Цифровой термометр

 

Изобретение относится к измерению температуры контактными методами и позволяет снизить энергопотребление В цифровом термометре выполнен герметичный капилляр в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой непрозрачными пластинами, выххэдные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а входные торцы приемных световодов - на задней фокальной пгоскости второй цилиндрической линзы 3 ип

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зП5 G 01 К 5/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

С

М (21) 4443924/10 (22) 20,06.89 (46) 30.06.91. Бюл. М 24 (71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) Н.И. Гиниятуллин, З.M. Хасанов, E.À.

Чебоксаров, И.А. Фархутдинов и P.P: Мухаметов (53) 536.513 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР йг 505906, кл. G 01 К 5/18, 1973.

Авторское свидетельство СССР

М 1446493, кл, 6 01 К 11/12, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР Изобретение относится к измерению температуры контактными методами, а именно к цифровым термометрам, применяемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике, и может использоваться как визуальный термометр с цифровой индикацией результатов измерений.

Цель изобретения — снижение энергопотребления.

На фиг. 1 изображена конструкция ка- . пилляра с баллоном; на фиг. 2 — функцио= нальная схема цифрового термометра; на фиг. 3 — оптическая система, использованная в термометре.

Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей термочувствительной жидкостью герметичный баллон с прозрачным капилляром, выполненным в виде двух цилиндрических линз 1 и 2, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между сс1бой двумя непрозрачными пластинами 3, схемы регистрации, расположенные по разные стороны от ка, . Й3, 1659744 А1 (57) Изобретение относится к измерению температуры контактными методами и позволяет снизить энергопотребление. В цифровом термометре выполнен герметичный капилляр в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой непрозрачными пластинами, выходные торцы осветительных световодов расположены на передней факальнай плоскости первой цилиндрической линзы, а входные торцы приемных световадов — на задней фокальной плоскости второй цилиндричecêîé линзы. рл

;:|ètë-:.=.ра и оптически сопряженные с ним .:.асрадствам осветительных 4 и приемных 5 светавадав, источник света 6 и фатоприемну а матрицу 7, выходные торцы 8 осветительных световодав 4 расположены вдоль стенки капилляра на передней фокальнай пласкасти первой цилиндрической линзы 1 равномерно и примыкаютдруг кдругу, входHt,lB торцы 9 приемных световадов 5 уложены вдаль противоположной стенки капилляра на задней факальной плоскости отарой цилиндрической линзы 2 и примыкают друг к другу с шагом, определяемым по закону обратной нелинейной характеристики 1 ермачувствительной жидкости, При нижнем поеделе измерения цифровага термометра световой поток от источника ссета 6 последовательно проходит по осветительным световадам 4, на их выходных торцах 8, разделяясь по длине капилляра на число потоков, равных числу.

0cBBTHT8llbHblx световодов 4, затем первую цилиндрическую линзу 1, контролируемый столб термочуствительной жидкости и да1659744

15

50 лее параллельный поток света, пройдя через вторую цилиндрическую линзу 2, воспринимается определенным образом уложенными входными торцами 9 приемных световодов 5, которые, в свою очередь, выходными торцами оптичесКи сопря>кены с соответствующими фоточувствител ьн ыми элементами фотоприемной матрицы 7, По величине сигналов каждого элемента фотоприемной матрицы 7 схема регистрации выдает им форм а цию об уровне тер мочу вствител ь ной жидкости в капилляре.

По мере повышения температуры контролируемой среды входные торцы 9 приемных световодов 5 последовательно оказываются затемненными термочувствительной жидкостью в капиляре(световой поток от осветительных световодов 4 проникает через первую цилиндрическую линзу 1 в термочувствительную жидкость, где происходит полное поглощение и уменьшение интенсивности светового потока, поступающего во входные торцы 9).

Вторая цилиндрическая линза 2,действуя как оптический элемент, преобразует параллельный световой пучок от первой цилиндрической линзы 1 в световой пучок с цилиндрическим волновblM фронтом, и сформированный световой пучок поступает перпендикулярно к входным торцам приемных световодов 5, Благодаря этому исключаются рассеивающие свойства капилляра, а концентрирующие и фокусирующие свойства конструкции капилляра становятся наиболее резкими.

