Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерений температуры люминесцентными датчиками. Источник 1 излучения возбуждается схемой 2. Импульсы излучения подаются на люминесцентный термочувствительный элемент 6 на основе диацетила. Излучение фосфоресценции по световоду передается к фотоприемнику 8. Электрический сигнал, пропорциональный затухания люминесценции , однозначно определяется температурой термочувствительного элемента . 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

isa>s G 01 К 11/20

ГОСУДАРСТВЕ1+4ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4711902/10 .(22) 18,05 89 (46) 07,05.91. Бюл. KL 17 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения и

Институт физики АН БССР (72) С.А. Багнич, А.Я.Гореленко. А.В.Дорохин, В.П.Селютин и Т.Я.Черепанов (53) 536.531(088.8) (56) Патент США

hh 4223226. кл. 250/458, опублик. 1978.

VNcker sheln К,А. Sun М.Н, Fibегоptic

thermometry апб its applications. -l. Microwave

Power. 1987. ч.22. М 2, р.85-94.. ЫЛ 1647288 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерений температуры люминесцентными датчиками.

Источник 1 излучения возбуждается схемой 2. Импульсы излучения подаются на люминесцентный термочувствительный элемент 6 на основе диацетила. Излучение фосфоресценции по световоду передается к фотоприемнику 8. Электрический сигнал, пропорциональный времени затухания люминесценции, однозначно определяется температурой термочувствительного элемента, 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1647288

-вестное вещество, однако в предложенном техническом решении используется его

10 свойство — ярко выраженная зависимость

На фиг;2 изображен дистальный конец 3 датчика, включающий в себя световод 5 и

ТЧЭ 6, при этом ТЧЭ выполнен в виде отрезка полимерного световода, в све говедущую жилу которого ПММА введен диацетил с концентрацией порядка 1 M. На торец ТЧЭ 3

6 нанесено отражающее покрытие 10.

В качестве источника 1 излучения целесообразно использовать импульсную газоразрядную лампу известной конструкции с традиционно выполненной схемой 2 запу-, 4 ска. Светофильтры 3 и 7 могут использоваться интерференционные или из цветных стекол, выбор которых. осуществляется по известной методике в соответствии со спектрами возбуждения 11 и фосфоресценции 4

12 диацетила {фиг.3). Светофильтры обеспечивают более благоприятные условия работы схемы 9 и повышают точность измерения, однако они не являются обязательными элементами, так как сигналы воз-буждения и фосфоресценции смещены во времени. В качестве фотоприемника 8 может использоваться кремниевый фотодиод.

ФЭУ или другой фотоприемник, чувствительный к излучению с длиной волны 520 5 нм. В качестве схемы 9 измерения может быть использована любая известная схема аналогичного назначения, Удобное конструктивное исполнение

ТЧЭ достигается, когда диацетил присутст50

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано, в частности, в условиях воздействия электромагнитных полей, например, для контроля температуры биологической ткани при проведении сеансов высокочастотной гипертермии злокачественных новообразований, в электроэнергетике и других областях.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.1 дана схема датчика температуры ; на фиг.2 — термочувствительный weмент (ТЧЭ); на фиг.3 — спектры возбуждения и фосфоресценции диацетила в координатах относительная интенсивность — длина волны излучения А; на фиг.4 — зависимость времени жизни фосфоресценции диацетила от температуры в диапазоне 77-400 К.

Датчик температуры (фиг,1) содержит источник 1 излучения со схемой 2 запуска, светофильтр 3 для выделения возбуждающе-. го излучения, двухплечевой разветвитель 4 из двух отрезков световодов, световод 5, ТЧЭ 6, светофильтр 7 для выделения излучения люминесценции и фотоприемник 8, подключенный к схеме 9 измерения постоянной времени затухания люминесценции вует и ТЧЭ в виде. твердого раствора в полимере, например, полиметилметакрилате

{ПММА), При этом возможно введение диацетила непосредственно в жилу полимерного световода при его изготовлении.

Диацетил (диметилглиоксаль, 2,3-бутадион) СНзСОСОСНз представляет собой иэпостоянной времени затухания люминесценции от температуры.

B области положительных температур диацетил существует в двух агрегатных состояниях; жидком и газообразном, и свойство сильной зависимости t ox Т проявляется как в том, так и в другое случае, С целью удобства конструктивного исполнения ТЧЭ целесообразно использовать диацетил в виде твердого раствс: а в полимерной матрице, например в полиметилметакрилате, полистироле или других прозрачных полимерах. Исследованиями установлено; что указанное свойство при этом сохраняется.

