Приложение H (справочное). Конструкция измерителя излучения

Приложение H
(справочное)

Конструкция измерителя излучения

Н.1 Основные конструктивные особенности измерителя излучения

На рисунке Н.1 показаны основные конструктивные особенности измерителя излучения.

1 - канал водяного охлаждения; 2 - колесо-прерыватель; 3 - тахометр колеса-прерывателя; 4 - двигатель колеса-прерывателя; 5 - камера для электрических соединений; 6 - розетка; 7 - вход продувки азотом; 8 - входное отверстие измерителя радиации ( 5,0 мм); 9 - интегрирующая позолоченная сфера (интегрирующая сфера); 10 - позолоченный радиационный экран ( 15 мм); 11 - окно пропуска излучения (Si) чувствительного датчика; 12 - датчик температуры радиационного измерителя; 13 - пироэлектрический датчик; 14 - выход охлаждающей воды; 15 - вход охлаждающей воды

Рисунок Н.1 - Конструктивные особенности измерителя излучения

Излучение поступает в радиометр через входное отверстие и отражается от внутренней поверхности интегрирующей сферы. Для того, чтобы на датчик не попадало прямое излучение, в центре встроенной сферы установлен горизонтальный позолоченный диск (затвор). Диаметр и толщина материала входного отверстия четко определены. Необходимо убедиться, что отверстие шара не повреждено. Внутренняя поверхность сферы и затенение из того же материала прошли пескоструйную обработку в соответствии с технической спецификацией и позолочены в процессе гальванического покрытия для диффузного отражения поступающего инфракрасного излучения. Излучение регистрируется пироэлектрическим детектором. Излучение, принимаемое пироэлектрическим детектором, регулярно прерывается колесом-прерывателем. Мощность детектора контролируется электроникой для обеспечения непрерывного сигнала в диапазоне от 0 до 10 В.

Н.2 Технический проект измерителя радиации

На рисунке Н.1 показана подходящая конструкция измерителя радиации. Измеритель радиации состоит из интегрирующей сферы, состоящей из четырех латунных пластин, свинченных вместе в единый блок. Сфера имеет позолоченный экран, предотвращающий прямое попадание на пироэлектрический датчик прямого излучения теплогенератора.

Измеритель радиации имеет водяное охлаждение для защиты электроники, детектора и колеса-прерывателя. Температура этих частей должна поддерживаться на уровне (20 0,5) °С. Корпус измерителя радиации снабжен внутренними каналами для водяного охлаждения. Температура радиометра контролируется датчиком Pt100, расположенным рядом с зондом, с хорошей передачей тепла корпусу радиометра.

Внутренние части интегрирующей сферы должны постоянно продуваться азотом (99,9 % N ₂) через внутренние отверстия с расходом примерно 25 л/ч в процессе измерения и калибровки для предотвращения попадания продуктов сгорания, пыли и конденсата на поверхность сферы и т.п.

Н.3 Пироэлектрический детектор

Пироэлектрический детектор (LiTaO ₃) должен использоваться вместе с подходящим окном для пропускания излучения (окном из Si с защитным слоем) со спектральным диапазоном от 0,8 до 20 мкм. Пироэлектрический детектор используется в режиме напряжения. В этом режиме чувствительность детектора зависит от частоты вращения колеса прерывателя. Детектор обычно можно использовать в диапазоне частот от 30 до 4 кГц с положительной полярностью (мощность положительного сигнала увеличивается с увеличением освещенности). Для обеспечения точности диапазон частот должен находиться в пределах от 30 до 220 Гц, но желательно, чтобы он был как можно ниже. Частота, на которой колесо-прерыватель прерывает падающее излучение, должна быть отрегулирована таким образом, чтобы она не была кратна 50. Это необходимо для правильной работы усилителя с учетом частоты сетевого питания.

Чувствительность детектора может быть изменена частотой вращения колеса-прерывателя. Частота должна быть как можно более постоянной из-за влияния частоты колеса-прерывателя на выходной сигнал.

Установка и использование извещателя должны быть выполнены в соответствии с инструкцией по установке. Вся электропроводка должна быть защищена от электромагнитных помех.

