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光电高温计的性能参数测试与评价

光电高温计的性能参数测试与评价

作者：盛山菊长春理工大学

学位级别：硕士

光电高温计作为非接触式测温的重要温度计之一,在国民经济建设、国防军事等领域都发挥着重要的作用。目前国内用于温标量传的光电高温计有RT9031和RT9032。RT9032是在RT9031的基础上研制的,被广泛应用于工业生产、制造业和科学研究等各... 详细信息

光电高温计作为非接触式测温的重要温度计之一,在国民经济建设、国防军事等领域都发挥着重要的作用。目前国内用于温标量传的光电高温计有RT9031和RT9032。RT9032是在RT9031的基础上研制的,被广泛应用于工业生产、制造业和科学研究等各个行业。但是随着国内标准高温计数量的增加,近年来测温过程中出现的问题也越来越多,主要问题有稳定性出现不明原因的超差、测温不一致、低量程下暗电流大等。为了解决上述问题本文从高温计的光路系统、电测仪表等方面做出了改进,从而提高其性能。通过主要性能参数评价高温计。具体开展的研究内容及主要研究成果如下:首先,测试了旧型的RT9032-50#光电高温计的主要性能参数,详细分析各个参数对高温计测温的影响,进行测温的稳定性以及不确定度分析。其次,基于旧型的RT9032-50#光电高温计的光路基础,通过ZEAMX软件分析了各部分镜头的成像性能,仿真了光电高温计的工作过程,分析了光电高温计存在的主要问题,从而改进了光电高温计的光路系统,提高了光电高温计的成像性能,有效减小了辐射源尺寸效应对高温计测温的影响。再次,由于光电高温计测温时需搭配一款电压测量和温度显示的仪表使用。针对RT9032系列标准辐射温度计设计了一款专用的电测显示仪表,解决了以往光电高温计需搭配其它数字表使用且操作不便的问题,实现了光电高温计快速准确测温。最后,将改进后的光电高温计和电测显示仪表搭配使用,编号为RT9032-51#,测试RT9032-51#光电高温计主要性能参数,对改进前后高温计的性能参数对比分析,进行评价。

关键词：光电高温计 ZEAMX仿真探测器能量分布电测显示仪表

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光电高温计内微电流探测器研制

光电高温计内微电流探测器研制

作者：张哲河北大学

学位级别：硕士

国际温标(ITS-90)定义了银固定点(961.78℃)以上的温度的标准测量仪器为光电高温计。目前中国计量科学研究院使用的温标传递的标准仪器为RT-9032型光电高温计。其辐射尺寸效应相对理想,对温标的复现性较高,但是测量准确度与其他国家标... 详细信息

国际温标(ITS-90)定义了银固定点(961.78℃)以上的温度的标准测量仪器为光电高温计。目前中国计量科学研究院使用的温标传递的标准仪器为RT-9032型光电高温计。其辐射尺寸效应相对理想,对温标的复现性较高,但是测量准确度与其他国家标准光电高温计仍存在差距。主要体现在其内部的微电流信号探测器性能差,对光电传感器输出的微弱电流检测精度低。本文从光电高温计内部传感器输出的微弱电流信号出发,提出了微弱电流探测器的设计指标。分析了常用的微弱电流检测电路的优缺点以及噪声来源,确定了微弱电流转换电压的电路设计方案,通过对电子电路中噪声的来源以及噪声的表征方法分析,确定了微弱电流探测器设计过程中的屏蔽方案与漏电保护PCB设计,完成了对探测器输出信号的调理。本文的创新成果如下:(1)针对被测量级在10A～10A的电流,设计了跨阻放大电路和档位切换电路,并完成了A/D转换电路与ARM控制电路的设计。(2)为减少探测器占用的空间并增加光电高温计的便携性,在ARM芯片中设计了用于代替模拟硬件电路的数字正交锁相放大器算法程序,并改进自适应滤波器代替数字正交锁相放大器内部的低通滤波器(LPF)。通过对比改进前后的输出曲线,表明经过改进的数字正交锁相放大器能有效的减少输出的波动。(3)为进一步验证放大电路的可行性,基于LabVIEW虚拟仪器开发平台设计了一套微弱信号的采集系统,用于对实际放大电路的输出信号采集,分析输入信号与输出信号的线性关系,并对其进行线性修正,以此来提高放大电路的线性度。对其进行了小信号输入输出测试和频率特性测试,实际的测试结果表明放大器能够无失真地放大低频微弱电流信号。

