Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОНИ.docx
Скачиваний:
124
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
11.87 Mб
Скачать

Анализ температурных полей

Пирометрические методы находят все более широкое применение для получения видимого изображения и регистрации температурного поля по­верхности материальных объектов. Приборы для наблюдения и исследования объ­ектов по их тепловому излучению называются тепловизорами.

Первые приборы, разработанные для ночного видения, основанные на при­менении электронно-оптических методов усиления и визуализации фотоэлектро­нов, имели спектральный диапазон чувствительности до 1,3 мкм и позволяли наблюдать распределение температур только выше 400 °С.

Телевизионные приемные трубки - видиконы с фоторезистивным слоем из пленки оксида свинца или сульфида оксида свинца чувствительны к излучению до 2 мкм. Чувствительные телекамеры, снабженные такими видиконами, дают возможность определять температурное поле при температурах выше 250 °С.

Создание чувствительных приемников инфракрасного излучения, спектраль­ная чувствительность которых простирается далеко в инфракрасную область спектра, открыло широкие возможности для развития термографии и тепловиде­ния объектов с более низкими температурами. Применение в качестве приемни­ков излучения пироэлектрических элементов дает возможность получать ви­димое изображение температурного поля объектов с температурой от -20 до +2000 °С.

Телевизионные приемники инфракрасного излучения, в которых видикон выполнен со сканируемой поверхностью из пироэлектрического кристалла три-глицилсульфата, позволяют создавать чувствительные пироэлектрические тепло­визоры, известные под названием пиротронов, пироконов или видиконов пиро­электрических, которые обеспечивают прием инфракрасного излучения вплоть до 40 мкм.

Структур­ная схема тепловизора показана на рис. 29-2. Приемно-оптическая система 7, управ­ляемая сканирующей системой УСкС, производит обзор объекта и разлагает его изображение в ряд точек, излучение от ко­торых воспринимается приемником излучения 6, выходной сигнал которого подается на усилитель УВО. Сигналы с усилителя УВО и устройств развертки и синхронизации ГПН создают на экране электронно-лучевой трубки25 видимое изображение температурного поля поверхности исследуемого объекта.

Обзор происходит в пределах поля зрения, определяемого углами α и β, за время , называемое временем кадра. В качестве приемников излучения применяются фоторезисторы из антимонида индия, охлаждаемые жидким азотом до -196°С. Такие приемники имеют постоянную времени 1 мкс, что позволяет в зависимости от требуемого геометрического разрешения полу­чать кадры с частотой 0,5÷60 Гц. Низкая частота кадров пока ограничивает применение тепловизоров при исследовании динамики тепловых процессов и на­блюдении быстродвижущихся объектов.

Рис. 29-2. Структур­ная схема тепловизора, 1 – электронно-лучевая трубка; 2 – электронная пушка; 3 – вертикально отклоняющие пластины; 4 – горизонтально отклоняющие пластины; 5 - экран электронно-лучевой трубки; 6 - приемник излучения; 7 - приемно-оптическая система; УВО – усилитель вертикального отклонения луча; УГО – усилитель горизонтального отклонения луча; ГПН – генератор пилообразного напряжения; УСкС - управ­ляющая сканирующая система

Можно увеличить геометрическое раз­решение и частоту кадров применением нескольких приемников, соединенных в строку или детекторную матрицу.

Важной характеристикой тепловизоров является их порог чувствительно­сти - минимально определяемая разность температур ΔТмин на поверхности АЧТ (=1) с температурой 25°С, при которой отношение сигнала к собствен­ным шумам тепловизора должно быть равно 1. У серийно выпускаемых тепло­визоров ΔТмин = 0,1÷ 0,3 °С.

а)

б)

Рис. 29-3. Внешний вид тепловизора – а) и изображение температурных полей двигателя на экране тепловизора – б)

Для исследования температурных полей малых объектов разработаны тепловизорные микроскопы и микрорадиометры, применяемые, например, для ис­следования температурного поля микросхем с целью обнаружения скрытых де­фектов. В таких приборах используется микроскопная оптика с увеличением от 3 до 125. Известны микрорадиометры, имеющие пространственное разрешение 10 мкм и температурное разрешение ΔТ=0,06°С в диапазоне температур от -30 до +850°С.