Н.4 Интегрирующая сфера

Н.4.1 Общие положения

Для правильного обнаружения падающего излучения от устройств с разным размером и распределением температуры интегрирующая сфера должна иметь угловую чувствительность, очень близкую к свойству идеального косинуса закона косинуса Ламберта в диапазоне от 0,8 до 20 мкм. Это достигается соблюдением спецификаций, размеров и допусков, приведенных на рисунке Н.2 ¹⁾ и в последующем описании.

-----------------------------

¹⁾_{Характеристики поверхности и покрытия интегрирующей сферы с ее затемнением, а также размеры, положения и допуски, включая связанные с этим процесс изготовления и гальванического покрытия для обеспечения диффузного отражения и угловую чувствительность, близкую к закону идеального косинуса для инфракрасных излучателей, были разработаны в рамках исследовательского проекта РТВ (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) в 2015/2016 гг.}

-----------------------------

Н.4.2 Размеры интегрирующей сферы

K = 5 Н7 мм; L = 5 Н7 мм; М = (0,2 0,01) мм; N = (1,0 0,01) мм; Р = 8,0 мм; R = 20 (+ 0/- 0,01) мм; S = 19,44 мм; T = 14,92 мм; V = 22°  0,1°; W = 6,52 мм; X = 120° 1°; Y = 3,0 мм; Z = 10,0 мм

Рисунок Н.2 - Размеры и допуски интегрированной сферы

Н.4.3 Поверхность интегрирующей сферы

Для достижения как можно большего, 100 %-ного, рассеянного отражения падающего излучения все внутренние поверхности интегрирующей сферы, включая затенение и затеняющие ножки, должны быть обработаны следующим образом:

a) все упомянутые поверхности должны быть сначала изготовлены с шероховатостью поверхности Rz 6,3;

b) на следующем этапе поверхности подвергаются пескоструйной обработке до Rz 60 корундом 650-800 мкм. Процесс пескоструйной обработки должен быть однородным;

c) следующим шагом является электролитическое покрытие [(8 1) мкм] никелем (Ni);

d) заключительный этап - электролитическое покрытие 2-3 мкм золотом (Au) 24 карата;

e) при окончательном контроле необходимо проверить, однородна ли шероховатость поверхности и находится ли она в пределах Rz 50-60 мкм.

К оцинкованным поверхностям нельзя прикасаться руками. Это разрушает свойства поверхности. Если требуется очистка, это должно быть сделано путем промывки пропанолом.

Н.4.4 Испытание на угловую чувствительность интегрирующей сферы

Прежде чем использовать для тестирования лучистых обогревателей, готовую интегрирующую сферу необходимо проверить на угловую чувствительность к входящему излучению в диапазоне от 0,8 до 20 мкм, чтобы продемонстрировать, что она обеспечивает почти косинусоидальный сигнал для детектора. Это должно быть продемонстрировано отчетом об испытаниях, в котором фактический сигнал интегрирующей сферы сравнивается с идеальным сигналом в соответствии со свойством закона косинуса Ламберта. Из-за толщины стенки входного отверстия сферы 0,2 мм для определения фактического теоретического сигнала требуется небольшая зависящая от угла коррекция закона косинуса Ламберта. Эта поправка может быть определена математически на основе размеров конструкции на рисунке Н.2. Для этого инфракрасный излучатель, генерирующий инфракрасный сигнал от 0,8 до 20 мкм, должен перемещаться полукругами от 0° до 180° по двум ортогональным осям перед отверстием интегрирующей сферы. Измеряемые сигналы должны приблизительно соответствовать идеальной косинусоидальной кривой.

Отчет об испытаниях должен состоять из таблицы с результатами измерений и графика, показывающего фактическую кривую в сравнении со свойством закона косинуса Ламберта. Фактические сигналы должны удовлетворять требованию, чтобы коэффициент детерминации R2 был не ниже 0,94. В отчете об испытаниях указан несмываемый номер на интегрирующей сфере.

Рисунок Н.3 - Результаты измерения угловой чувствительности или интегрирующая сфера (образец)

Пространство под интегрирующей сферой, где расположены колесо-прерыватель и датчик, должно состоять из окрашенных в черный цвет неотражающих поверхностей с коэффициентом излучения более 0,98.