Датчик температуры

 

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий прозрачную кювету, заполненную термочувствительной оптически . неоднородной смесью твердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температурньами коэффициентами показателей преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измеренияи упрощения технологии изготовления, жидкий компонент выполнен в виде азеотропной смеси органических жидкостей. tf i&, I fxmA E-St. 4 ai : rP-.v VK..J

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

„,SU„,„ l 045010

3(Я) С 01 К 11/12

f.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3386173/18-10 (22) 18 ° 01.82 (46) 30.09.83. Вюл. М 36 (72) Ю. P. Войцехов и М.М. Черняко ва, (53) 536.53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 278166, кл. G 01 К 11/12, 1969.

2. Патент Великобритании

В 1134027, кл. G 1 D, 1968 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий прозрачную кювету, заполненную термочувствительной оптически неоднородной смесью тВердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температурными коэффициентами показа-. телей преломления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения технологии изготовления, жидкий компонент выполнен в виде азеотропной смеси органических жидкостей.

1О 5О1О т

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температу ры и визуализации тепловых полей, в частности для измерения температуры узлов и блоков радиоэлектран- 5 ных устройств.

ИзвЕстен датчик температуры,. содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пленки на основе двухкомпонентной оптически неад- 1О народной смеси твердых веществ, показатели преломления которых зависят от длины волны падающего света, а температурные коэффициенты показателей преломления отличаются зна- 15 ком яли величиной (1).

Недостаток указанного датчика сложность подбора компонентов смес и с необходим ми те змооптическими параметрами для широкого диапазона я змеряемых темпе ра тур .

Наиболее близким по технической сущ»ости к предлагаемому является датчик температуры, содержащий прозраччую кювету, заполненную термочувствительнай оптически неоднородной смесью твердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температур- ными коэффициентами показателей преломления (2), Недостаток известного датчяка зак.-по. аетcc . в невысокой точности измерени температуры обусловлен35 занята ва здушной полостью (пузырем), специаль -c оставляемой для предохранения ат разрушения при перегревах (и".зи постепе»ном испарении жидкого компонента). Объем этого пуэы- 40 ря порядка 2-5Ú общего объема кюветы. Пря изготовлении изооптяческих плат (устройство для визуализации тепловых палей), имеющих большую плащ-;:.:;ü порядка 150х15О мм, объем такого пузыря достаточно велик. B обычных смесях жидкостей при прогреве датчика адин из компонентов (тот, у которого меньше теплота испарения) испаряется в газовый пузырь более интенсивно, что приводит к обеднению жидкой смеси этим компонентам, 8 связи с этим меняется покаУатель преломления жидкого компонента и сдвигается температурная характеристика датчика на вели55 чину до О, 9-1,? С. С другой стороны, после охлаждения и конденсации содержимого газового пузыря коэффициент преломления медленно возвращается к сваей первоначальной величи- 60 не (так как процесс диффуэ ии э атруд нен тем, что датчик заполнен порошком твердого компонента) .

Кроме того, приготовления растворовав двух и более веще=.тв с заранее 65 определечной дозировкой представляет собой черезвычайно сложную задачу,. так как ввиду летучести компонентов сразу после изготовления раствора последний начинает обедняться более летучим компонентом.

При герметизации датчиков (осуществляемой с применением нагрева) происходит дальнейшая деградация раствора. Эта приводит к тому, что партия устройств, изготовленная иэ одних и тех же компонентов, имеет разброс по начальной тачке температурного диапазона на 2-3 C и по ширине измеряемого диапазона да 1-2 С, Цель изобретения — повышение точности измерения температуры и упрощение технологии изготовления датчиков.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике температуры, содержащем прозрачную кювету, заполненную термачувствительной оптическя неоднородной смесью твердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателей преломления, жидкий компонент выполнен в виде аэеотропной смеси органических жидкостей.