Тепловидение и термография широко применяются при геологиче­ских и климатологических исследованиях земной поверхности, в медицинской практике для диагностики, в строительстве для проверки теплоизоляции зданий, для обнаружения мест перегрева в электрических цепях и у различного рода энергетического оборудования, для измерения механических напряжений и деформаций. Для температурного зондиро­вания атмосферы применяются спутниковые радиометры, а для поисков залежей полезных ископаемых - спектрорадиометры. Такие приборы обычно градуиру­ются непосредственно в единицах температуры или в единицах энергетической яркости.

Стробоскопический метод измерения угла опережения зажигания

Углом опережения зажигания (УОЗ) называется угол поворота коленчатого вала двигателя от момента подачи искры в цилиндр, до момента прихода поршня этого цилиндра в верхнюю мертвую точку.

Графически УОЗ представлен на рис. 29-4, в виде шкива 1 коленчатого вала двигателя с меткой 2. На рисунке метка 2 показана в тот момент, когда на свечу первого цилиндра двигателя подается высокое напряжение и между её электродами проскакивает искра. Здесь же показана метка 3 на блоке двигателя.

При совмещении метки 2 на шкиве 1 с меткой 3 на блоке двигателя поршень первого цилиндра приходит в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Тогда угол поворота Δколенчатого вала двигателя от момента искрообразования в его первом цилиндре до момента совмещения меток 2 (на шкиве) и 3 (на блоке) и есть угол опережения зажигания - УОЗ.

Рис. 29-4. Метки на шкиве и блоке двигателя автомобиля

Следовательно, для измерения УОЗ необходимо регистрировать два события: момент подачи искры в первый цилиндр двигателя и момент совмещения метки 2 на шкиве, с меткой 3 на блоке цилиндров.

Измерение УОЗ осуществляется при помощи стробоскопа. Стробоскоп – это электронный прибор с лампой – вспышкой, который позволяет наблюдать вращающиеся (движущиеся) детали в неподвижном состоянии в свете вспышек лампы.

Стробоскоп (рис. 29-5, а) подключается к автомобильной бортовой сети. Преобразователь напряжения ПНстробоскопа преобразует напряжение бортовой сети12В в высокое напряжении +400В, для питания лампы-вспышкиИСЛ, и низкое, +5В для питания электронных элементов стробоскопа.

элементов схемы.

Индуктивный датчик ИД стробоскопа устанавливается на высоковольтный провод свечи первого цилиндра.

Стробоскоп работает следующим образом. При работе двигателя и подаче высокого напряжения в его первый цилиндр индуктивный датчикИД преобразует его в электрический сигналUид(см. рис. 29-5, б).

Как известно, в момент времени tов первый цилиндр подается искра. Об этом свидетельствует резкое возрастание напряженияUид. Затем сигнал от индуктивного датчикаИДпоступает в фильтрФ, который отфильтровывает из него короткий максимальный импульс напряженияUфв момент времениtо. Этот импульс напряженияUфпоступает в формирователь стандартных импульсовФИ1. При поступлении короткого импульса от фильтра в формировательФИ1 на его выходе, в момент времениtовырабатывается один стандартный импульс заданной длительностифии амплитудыUимп.

Если кнопка Кн стробоскопа не нажата и находится в положении, показанном на рис. 29-5, а), то стандартные импульсы поступают через замкнутые контактыК1.1на стрелочный прибор стробоскопа. Каждый импульс отклоняет его стрелку. Чем чаще подается искра в первый цилиндр двигателя, тем чаще поступают импульсыUимпна стрелочный прибор и тем дальше отклоняется его стрелка. Таким образом, при данном положении кнопкиКнпереключателя стрелочный прибор показывает частоту вращения коленчатого вала двигателяnе. Чтобы измерить величину угла опережения зажигания, необходимо нажатием на кнопкуКнпереключить контакты переключателя так, чтобы контактК1.1разомкнулся, а контактК1.2замкнулся.

