Устройство для определения границы раздела двух сред

 

Изобретение относится к технике определения положения границы сред, различающихся между собой теплофизическими свойствами. Устройство состоит из теплопроводного корпуса 6, в котором размещены нагреватель 7 световодный стержень 3 с оболочкой 4 и светорассеивающим покрытием 5. Световодный стержень снабжен разветвителем, вход которого оптически согласован с импульсным источником 1 света, а выход - с фотоприемником 8. При работе устройства корпус 6 размещается на границе контролируемых сред. Различие теплофизических свойств сред обуславливает различие тепловых потоков в каждую среду в отдельности, что ведет к наличию градиента температуры вдоль корпуса 6. При условии постоянства показателя преломления стержня и зависимости показателя преломления оболочки 4 от температуры на границе световода и оболочки 4 изменяются условия полного внутреннего отражения для пучка света от импульсного источника 1. Поступивший в оболочку 4 свет отражается от светорассеивающего покрытия 5, возвращается в стержень 3 и поступает на фотоприемник 8. На отметке границы двух сред (градиента температур и градиента показателя преломления оболочки 4) фотоприемник 8 регистрирует скачок интенсивности света. Регистрация интервала времени между импульсом источника света и скачком выходного сигнала фотоприемника позволяет повысить точность определения положения границы двух сред. 3 ил.

СО(ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4 241 А1 (19) (11) (51) 5 G 01 F 23/22

Ф%

М

%СНМ

ЕМ4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ а с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4135291/24-10 (22) 20.10.86 (46) 15.02.90. Бюл. 11 6 (72) Б.Г.Горшков, И.Е.Горбатов и В.А.Яремчук (53) 681.128.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 994965, кл. G 01 N 21!чЗ, 1981.

Авторское свидетельство СССР

11 859838, кл. G 01 К 11/12, 1979.

Бобровников Г.Н. Методы измерения уровня. М.: Машиностроение, 1977, с. 91, рис. 4.12. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕ(ВСЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗЯЕЛА ДВУХ СРЕД (57) Изобретение относится к технике .определения положения границы сред, различающихся между собой теплофизическими свойствами. Устройство состоит из теплопроводиого корпуса 6, в котором размещены нагреватель 7, световодный стержень 3 с оболочкой

4 и светорассеивающим покрытием 5.

Световодный стержень снабжен разветвителем, вход которого оптически согласован с импульсным источником 1 света, а выход - с фотоприемником 8.

Изобретение относится к технике определения положения границы двух сред, отличающихся теплофизическими .свойствами.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена принципи альная схема предлагаемого устрой" ства; на фиг. 2 - термочувствитель2

При работе устройства корпус 6 размещается на границе контролируемых сред. Различие теплофизических свойств сред обуславливает различие тепловых потоков в каждую среду в отдельности, что ведет к наличию градиента температуры вдоль корпуса 6.

При условии постоянства показателя преломления стержня и зависимости показателя преломления оболочки 4 от температуры на границе световода и оболочки 4 изменяются условия полного внутреннего отражения для пучка света от импульсного источника, ° 1.

Поступивший в оболочку 4 свет отражается от светорассеивающего покрытия 5, возвращается в стержень 3 и поступает на фотойриемник 8. На отметке границы двух сред (градиента температур и градиента показателя преломления оболочки 4) фотоприемник

8 регистрирует скачок интенсивности света. Регистрация интервала времени между импульсом источника света и скачком выходного сигнала фотоприемника позволяет повысить точность определения положения границы двух сред. 3 ил. ный элемент, горизонтальное сечение; на фиг. 3 - форма выходного сигнала на регистраторе.

Устройство для определения границы раздела двух сред содержит импульсный источник света (лазер) 1, направ- . ленный оптический ответвитель 2, стержень 3 световода „оболочку 4 световода, светорассеивающее покрытие 5

1543241 оболочки 4, теплопроводный корпус 6, нагреватель 7 и фотоприемник 8 с регистратором 9.

Оболочка 4 обладает термозависимым показателем преломления, не превышающим показателя преломления стержня

3 световода. Нагреватель 7 соединен со стабилизированным источником 10 питания . Полость корпуса 6 может быть 10 заполнена теплопроводной средой 11.

Устройство для определения границы раздела двух сред работает следующим образом.

Источник 1 излучения испускает им- 15 пульсы света, которые по ответвителю

: поступают в стержень 3 световода. Поскольку .нагреватель обеспечивает рав: номерный нагрев термозависимого чувст .,вительного элемента — оболочки 4 све- 20 товода, показатель преломления ее .одинаков по высоте сосуда, что обус, лавливает равномерное поступление света в оболочку 4. Отражаясь от светорассеивающего покрытия 5 свет возвра- 25 щается в стержень 4 в соответствии с законами геометрической оптики. Обратное излучение света поступает на фотоприемник 8. На регистраторе 9 при этом фиксируется монотонная зависимость изменения выходного сигнала по времени.

При поступлении жидкости в сосуд часть теплопроводного чехла погружается в жидкость. Возникают условия для перераспределения тепла по высоте чувствительного элемента за счет увеличения теплопередачи от теплопроводного корпуса в жидкость. В результате на термочувствительной обо- 40 лочке возникает градиент температуры по высоте сосуда, а, следовательно, и коэффициента преломления оболо ки.

Изменение светового потока из стержня в оболочку и обратно стано- 45 вится не монотонной, а изменяется скачком.

На фотоприемнике на фоне экспоненциально затухающего сигнала репеевского рассеяния появляется короткий импульс, по положению которого на диаграмме временной развертки регистратора 9 (фиг. 3) судят об уровне жидкости °

Точность определения положения границы жидкости зависит от теплапроводных свойств корпуса и оптическс оболочки и собтветствие отметок границы жидкости и фронта оптической неоднородности в оболочке 4 определяется при градуировке.

Погрешность измерения изменения положения фронта оптической неоднородности не превышает 0,3 о.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять границу различных сред вне зависимости от оптических свойств, степени загрязнений сред, а также консистенции и фазового состояния двух сред.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для определения границы раздела двух сред, содержащее теплопроводный корпус, поверхность которого сопряжена с нагревателем и термочувствительным элементом, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, термочувствительный элемент выполнен в виде цилиндрической оптически прозрачной оболочки с термозависимым показателем преломления, снаружи которой нанесено светорассеивающее покрытие, а внутри установлен стержень с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления оболочки во всем диапазоне его изменения (последнего), при этом стержень снабжен ответвителем, вход которого оптически согласован с импульсным источником света, а выход - с фотоприемником, связанным с регистратором.

1543241

Составитель Е.Подымов

Техред М.Ходанич

Корректор Э.Лонцакова

Редактор Ю.Середа

Заказ 393

Тираж 535

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113 135, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101