Устройство для контроля температурного поля

 

Изобретение относится к теплофизическим исследованиям и может быть использовано для неразрушающего контроля температурных полей на поверхности плоских объектов о Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и расширение динамического диапазона измеряемых температур . Устройство для контроля температурного поля содержит источник 1 света, конденсор 2,, оптическую щель 3, термочувствительный элемент 4, выполненный из монокристалла дифосфида кадмия в виде призмы с преломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения0 Исследуемый объект 5 на вращающемся столике 6 и экран 7 закреплены последовательно на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного элемента 4 расположено горизонтально и параллельно оптической осио 3 ил0 С/ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ)5 G 01 К 11/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ПЮТ СССР (21) 4823109/10 (22) 03,05,90 (46) 07.05.92. Бюл. V- 17 (71) Ленинградский инженерно-строительный институт (72) В,И.Белякова, М.В.Розе, В.Н.Романенко, В.М.Трухан, В.H.ßêèìîâè÷ и А.О.Степанов (53) 536.51(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

N -999192, кл. G 01 К 11/12, 1983.

Майер В.В, Простые опыты по кри» волинейному распространению света.

М,: Наука, 1984, с. 42-44. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к тепло4изическим исследованиям и может быть использовано для неразрушающего

„,SUÄÄ 1732188 А1

2 контроля температурных полей на поверхности плоских объектов. Цель изобретения - повышение.чувствительности устройства и расширение динамического диапазона измеряемых температур. Устройство для контроля температурного поля содержит источник света, конденсор 2,, оптическую щель

3, термочувствительный элемент 4, выполненный из монокристалла дифосфида кадмия в виде призмы с преломляющим углом меньше .предельного угла полно-, го внутреннего отражения. Исследуемый объект 5 на вращающемся столике

6 и экран 7 закреплены последовательно на оптической скамье, а ребро при- с змы термочувствительного элемента 4 расположено горизонтально и параллельно .оптической оси. 3 ил.

32188 4 вертикальной оси. По величине изгиба изображения щели на экране можно судить о распространении температуры в призме вдоль вертикальной оси.

Недостатками известного устройства при применении его для контроля температурного поля являются низкая чувствительность и небольшой динамический диапазон измеряемых температур (200-370 K)9 кроме того, устройство при указанном расположении его элементов не позволяет исследовать температурные поля, имеющие градиент температуры,.на поверхности плоских объектов.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства для контроля температурного поля и расши2р рение динамического диапазона измеряемых температур.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для контроля температурного поля, содержащем термо25 чувствительный элемент, расположенный между оптической:щелью и экраном, размещенным на оптической скамье, конденсор, расположенный между> источником света и оптической щелью, Наиболее. близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо« му результату является устройство для контроля изменения коэффициента преломления полиметилметакрилата от температуры, содержащее проекционный аппарат, короткофокусную и длинйофокусную линзы, вертикальную раздвижную щель, призму из оргстекла (полиметилметакрилата) с преломляющим углом 30 или 45О, находящиеся на оптической скамье и экран. Призма pasMeщается на плоском неподвижном объекте, нагретом до определенной температуры, боковой поверхностью так, что ее преломляющее ребро параллельно щели.

При включении нагревателя четкий световой след щели на экране начинает изгибаться сначала в горизонтальном, затем в .вертикапьном направлении ввиl ду изменения коэффициента преломления вещества призмы при нагревании и наличия градиента температуры вдоль

17

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть применено для контроля темпера туры на поверхности плоских объектов при наличии НЧ, ВЧ иди СВЧ электромагнитных полей, а также для исследований на поверхности объектов в условиях, при которых нежелателен вывод электрических проводов, напри мер в вакуумных камерах.

Известно устройство для исследования температурных полей, работа которого основана на использовании термоэлектрических датчиков s виде сетки с четырехугольными ячейками из m и и разнородных проводников, устройство для исследования температурных полей, включающее в качестве термочувствительного элемента прозрачную кювету, заполненную изооптической смесью компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, а также спо соб и устройство для измерения гра диента температуры среды с использованием кварцевого резонатора, на пластины которого нанесены пленки нелетучего сорбента.

Недостатком указанных устройств является невозможность осуществления измерений при наличии электромагнитных полей, и s условиях высоких температур.

