Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее источник излучения , делитель, опорный и измерительный каналы, исследуемый объект, чувствительный элемент, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и регистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения в область сверхнизких температур, в него введен электромагнит, причем чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего резонансные к излучению ядра, в качестве источника излучения использован источник гамма-излучения, a чувствительный элемент размерен меязду полюсами элект-g ромагнита. ko 00 со

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (И) 3(59 С 01 К 1I/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1ЪСУДАРСТВЕВКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3524294/78-25 (22) 20. 10 ..82 (46) 30..08.84. Бюп. У 32 (72) В.Г.Барышевский, В.А.Евдокимов, Ю.Г.Кононов и M.Г.Лившиц (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 621.386(088.8) (56) 1. Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже

1К. M., "Мир", 1977, с. 235-237.

2. Авторское свидетельство СССР

У 838422, кл. С 01 К 11/12, 1977

{прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее источник излучения, делитель, опорный и измерительный каналы, исследуемый объект, чувствительный элемен i, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и регистратор, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения в область сверхнизких температур, в него введен электромагнит, причем чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего резонансные к излучению ядра, в качестве источника излучения использован источник гамма-излучения, а чувствительный элемент размеп1ен между полюсами элект-Я ромагнита.

1 111103

Изобретение относится к техничес.— кой физике и может быть использовано при измерениях сверхнизких температур.

Известно устройство для измерения температуры ниже 1К, содержащее ис точник мессбауэровского излучения, чувствительный элемент, находящийся в тепловом контакте с объектом, температуру которого измеряют, блок уп- 19 равления относительным движением источника излучения и чувствительного элемента, регистратор интенсивности прошедшего чувствительный элемент излучения. При этом чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего резонансные ядра (1 ). .Недостатком указанного устройства является ограниченный нижний предел измерения температур, соответствующий 10 К, в связи с тем, что

3 значение минимальной измеряемой температуры ограничено величиной рас- .

1щепления уровней сверхтонкой структуры, которая пропорциональна внутреннему магнитному полю и определяется характеристиками резонансных ядер вещества чувствительного элемента. Кроме того, практическое изготовление данного устройства связано с целым рядом технических и других трудностей, ограничивающих его использование. Так, для получения точных зйачений температуры отсчеты должны накапливаться в течение относительно длительного времени, порядка нескольких часов .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является, устройство для измерения температуры содерУ

40 жащее источник излучения, делитель, опорный и измерительный каналы, исследуемый объект, чувствительный элемент, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и ре45 гистратор. При этом в качестве источника излучения использован источник оптического излучения. Делитель, чувствительный элемент и приемник излучения выполнены из материалов, изменяющих свои свойства и характеристики при воздействии на них оптического излучения. В качестве чувствитель-, ного элемента данного устройства использован световод из кварцевого 55 стекла (2).

Недостатком данного устройства является ограниченный снизу диапазон измерения температур. Устройство не может использоваться для измерения температур ниже 0,1К, так как измерение температуры основано на изменении линейных размеров чувствительного элемента и поэтому требует наличия теплового контакта по всей его длине с исследуемым объектом.

Чувствительность устройства и нижний предел измеряемой температуры определяется геометрическими размерами чувствительного элемента.

При относительно высоких измеряемых температурах 77К, использовании длины волны излучения 0,5 мкм, с учетом коэффициента линейного расширения о световода Ф 0,2 10 град 1. (кварцевое стекло) получаем длину световода, равную 0,03 м. Для температур порядка 0,1 К эта величина составляет уже 25 — 30 м. Таким образом, при переходе в область температур ниже 0,1К данное устройство практически нереализуемо ввиду необходимости обеспечения однородного теплового контакта с исследуемым объектом IIo всей длине световода.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения в область сверх1 низких температур (ниже 10" К) .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее источник излучения, делитель, опорный и измерительный каналы, исследуемый объект

Э чувствительный элемент, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и регистратор, введен электромагнит, причем чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего разонансные к излучению ядра, в качестве источника излучения использован источник гаммаизлучения, а чувствительный элемент размещен между полюсами электромагнита.

Работа устройства основана на изменении разности фаз за счет изменения показателя преломления материала чувствительного элемента.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения температуры.

Устройство содержит источник 1 гамма-излучения с коллиматором 2, делитель -3 пучка излучения, после которого излучение источника 1 делится на два и поступает в измерительный

1! 1103

Составитель В.Майоршин

Редактор М.Дыпын Техред Л.Коцюбняк Корректор О..Билак

Заказ 6300/33 Тираж 822 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

4 и опорный 5 каналы, а также чувствительный элемент 6, выполненный из материала, содержащего резонансные к излучению яд1 а, и контактирующий к исследуемым объектам 7, электромагнит 8, приемник излучения 9 и регистратор 10. При этом чувствительный элемент 6 размещен между. полюсами электромагнита 8, а приемник излучения 9 выполнен из зеркал 11 и 12, на которые поступает излучение из опорного 5 и измерительного 4 каналов соответственно, и после отражения от зеркал 11 и 12 это излучение попадает последовательно на кристалланализатор 13, детектор излучения 14 и регистратор 10.

Устройство работа г следующим образом.

От источника 1 с помощью коллиматора 2 формируется узкий пучок гамма-излучения, направленный в сторону делителя 3, после прохождения которого прошедший и дифрагированный пучки образуют два канала, один из которых является измерительным 4, а второй 5 опорным.

В измерительном канале14 установлен чувствительный элемент 6, находящийся в магнитном поле электромагнита 8. Направление магнитного поля произвольно ориентировано относительно направления распространения гаммазлучения. Благодаря наличию теплово1

ro контакта с исследуемым объектом 7 чувствительный элемент 6 имеет температуру исследуемого объекта 7, которую необходимо измерить. Причем в качестве чувствительного элемента 6 может быть использован сам исследуемый объект 7, если он содержит резонансные к излучению ядра. Наличие магнитного поля электромагнита 8 обеспечивает поляризацию резонансных ядер в материале чувствительного элемента 6 и, поскольку температура иссле.дуемого объекта 741 К, чувствительный элемент 6 в магнитном поле электромагнита 8 представляет собой ядерную поляризованную мишень, показатель преломления которой для гамма-излу- чения зависит от измеряемой температуры.

При этом наличие резонансных ядер обеспечивает взаимодействие гамма-излучения с материалом чувствительного элемента 6 выражающееся виэмейении

У фазы Ь излучения в измерительном

10 канале 4, причем и (зависит от тем пературы Т и определяется выражением

a Y =Ill дпЕ= (т), где дь — изменение показателя пре15 ломления; толщина чувствительного элемента;

К вЂ” волновой вектор гамма-излучения.

Пучки излучения, прошедшие измерительный 4 и опорный 5 каналы, дифрагируют на зеркалах 11 и 12 и при попадании на кристалл-анализатор 13 интерфирируют между собой.

При этом интенсивность пучка с выхода кристалла-анализатора 13 зависит от соотношения фаз в излучении в опорном 5 и измерительном 4 каналах, т.е. зависит от дУ . Излучение с выхоЗ0 да кристалл-анализатора 13 фиксируетСя детектором излучения 14 и регистрируется регистратором 10.

Первоначально измерения производят при температурах 4К и строят

З5 калибровочную кривую d f f(T) при известных параметрах К и f; a затем проводят измерения температуры последуемого объекта. Оценка показывает, что предлагаемым устройством может

40 быть измерена температура объектов, по крайней мере, до температуры

10 К.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить область

45 измерения температуры до 1(Г К, что

5 является одной из важнейших задач в области фундаментальных и прикладных исследований, в частности при создании ядерных реакторов.