Это значительно увеличивает надежность и точность дискретного измерения уровня. Кроме того, такое расположение первой и второй цилиндрических линз относительно выходных 8 и входных 9 торцов световодов обеспечивает значительное поглощение рассеянного в термочувствительную жидкость светового потока и тем самым существенно повышают точность и надежность регистрации изменения температуры, исключая влияния рассеянных в термочувствительную жидкость световых потоков на работу соседних торцов 9 приемных световодов 5. Благодаря конструкции можно определять уровень термочувствительной жидкости в капилляре в случае воздействия флуктуационных помех в оптическом тракте цифрового термометра, тем самым повысить стабильность работы устройства. Повышение точности и надежности регистрации изменения температуры достигается благодаря тому, что на входных торцах 9 и риемных световодов 5 получается четкое неразмытое изображение уровня термочувствительной жидкости в капилляре, поскольку результат измерения меньше зависит от неравномерности энергии s пучке за второй цилиндрической линзой, На фиг, 3 показана схема хода лучей в цифровом термометре, где S — плоскость, в которой находятся выходные торцы 8 осветительных световодов 4; 1 — первая цилиндрическая линза, 2 — вторая цилиндрическая линза, S> — плоскость, на которую проецируется изображение столба термочувствительной жидкости, она же соответствует рабочей плоскости входных торцов 9 приемных световодов 5.

Для примера пусть в плоскости S расположена светящаяся полоска (АВ), Так как световая полоска образована соответствующими выходными торцами 8 световодов 4, имеющих заданную апертуру излучения, то светораспределение в световой плоскости будет иметь своеобразный неравномерный характер (светораспределение неравномерное по площади и размыто по краям), Первая цилиндрическая линза 1 преобразует световую полоску IABI в пропорциональный параллельный пучок света, который с помощью втдрой цилиндрической линзы 2 проецируется на рабочую поверхность входных торцов 9 приемных световодов 5 в виде сфокусированного узкого светового потока (А q В q) с четкими корнями и границами. Кроме того, благодаря конструкции капилляра и укладки световодов световая мощность в полоске IABI с минимальными потерями (фокусирующая цилиндрическая линза) параллельно освещает уровень термочувствительной жидкости, а вторая цилиндрическая линза 2 собирает и фокусирует в плоскость S> прошедший через капилляр световой поток в световую полоску (А В ).

Капилляр предназначен для уменьшения угла расхождения пучков лучей, выходящих из выходных торцов 8 световодов 4 и для формирования пучка лучей с малым углом расхождения (колимация); для удаления от выходных торцов 8 места фокусировки и сканирования излучения и превращения уровня термочувствительной жидкости в линию достаточно малых размеров (фокусировка).

Цифровой термометр имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение точности измсрения за счет того, что измеряемый световой поток излучения (световой поток, регистрирующий уровень термочувствительной жидкости) после центровки и фокусировки попадает нормально на входные торцы 9 приемных световодов 5 независимо от величины уровня термочувствигельной жидкости, Конструкция уменьшает световой

1659744 поток, приходящий на входные торцы от соседних источников света и тем самым повышает помехоустойчивость и позволяет разместить в каждом ряду большее количество источников и приемников, устанавливая их с меньшим шагом, что приводит к повышению точности.

Измерительная часть термометра малогабаритна, что позволяет использовать устройство для измерения температуры труднодоступных обьектов, а выполнение всей измерительной части термометра из материалов (кварц, стекло и т, и.), стойких к воздействию агрессивных сред (кислота, щелочи и т, д.), позволяет использовать устройство в химической промышленности.

Цифровой термометр выполняется диэлектрическим, поэтому на его показание не влияют электрические, электромагнитные и

СВЧ вЂ” поля.

В цифровом термометре для более надежного оптического соединения (с большим КПД) и для согласования узла (выходные торцы осветительных световодов — капилляр — входные торцы приемных световодов) заполняется эмирционной жидкостью пространство между световодами и капилляром; что позволяет уменьшить френеловские потери на торцах световодов и тем самым повысить КПД цифрового термометра и выбрать источник света устройства более маломощным, Таким образом, конструкция термометра сочетает в себе преимущества жесткого оптического соединения световодов и опти ческого квантования уровня термочувствительной жидкости с помощью волоконных световодов, благодаря чему устраняется влияние неравномерностей освещения уровня термочувствительной жидкости с помощью дискретно уложенных световодов;

5 влияние рассеивающих свойств капилляра, Все это приводит к повышению конструкционной способности цифрового термометра, повышению его чувствительности и в конечном счете к повышению эффективно10 сти оптического анализа.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий заполненный контрастирующей термочувст15 витель ной жидкостью герметичный прозрачный капилляр с баллоном, схему регистрации и расположенные по разные стороны от капилляра и оптически сопряженные с ним посредством освети20 тельных и приемных световодов источник света и фотоприемную матрицу, при этом входные торцы приемных и выходные торцы осветительных световодов уложены вдоль стенки капилляра, отличающийся тем, 25 что, с целью снижения энергопотребления, противоположные стенки герметичного капилляра выполнены соответственно в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами одна к другой, и двух

30 непрозрачных пластин, соединяющих цилиндрические линзы между собой, причем выходные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а

35 входные торцы приемных световодов — на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы.

1659744 вюскаааь 8 идаскаиаь

Фиа 5

Составитель Л.Балянина

Техред M.Моргентал Корректор Т.Колб

Редактор И.Сегляник

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

Закаэ 1834 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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