Азеотропная смесь жидкостей да="ò пар того же состава, что и раствор, т.е. при испарении части жидкости в буферный пузырь равновесный состав жидкости практически не меняется. Б связи с этим процессы испарения,, конденсации и диффузии компонентов в датчике не влияют на показатель преломления жидкой смеси, так как конденсат и пар в пузыре имеет состав, аналогичный составу жидкой смеси.

На чертеже схематично изображен предлагаемый датчик.

Датчик температуры представляет собой прозрачную кювету, состоящую из стеклянных крышки 1 и дна 2, приваренных к металлической обечайке 3.

На дно 2 нанесено зеркальное покрытие 4. Кювета заполнеча изаоптяческой смесью, содержащеи твердый компонент 5 и жидкий компонент б, выполненный в ниде аэеатропной смеси органических жицкостей. Часть объема кюветы занята воздушным пузырем 7. Датчик устанавливается на объекте 8 при помощи клея либо теплопроводной пасты,например, КПТ)„

Аэеотропная смесь жидкостей может быть приготовлена по методу дистилляции в ректификационной колонке. Компоненты будущей азеатропной смеси (азеотропа) с некоторым избытком одного из компонентов заливают з колонку и доводят до кипения. Б зависимости ат типа азе1045010

Составитель В. Голубев

Редактор A. Лежнина Техред Ж. Кастелевич Корректор lO° . Макаренко

Заказ 7537/40 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 отропа последний появляется либо в дистилляте (отрицательный аэеотроп, у которого точка кипения ниже точки кипения компонентов), либо в кубе (положительный аэеотроп с точкой кипения .выше точки кипения компонентов) . Первую порцию дистиллята сливают (так как в ней сосредоточены летучие примеси), после чего процесс ведут, наблюдая эа температурой дистиллята либо кубового остатка (по термометру). Как только температура термометра перестанет меняться, слив дистиллята прекращают. Аналогично получают положительный азеотроп.

Показатель преломления приготовленной смеси измеряется с помощью рефрактометра и сравнивается с расчетным значением.

Азеотропную смесь кожно хранить и расфасовывать без каких-либо специальных камер и приспособлений, применяемых при работе с обычными растворами, так как состав смеси при ее испарении уже не меняется и с таким раствором можно работать как с индивидуальной жидкостью, что резко упрощает технологию изготовления датчиков и исключает разброс параметров готовых датчиков как по теьачературе начала диапазона измерения, так и его ширине.

В качестве примера .приведен датчик на основе азеотропной смеси для диапазона измерения 8,4-40ЪС, имеющий твердый компонент — стекло марки ЛФ-10 (показатель преломления п3 = 1,5480, дисперсияаРС =

119,5-10 ) . Фракция 60 мкм и жидкий компонент — аэеотропная смесь — в составе, Ъ: нитробенэол (C Н ХО ) 42, бенэиловый спирт (Сь Н О) остальное. Показатель преломления смеси и> = 1,5454, дисперсия и = 206 ° 10, температурный коэффициент преломления d> = 4,25к

«10

ДТ

Датчик работает, следующим образом.

10 Включают источник 9 света и направляют луч 10 белого света на крыаку 1. Пройдя слой смеси (5 и 6) и отразившись от зеркала 4,,луч повторно проходит слой смеси и выходит в виде цветного луча 11. Так как показатели преломления стеклянного порошка и смеси жидкостей (5 и 6), дисперсии показателя преломления и температурные зависимости показателей преломления выбраны таким образом, что при каждой заданной температуре сквозь датчик проходит луч определенного цвета (все остальные компоненты белого луча рассеиваются изооптической смесью), то при изменении температуры объекта 8 будет меняться цвет выходного луча 11, меняясь от красного (самая низкая температура, измеряемая датчиком) через все цвета спектра до фиолетового (максимальная температура). Длина волны прошедшега через датчик света (луч 11) может быть определена визуально или при помощи спектрального измеритель35 ного устройства 12. Измеряемая температура находится по температурноспектральной характеристике датчика.