30 источник света и держатель исследу емого объекта, термочувствительный элемент выполнен в виде призмы из монокристалла дифосфида кадмия с преломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения, З5 основание призмы термочувствительного элемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным в виде вращающего стола, установ40 ленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного .элемента расположено горизонтально и параллельно оптической щели.

На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - термочувствитель ный элемент, аксонометрия; на фиг.3изображение щели на экране.

Устройство содержит источник 1 о света, конденсор 2, горизонтальную щель 3, термочувствительный элемент 4, исследуемый объект 5, расположенный на вращающемся столике 6, и экран 7, закреплейные последовательно íà оптической скамье. Термочувстительный элемент (фиг. 2) выполнен s виде прямоугольной призмы с входной гранью

8 и прелоытяющнм ребром 9 и основа вием 10.

17321

Преломпяющий угол призмы для предотвращения явления полного внутреннего отражения не должен превышать предельного угла, например 17 . ПризМа вырезается из одноосного кристал5 ла СИР таким образом, что ее входная грань 8 перпендикулярна главной оптической оси кристалла, параллельной оси Z, во избежание явления двойного лучепреломления, Термочувствительный элемент установлен так, что ее преломпяющее ребро 9 расположено горизонтально и параллельно оптической щели.

Усгройство работает следующим образом.

Исследуемый плоский объект 5, расположенный на вращающемся столике 6, приводится в тепловой контакт с основанием призмы 10. Пучок света от источника 1, пройдя конденсор 2 и горизонтальную щель 3, попадает на термочувствительный элемент 4, преломпяется и попадает на экран 7. На экране получается изображение щели (фиг. 3) . По форме изображения щели на экране можно судить о наличии градиента температуры в направлении горизонтальной оси Х. Для исследования температурного поля в других точках объекта необходимо повернуть предметный столик на некоторый угол.

Принцип действия устройства основан на зависимости коэффициента преломления СЙР от температуры. Наличие 35 градиента температуры в объекте вдоль оси Х, параллельной направлению щели и преломляющему ребру призмы, искривляет изображение горизонтальной щели на экране вниз (фиг. 3). Искривление изображения щели происходит в сторону возрастания. коэффициента преломления, а следовательно, и температуры,,так как Pä дпя CdP< положителен. Наличие градиента темпе.ратуры,на объекте параллельно оси Z и направлению распространения света .не влияет,на форму изображения щели

88 6 на экран, Для получения картины температурного поля в горизонтальной плоскости необходимо поворачивать исследуемый объект вокруг вертикальной оси У, Проведенные измерения показали, что дифосфид кадмия обладает совокупностью физических свойств, благодаря которым достигается цель изобретения, В табл. 1 и 2 приведены для сравнения физические свойства полиметилметакрипата и дифосфида кадмия.

Температурный диапазон работы предпагаемого устройства в области низких температур в отличие от известного практически не ограничен, а в области .высоких температур ограничен сублимацией.

Формула изобретения

Устройство для контроля температурного поля, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде призмы и расположенный между оптической щелью и экраном, размещенным на оптической скамье; конденсор 1 источник света и держатель исследуемого объекта, причем конденсор расположен между источником света и оптической щелью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измеряемых температур, термочувствительный элемент выполнен из монокристалла дифосфида кадмия с пре-. ломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения, причем основание призмы термочувствительного элемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным s виде вращающегося стола, установленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительнбго элемента, расположено горизонтально и параллельно оптической щели.

1732188

Табли.ца 1

Вещество Плотность

, кг/м

Рабочий интервал температур Т 5, К

Дифосфид кадмия

4-650

400

Полнметилметакрнлат

200-370

1257

Таблица 2

Коэффициент преломления (Т=300 К) Вещество

1 ь =3 426 пз = 3,405 (= 0,632 мкм) Дифосфид кадмия

n = --1,492 (9 = 0,589 мкм) Пол иметилме такрилат

-1,6

ФИГ 3 аиг. а!

Составитель М.Розе

Техред А,Кравчук.г

Корректор И. Самборская

Редактор В.Петр аш

Заказ 1576 Тираж Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 191

Температуропроводность при (Т=ЗОО К) а, м /с

4190 4,5 10

1180 О, 124 10

Удельная теплоемкость С при (Т =

= 300 К).

Дж/(кг К) Температурное изменение коэффициента,преломления

-10" К

ВТ