关键词：光电高温计微电流探测器数字正交锁相放大器 LabVIEW

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光电高温计的研究及性能测试

光电高温计的研究及性能测试

作者：刘巨芬中北大学

学位级别：硕士

非接触式测温通常被用于高温领域,光电高温计是一种精密型非接触式测温仪器,在实验中通常被用来传递温标。它是基于ITS-90国际温标来传递银固定点以上的温度,代表了国家的温度计量水平。本文主要围绕光电高温计展开研究。文章首先以热... 详细信息

非接触式测温通常被用于高温领域,光电高温计是一种精密型非接触式测温仪器,在实验中通常被用来传递温标。它是基于ITS-90国际温标来传递银固定点以上的温度,代表了国家的温度计量水平。本文主要围绕光电高温计展开研究。文章首先以热辐射为基础借助普朗克定律、维恩位移定律等,解释了能量的发射规律、黑体的定义、热辐射物理量的定义,通过这些热辐射定律从而分析波长与温度之间的关系。依据辐射测温的原理,接下来将光电高温计的组成结构分成各个模块,分别介绍每部分的工作原理、设计过程和实现的功能,其中光学系统模块用来接收黑体辐射源能量;光电转换功能由光电探测器模块来实现;微电流放大器模块解决实际电流太小,易被噪声淹没的问题并将电流放大;Lab View数据采集模块用来采集实验数据用于后期处理。其次对设计完成的光电高温计进行性能测试以确保其各部分指标都能达到标准范围,保证温度复现性良好。性能测试主要包括光电探测器光谱响应度的测量方法及结果、微电流放大器增益测试的方法及结果、光电高温计幅射源尺寸效应以及距离效应的测试等。最后将光电高温计应用于温标传递,温度的标定主要采取钨带灯的标定、金属固定点的标定以及TG炉的标定三种形式,以此来确定温度的不确定度。文中的光电高温计的测温范围在600～2200℃之间,各项性能显示其具有响应速度高,以及稳定性好、精确度高等特点。实验结果显示测温不确定度在0.4～1.7℃间符合高温复现标准。

关键词：光电高温计黑体辐射微电流放大器不确定度

0.9μm光电高温计应用单固定点延伸和多固定点内插的分度方法比较

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计量学报 2021年第8期42卷 1000-1005页

作者：刘晓英刘巨芬王景辉卢小丰中国计量科学研究院热工所北京100029 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

单固定点延伸和多固定点内插是光电高温计的两种常用分度方法。针对新研制的0.9μm光电高温计进行了这两种分度方法的比较研究。在500~1800℃测温范围内,利用高温黑体炉作比较源,在整百度点与标准光电高温计进行量值验证,结果表明这两... 详细信息

单固定点延伸和多固定点内插是光电高温计的两种常用分度方法。针对新研制的0.9μm光电高温计进行了这两种分度方法的比较研究。在500~1800℃测温范围内,利用高温黑体炉作比较源,在整百度点与标准光电高温计进行量值验证,结果表明这两种分度方法的温度示值一致性优于0.2℃,与标准值的误差最大不超过0.6℃。两种分度方法的不确定度分别评估为0.2~1.3℃和0.2~0.8℃,k=2。相对于必须测量高温计光谱响应度及其响应度非线性的单固定点延伸方法,多固定点内插法简单并易操作,且不确定度可保持较优水平。该方法无论作为光电高温计的出厂分度还是周期示值校准,均可为大多数温度校准实验室提供参考。