При введении диацетила в.матрицу

ПММА величина чувствительности р составляет 1,5-3,5;41"С.в зависимости от концен.трации. Это в 5-10 раз превышает значение

q и известных устройствах. Учитывая, что абсолютное значение т диацетила в матрице ПММА незначительно отличается от г люминофора s известном устройстве (1.3 мс вместо 3 мс), т.е, измерение тпроизводится в таких же условиях, возможно повышение точности измерений в 5-10 раз, при этом результирующая погрешность не превысит 0,01-0,05 С.

При комнатной температуре величина т почти ие зависит от концентрации С диацетила в матрице полимера вплоть до

С=-1,8 М, При таких значениях концентрации С материал обладает высоким значением коэффициента поглощения возбуждающего излучения (максимум при

425 нм), что обеспечивает интенсивную люминесценцию в слое толщиной порядка 0,51,0 мм. Этот параметр имеет важное значение при конструировании волоконнооптических датчиков, так как при увеличении поглощения уменьшаются размеры

ТЧЭ, В данном случае требуемые размеры

ТЧЭ сравнимы с диаметром оптического волокна (200-400 мкм). Конструкционные свойства ПММА при введении в него диацетила не изменяются и обеспечивают возможность обработки его известными способами (механическая обработка, термическое формование и т,д.), Возможно также введение диацетила непосредственно в световеду1647288 щую жилу полимерного световода, изготовленную., например. из ПММА с оболочкой из полистирола. Это обеспечивает увеличение отношения сигнал/шум.

ИК-датчик температуры основан на измерении времени высвечивания флуоресценции, Устройство работает следующим образом.

ТЧЭ 6 приводится в тепловой контакт со средой, температура которой измеряется.

Источник 1 излучения возбуждается схемой

2 запуска. Импульсы излучения через светофильтр 3, одно плечо оазветвителя 4 и световод 5 передаются к ТЧЭ 6 и возбуждают а нем фосфоресценцию диацетила. Излучение фосфоресценции по тому же световоду

5 через второе плечо разветвителя 4 и светофильтр 7 передается к фотоприемнику 8 и преобразуется в электрический сигнал, который поступает а схему 9 измерения. Сигнал на выходе этой схемы, связанный с величиной т. отображается на индикаторе как мера температуры ТЧЭ б и соответственно среды, в тепловом контакте с которой он находится.

Конструкция ТЧЭ (фиг.2) позволяет маправить в световод 5 все излучение фосфоресценции, испускаемое молекулами диацетила в пределах апертурного угла световода 5.

Зависимость, изображенная на фиг.4, получена для образца, представляющего собой твердый раствор диацетила а пслиметилметакрилате ПММА с концентрацией

С=О,З M. Образец изготавливался по следующей методике. Диацетил, подвергнутый вакуумной дистилляции, вводился в очищенный от стандартной методики метилметакрилат через газовую фазу, Диацетил и метилметакрилат предварительно обезгаживались по крайней мере в пяти циклах; замораживание — вакуумирование — размораживание. Инициатор полимеризации азо5 изобутиронитрил добавлялся в мономер в концентрации 1 мг/л. Полимеризация дос,игалась нагреванием образца в аакуумированной стеклянной кювете до 60 С а течение 72 ч. После этого кювета разреза10 лаЧь и из образовавшегося твердого растьора путем механической обработки изготавливался ТЧЭ размерами 0,5х0,5х0,5 мм, который приклеивался к торцу кварцполимерного саетоаода с диаметром жилы 400 мкм

",5 клеем "Циакрин".

Предложенный датчик может измерять температуру а диапазоне 0-120 С с погрешностью 0,1-0,05 С в зависимости от соотношения сигнал/шум, определяемого

20 выбором схемных элементов.

Формула изобретения

1. Устрсйс во для измерения температуры, содержащее оптически связанные ис25 точник излучения, термочувствительный элемент на основе люминофора и фотоприемник с регистрирующим блоком, о т л и ч аю щ е е с я тем, ч-о, с целью повышения точности измерения в качестве люминофо30 ра использован диацетил, 2.Устройство поп 1.отличаю щеес я тем, что диацетил введен а полимер с образованием твердого растара, 3. Устройство по пп.1 и 2, с т л и ч а о35 щ е е с я тем, что а качестве полимера использован полиметилметакрилат.

4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е.с я тем, что термочувствительный элемент снабжен отрезком полимерного световода, 40 в жилу которого введен диацетил.

1647288 о о

«;0,5

fw о о

-1OO

Фиг. 3

, мс.

Т, K

IOO

Фиг. 4

Составитель Ю.Андриянов

Редактор Л,Гратилло Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Колб

Заказ 1390 Тираж Н Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород„ул.Гагарина, 101