Устройство для измерения температуры объекта

 

Использование: термометрия объектов, работающих под высоким напряжением в зоне воздействия электромагнитных полей, в условиях пожаро-взрывоопасного производства . Сущность изобретения: в корпусе размещены термочувствительный элемент (ТЧЭ) на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с различными температурными коэффициентами показателей преломления, положительная линза в виде четвертьволнового градана и зеркало. Градан установлен в контакте своими торцами с ТЧЭ и зеркалом. На боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие. Корпус может быть выполнен в виде болта. Источник света совмещен с вторичным прибором. 1 з.п. флы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 К 11/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 3AN

6%ЗИМ

-..!AA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

l (21} 4869186/10 (22) 25.09.90 (46) 23.04.93. Бюл. А&15 (71) Одесскйй институт ниэкотемпературной техники и энергетики (72) Ю.P.Âoéöåxîâ, Ю.Ю.Войцехов, В.Е.Махоткин и М.М.Чернякова (73) M.M,×åðíÿêîâà (56) Авторское свидетельство СССР

% 750294, кл. G 01 К 11/12, 1978, Авторское свидетельство СССР

N 1769011, кл. G 01 К 11/12, 1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА (57) Использование: термометрия объектов, работающих под высоким напряжением в

Изобретение относится к области термометрии, а именно к изооптическим термодатчикам; и может быть использовано для дистанционного измерения температуры технологического оборудования и других объектов в условиях пожаро-взрывоопасного производства, объектов, работающих под высоким электрическим напряжением в зоне воздействия электромагнитного поля (включая СВЧ-диапазон), и иных условиях, затрудняющих либо исключающих непосредственныйй электрический (механический) контакт измерительной аппаратуры (оператора) с контролируемым объектом.

Цель изобретения — повышение эффективности устройства за счет увеличения дистанцион ности измерения при одновременном снижении инерционности.

На фиг,1 показано устройство и ход лучей при измерении температуры, общий

„„Я2„„1811595 А3 зоне воздействия электромагнитных полей, в условиях пожаро-взрывоопасного производства. Сущность изобретения: в корпусе размещены термочувствительный элемент (ТЧЭ) на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с различными температурными коэффициентами показателей преломления, положительная линза в виде четвертьволнового градана и зеркало. Градан установлен в контакте своими торцами с ТЧЭ и зеркалом. На боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие. Корпус может быть выполнен в виде болта. Источник света совмещен с вторичным прибором. 1 з.п. флы,2 ил, вид; на фиг.2 и 3 — конструктивные модификации.

Устройство для измерения температуры содержит положительную линзу в виде четвертьволнового градана 1, на торцевой поверхности которого, обращенной к источнику света 2, помещен ТЧЭ на основе оптически неоднородной смеси в виде плоскопараллельного слоя 3, на противоположную торцевую поверхность градана нанесено зеркально отражающее покрытие

4; на боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие 5. Термочувствительный элемент заключен в корпус

6, который выполнен в виде болта с шестигранной головкой. Корпус термочувствительного элемента (см. фиг,З) выполнен в виде гильзы с фланцем, в котором имеются крепежные отверстия, ТЧЭ 3 в корпусе 6 установлен на объекте 7 (к примеру, ввинчен

1811595

10

20 янный световой поток распределен в преде- 45

55 в токоподводящую шину электрораспределительной системы}. Источник света 2 выполнен на основе лампы накаливания 8 и коллиматорной линзы 9. Источник света 2, удаленный от объекта, обеспечивает параллельный пучок света 10, направляемый на

ТЧЭ 3. Достигнув термочувствительного элемента, световой пучок 10 проходит сквозь оптически неоднородную смесь 3 и фокусируется граданом 1 на его задней торцевой поверхности, Отразившись от зеркального покрытия 5, нанесенного на эту поверхность, свет возвращается в градан 1, проходит сквозь него, вновь пронизывает оптически неоднородную смесь 3, и в виде параллельного пучка света 11 возвращается к источнику света 2.

Проходя сквозь оптически неоднородную структуру 3, пучок 10 распадается на две световые составляющие. Одна из них сформирована светом узкого спектрального состава, для которого совпадают показатели преломления компонентов смеси при данной температуре ТЧЭ, совпадающей с температурой контролируемого объекта 7.

Этот свет, в соответствии с законами геометрической оптики, фокусируется граданом на торцевой поверхности, отражается зеркалом 4. На обратном пути свет преобразуется четвертьволновым граданом 1 вновь 30 в параллельный пучок, который вторично беспрепятственно проходит сквозь смесь 3 и в виде параллельного пучка 11 возвращается к источнику света 2.