关键词：计量学分度法光电高温计单固定点延伸多固定点内插高温固定点不确定度

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快速精密直流光电高温计的研制

仪器仪表学报 1991年第2期12卷 113-120页

作者：冯思陈宏磐陈守仁刘希民哈尔滨工业大学山东建材学院

本文提出了一种新型快速精密直流光电高温计,其最快测温速度为1000次/秒,最小测量目标直径为2mm。它采用单光路,直流测量方案,检测元件采用硅光电二极管,数据采集处理系统采用MCS-51单片计算机,使高温计具有四个不同的测温速度,直接显... 详细信息

本文提出了一种新型快速精密直流光电高温计,其最快测温速度为1000次/秒,最小测量目标直径为2mm。它采用单光路,直流测量方案,检测元件采用硅光电二极管,数据采集处理系统采用MCS-51单片计算机,使高温计具有四个不同的测温速度,直接显示和打印温度值和采样点序号,调零显示和自动标定功能等。该高温计具有测量快速,目标小,精度高等特点,并且体积小,结构简单,使用方便,是一台通用的高温快速测温仪器。文中还对高温计的特殊电路和温度方程的建立进行了讨论。

关键词：光电高温计高温计研制

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新型精密光电高温计

计量学报 2003年第4期24卷 257-261页

作者：原遵东赵琪段宇宁王铁军常富元吴继彧中国计量科学研究院北京100013

根据温标传递的特点和需要,设计了新的精密光电高温计。该高温计测量黑体的光谱辐射亮度,结合有效波长原地测量技术,直接依据Planck辐射定律计算被测温度,具备单一参考点分度确定温标的技术能力。该高温计测温范围为800℃～2200℃,在小... 详细信息

根据温标传递的特点和需要,设计了新的精密光电高温计。该高温计测量黑体的光谱辐射亮度,结合有效波长原地测量技术,直接依据Planck辐射定律计算被测温度,具备单一参考点分度确定温标的技术能力。该高温计测温范围为800℃～2200℃,在小目标和窄谱带的测量条件下,具有分辨率高、辐射源尺寸影响小、自动化测量等特点。在900℃时温度分辨率为0 01℃。在800℃～2200℃温度范围内,置信水平为0 99时,扩展不确定度为1 0℃～2 4℃。结构参数和性能测试表明,精密光电高温计不仅适用于温度精密测量,而且可作为温标的传递标准。

关键词：计量学光电高温计国际温标传递标准不确定度

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应用于光电高温计的微电流放大器设计

电子元件与材料 2020年第10期39卷 70-76页

作者：刘巨芬李建民侯文卢小丰王高中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中国计量科学研究院北京102200

针对光电高温计中光电探测器检测到的电流为10-12~10-5 A,易被噪声淹没,且不利于后续电测仪表的读取,因此设计了一个可变增益的微电流放大器实现不同量程的微电流放大。其电路包含放大电路模块、量程选择模块、数字与模拟模块、电源模... 详细信息

针对光电高温计中光电探测器检测到的电流为10-12~10-5 A,易被噪声淹没,且不利于后续电测仪表的读取,因此设计了一个可变增益的微电流放大器实现不同量程的微电流放大。其电路包含放大电路模块、量程选择模块、数字与模拟模块、电源模块的设计。以ADA4530-1作为放大芯片,采用反馈运算的方法实现pA级的输入电流值的放大和电流-电压的转换,放大倍数为105~109,具有稳定性好、体积小、输入噪声低、偏置电流小等特点。将其应用在温度测量系统中,通过Sakuma-Hattori方程可得电流值所对应的温度,相关实验显示,使用该微电流放大器的光电高温计在600~2200℃的测温范围内不确定度为0.4~1.7℃,已接近国际最高水平。

关键词：微电流放大器光电高温计测温偏置电流不确定度