K處的PIN硅光電二極管的小可探測光功率要求,又滿足采用16位A/D轉(zhuǎn)換器件時(shí)的二次儀表測溫靈敏度的要求。進(jìn)一步的研究還表明,它還能使發(fā)射率的測量精度達(dá)到優(yōu)。
3·4 基于系統(tǒng)抗反射輻射能力的考慮與波長帶寬的優(yōu)化選擇
探測器接收到的來自待測目標(biāo)方向的紅外輻射,由待測表面自身的輻射和待測表面對(duì)周圍環(huán)境輻射的反射這兩部分組成。為討論上的方便,將待測表面的溫度記為T0。其輻射出射度可寫成
使用前面給出的參數(shù)值,利用式(1)及式(21),在T0=900 K、Ts=800 K的情況下作出的測溫不確定度隨波長帶寬的變化曲線,如圖6所示。
由圖6顯見,當(dāng)Δλ≤20 nm時(shí),Ts=800 K的背景輻射對(duì)測溫精度幾乎不產(chǎn)生什么影響(由背景輻射帶來的測溫不確定度僅為0·01%)。但當(dāng)Δλ>20nm時(shí),影響漸增。研究還表明,在更高溫度的背景輻射下,產(chǎn)生可觀測影響的波長帶寬的起點(diǎn)值變小,且隨著波長帶寬的增加,這種影響變得更明顯。結(jié)合本節(jié)的分析結(jié)果和探測器件的小可探測光功率要求,本文選擇Δλ=20 nm作為系統(tǒng)的波長帶寬。
3·5 測量精度
ελ的標(biāo)準(zhǔn)差極大地影響系統(tǒng)的測溫標(biāo)準(zhǔn)差。由誤差傳遞公式[10],容易導(dǎo)出ελ的標(biāo)準(zhǔn)差
顯見,波長越短,系統(tǒng)的測溫標(biāo)準(zhǔn)差就越小,這是本儀器采用近紅外波長作為工作波長的重要原因之一。使用3·2節(jié)中給出的技術(shù)參數(shù),以45#鋼作為測量對(duì)象,并取γ1=0·75、β=0·60。在測量距離約1 m的情況下,所得P1、P2的相對(duì)測量不確定度的典型值為|ΔP1/P1|≈|ΔP2/P2|≈0·5%。由式(19)、式(20)容易算出σελ≈1·7×10-2;對(duì)900 K的待測表面而言,計(jì)算可得σT≈1·19 K;σTT≈1·32%,這是比較的。
4 結(jié) 論
本文在研究探頭的溫度分辨率和儀器的相對(duì)溫度靈敏度的基礎(chǔ)上,結(jié)合光路中選擇性吸收氣體吸收影響的抑制以及考慮探測器的小可探測光功率,研究了儀器工作波長與波長帶寬的選取。得出實(shí)際測溫系統(tǒng)的波長及波長帶寬分別為λ1=0·8μm、Δλ=20 nm時(shí),系統(tǒng)的測溫精度優(yōu)于0·3%,其測溫靈敏度也滿足實(shí)際需要,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
直流號(hào)隔離器 [1] 首先將變送器或儀表的號(hào)，通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的號(hào)、電源、地之間獨(dú)立。
中文名 直流號(hào)隔離器 外文名 Dc signal isolator 類 別 隔離器 功 能 號(hào)、電源、地之間獨(dú)立 中介設(shè)備 光感或磁感器 領(lǐng) 域 工程技術(shù) 學(xué) 科 電力工程
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