Вторая составляющая включает в себя свет, рассеянный оптически неоднородной структурой 3 вследствие различия показателей преломления ее компонентов. Рассеянный свет частично поглощается светопоглощающим покрытием 5 на боко- "0 вой поверхности градана 1, частично выхо- дит из ТЧЭ 3, отразившись от зеркала 4 и испытав повторное рассеяние на оптически неоднородной структуре. Выходной расселах широкого телесного угла и на обратном пути источника света 2 не достигает.

При этом термочувствительный элемент визуально наблюдается как равномерно окрашенный диск, цвет которого однозначно определяет температуру контролируемого обьекта, При изменении температуры изменяется длина волны света, для которого совпадают показатели преломления компонентов изооптической структуры, соответственно изменяются спектральный состав светового пучка 11 и цвет термочувствительного элемента.

Заключение ТЧЭ в корпус 6, выполненный в виде элемента его крепления к объекту, улучшает тепловую связь между ними, При дистанционных измерениях надежный контакт ТЧЭ с объектом особенно важен из-за ограничения доступа к объекту в про цессе измерения температуры, что, собственно, и заставляет прибегнуть к дистанционным измерениям, Кроме того, уменьшение термического контактного сопротивления между объектом и термочувствительным элементом способствует повышению точности измерения темпера. туры.

Исследование апертурных характеристик термочувствительных элементов (см. фиг.2 и 3) показало, что они обеспечивают световозвращение при изменении угла падения на них света в пределах широкого телесного угла — 0.5 рад, что существенно упрощает наведение вторичного прибора на удаленный к объекту термочувствительный элемент, увеличивая дистанционность измерений, Кроме того, предложенное устройство не боится вибрации, характерной для многих объектов, поскольку градан фокусирует световой пучок на своей торцевой поверхности, в результате вибрация не приводит к расфокусировке ТЧЭ.

Вторичный прибор, совмещенный с источником света, легко наводится на термочувствительный элемент "с руки".

Достаточно,.чтобы световой пучок попал на термочувствительный элемент, и автоматически выходной световой сигнал последнего направляется к вторичному прибору. Измерение температуры основано на определении вторичным прибором длины волны в выходном световом пучке либо регистрации цвета, наблюдаемого на экране прибора изображения ТЧЭ, путем сравнения его с контрольным регулируемым образцом цве-, та, выполненным, например, на основедифракционной решетки.

При использовании предложенного устройства для измерения температуры дистанционность измерений увеличивается многократно и достигает 20-30 м при одновременном упрощении процесса измерения и сокращения его продолжительности.

Существенным достоинством предложенного устройства является его миниатюрность.-Размеры устройства определяются, в основном, габаритами градана: диаметр—

1,5 м, длина 7 мм. Это обеспечивает снижение инерционности, а также позволяет контролировать температуру участка на поверхности объекта диаметром примерно 2 мм при дистанционности измерений в несколько десятков метров. При таких дистанциях пространственное разрешение, к

1811595 примеру инфракрасных радиометров, значительно ниже: у одного из лучших образцов зарубежных радиометров марки

"igermopolnt" фирмы "Ада" минимальный диаметр контролируемого пятна при дистанционности измерений 5 м составляет

130 мм.

Увеличение дистанционности измерения температуры может быть реализовано лишь благодаря тому, что заявленное устройство направляет выходной сигнал точно по той же траектории, что и падающий. Это позволяет скомпенсировать оптические неоднородности в окружающей атмосфере — турбулентность, восходящие тепловые потоки и т.д., оказывающие значительное искажающее влияние при больших дистанциях на распростоаняющиеся световые сигналы, Поскольку время, необходимое для прохождения светового сигнала к термочувствительному элементу и обратно к источнику света ничтожно мало, в окружающей атмосфере не успевают произойти ощутимые изменения. В результате искажение прямого хода луча полностью компенсируется при обратном его ходе. Это, конечно, относится только к полезному световому сигналу ТЧЭ, а не к рассеянной им световой составляющей выходного сигнала, у которой прямая и обратная траектории существенно различны. Это также является достоинством предложенного устройс гав для измерения температуры.

Отсутствие воздушной полости внутри термодатчика улучшает теплообмен и, соответственно, его теплофизические характе5 ристики.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры объекта, содержащее размещенные вдоль оптической оси источник света и за10 крепленные в корпусе положительную линзу, термочувствительный элемент на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с близкими показателя15 ми преломления и различными температурными коэффициентами показателей преломления, и зеркало. установленное в торце корпуса, перпендикулярно оптической оси, о т л и ч а ю щ е е с я тем.

20 что, с целью повышения эффективности за счет увеличения дистанционности измерения при одновременном снижении инерционности, положительная линза выполнена в виде четвертьволнового градэна, со свето25 поглощающим покрытием на его боковой поверхности, установленного в корпусе, снабженном элементами крепления его нэ объекте между термочувствительным элементом и зеркалом, и контактирующего с

30 ним своими торцами.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что корпус выполнен в виде болта.

Составитель Н. Соловьева

Редактор А. Купрякова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Юско

Заказ 1466 Тираж 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