При измерении УОЗстандартные импульсы поступают на вход ждущего мультивибратораЖМВ, запуская его в момент времениtо, подачи искры в первый цилиндр. При этом ждущий мультивибраторЖМВоткрывается и на его выходе появляется напряжениеUим. Отличительной особенностью ждущего мультивибратораЖМВ является возможность регулирования длительности импульса на его выходе.

б)

Рис. 29-5 Структурная схема электронного стробоскопа для измерения угла опережения зажигания – а) и диаграммы его работы – б)

а)

Вращая переменный резистор Rр,оператор – диагност имеет возможность или увеличивать или уменьшать времяжмвдлительности импульса на выходеЖМВ.Это необходимо для того, чтобы управлять моментом вспышки лампыИСЛ.

Из схемы (рис. 29-5, а) видно, что импульсы от ждущего мультивибратора ЖМВ поступают в электронный ключ (электронный переключатель)ЭК. В исходном состоянии ключЭКзамыкает контакт 1 с контактом 3. При этом высокое напряжение +400В заряжает накопительный конденсаторС1. Падающий фронт импульсаЖМВ, в момент времениtо, переключает электронный ключЭКв положение, при котором контакт 1 замыкается с контактом 2, соединяя конденсатор С1с импульсной лампой – вспышкойИСЛ. Весь накопленный конденсаторомС1 заряд энергии поступает на лампуИСЛ, вызывая её короткую и очень яркую вспышку в момент времениt1.

Как уже было отмечено ранее, оператор - диагност имеет возможность изменять время жмвдлительности импульса на выходеЖМВ, вращая переменный резисторRр. Представим, что резистор Rрустановлен на самую малую длительность импульсажмв = 0. Тогда импульсная лампа - вспышкаИСЛбудет вспыхивать в момент времениt1, т.е. в момент подачи искры в первый цилиндр двигателя. Если при этом направить свет лампыИСЛна шкив коленчатого вала двигателя и метку на его блоке (рис. 29-4) то мы увидим в свете вспышек шкив 1 в неподвижном состоянии относительно метки 3 на блоке двигателя. Причем метка 2 на шкиве будет находиться в том положении, в котором находится коленчатый вал двигателя в момент подачи искры в первый цилиндр. Это положение обозначено на рис. 29-4. значком «молния».

Теперь немного повернем ручку резистора Rртак, чтобы длительность импульсажмв≠ 0. Следовательно, вспышки лампы ИСЛтеперь будут происходить с некоторой задержкой, поскольку от момента подачи искры в первый цилиндр в момент времениtои моментом времениt1 вспыхивания лампыИСЛбудет проходить некоторое время, равное длительности импульсажмв. За это время коленчатый вал успеет повернуться на некоторый угол и расстояние между метками 2 и 3 (рис. 29-4) уменьшится.

Таким образом, вращая ручку резистора Rрможно так изменить длительность импульсажмв, что вспышки импульсной лампы будут происходить в момент прихода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точкуВМТ.

При этом напряжение на выходе ЖМВ будет появляться в момент подачи искры в первый цилиндр двигателя, а снижаться до нуля - в момент прихода поршня первого цилиндра в ВМТ.

Другими словами, длительность жмвимпульса на выходеЖМВ будет пропорциональна величине угла опережения зажигания. Взгляните на схему (рис. 29-5, а). Кроме того, что эти импульсы поступают на электронный ключЭК, через замкнутый контактК1.2они поступают и на стрелочный прибор стробоскопа. Стрелка прибора отклоняется пропорционально временижмвдлительности импульсаЖМВи показываетвеличину угла опережения зажиганияΔкак угла поворота коленчатого вала от момента искрообразования в первом цилиндре до момента прихода его поршня вВМТ.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.