Патент ссср 402762

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СО О3 СОВВтских

Социалистических

Республик от х зн- s

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 12.VI 1.1971 (№ 1680007/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.Х.1973. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 7.111.1974 б Olk 11/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР оа делам изобретений

И OTKPblTHM

536.5:535.314 (088.8) Авторы изобретения

М. М. Чернякова, В. А. Стыблик и Ю. P. Войцехов

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области термометрии. Оно может быть применено во всех случаях, когда необходимо непрерывное измерение температуры, например, в газовых и жидкостных средах, в узлах и устройствах РЭА, для измерения температуры деталей в полях

СВЧ или деталей, находящихся под высоким нап ряжением и т. д.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде двухкомпонентной оптически неоднородной системы, показатели преломления компонент которой зависят от длины волны, а температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком или величиной, и источник белого света.

Принцип действия известного устройства основан на рассеивающем свойстве оптически неоднородной системы для спектрального диапазона, в котором показатели преломления компонент смеси отличаются между собой, и беспрепятственном пропускании света с длиной волны, для которой показатели преломления компонент смеси совпадают при данной температуре. В результате этого усгройство кажется окрашенным в соответствующий цвет. При изменении температуры изменяется цвет измерительного устройства.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения температуры из-за большой ширины пропускания термодатчика при данной температуре.

Большая ширина пропускания объясняется малым поглощением оптически неоднородной смеси в видимой спектральной области: после многократных переотражений рассеиваемый свет все же частично просачивается в направлении падения основного цветного луча, 10 определяющего температуру.

Этому способствуют также дифракционные явления, имеющие место при огибании светом препятствий, соизмеримых с длиной волны. Ими являются частицы стеклянного или

1б кристаллического порошка, например, в случае оптически неоднородной смеси жидкости и стеклянного порошка.

Сужение полосы пропускания и соответствующее повышение точности измерения тем20 пературы при помощи известного устройства может быть достигнуто при увеличении размеров частиц порошка (что приводит к уменьшению дифракцпонных явлений) и общем увеличении толщины светорассеивающе25 го слоя. Но это ведет к увеличению габаритов и тепловой инерции термочувствительного устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры и уменьшение габари30 тов термочувствительного элемента.

402762

Это достигается тем, что термочувствительный элемент предлагаемого устройства выполнен на основе одного или нескольких слоев регулярно уложенного стекловолокна, залитых соответствующей жидкостью либо полимером, а боковые грани термочувствительного элемента, к которым подходят торцы стеклонитей, покрыты светопоглощающим материалом, например, зачернены с наружной стороны.

На чертеже схематически показано описываемое устройство, включающее прозрачную кювету 1, жидкость (полимер) 2, стеклонити

3 зачерненную боковую грань (светопоглощающее покрытие) 4 термочувствительного элемента, источник 5 белого света.

На чертеже также показан ход световых лучей в кювете. Луч 6 беспрепятственно проходит сквозь кювету, луч 7 испытывает полное внутреннее отражение внутри стеклонити, луч 8 испытывает полное внутреннее отражение в слое жидкости, заключенном между двумя слоями стеклонитей.

Стеклонити 3 и жидкость (полимер) 2 выбирают с близкими показателями преломления в диапазоне измеряемых температур.

Устройство работает следующим образом. ,При освещении кювегы 1 белым светом or источника 6 света свет, для длины волны которого показатели преломления стеклонитей

3 и жидкости 2 совпадают (кривые дисперсии стекла и жидкости пересекаются в точке, соответствующей этой длине волны Хо при данной температуре), проходит сквозь кювету (луч 6), так как заполняющая кювету среда является для него оптически прозрачной.

Свет всей остальной части спектра, для которой показатели преломления стеклоткани и жидкости различны между собой, рассеивается внутри кюветы.

При этом рассеяние коротковолновой и длинноволновой относительно длины волны

Хо, при которой показатели преломления обоих компонентов совпадают, частей спектра белого света происходит по-разному. Световой луч, падающий из жидкости на стеклонити, частично отражается обратно в жидкость, а частично (преломляясь) входит в стеклонити, внутри которых многократно переотражаясь, частично выходит из них в жидкость, а частично распространяется внутри нитей.

Для этой части спектра, где показатель преломления жидкости больше показателя преломления стеклонити, предположим, что коротковолновая часть спектра Х(Х, рано или поздно (при многократном переотражении света в кювете) световой луч в стекло5

35 нити испытывает явление полного внутреннего отражения на границе стеклонити — жидкость.

В дальнейшем этот луч уже не выходит из стеклонити в жидкость и по стеклонити выводится к боковой грани термодатчика, где поглощается светопоглощающим покрытием

4 (луч 7).

Для второй части спектра, где показатель прсломлсния стеклонити больше показателя преломления жидкости, предположим, что длинноволновая часть спектра л) л, рано или поздно наступает явление полного внутреннего отражения на границе жидкость— стеклонити, после чего свет уже не проникает из жидкости в стеклонити и распространяется, многократно переотражаясь между двумя слоями стеклонитей, к боковой грани термодатчика, где также поглощается светопоглощающим покрытием 4 (луч 8).

Таким образом, в предложенном устройстве термочувствительный элемент позволяет вывести из кюветы весь свет за исключением основного, проходящего сквозь кювету луча

6, определяющего цвет термочувствительного элемента.

При этом при изменении температуры изменяется длина волны ло а, следовательно, и цвет термодатчика. Измерение температуры может быть произведено визуально либо с помощью любого спсктроразлагающегo прибора.

Такое сужение полосы пропускания термодатчика позволяет повысить точность измерения температуры, а также уменьшить его габариты и соответственно тепловую инерционность.

Предмет изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термочувствитсльный элемент, BbIполненный в виде двухкомпонентной оптически неоднородной системы, показатели преломления компонент которой зависят от длины волны, а температурные коэффициенты показателей преломления различны по знаку или величине, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и уменьшения габаритов термочувствительного элемента, последний выполнен на основе слоев регулярно уложенного стекловолокна. залитых соответствующей жидкостью, а боковые грани термочувствительного элемента, к которым подходят торцы стеклонитей, покрыты светопоглощающим материалом, например зачернены с наружной стороны.

402762

Редактор И. Шубина

Заказ 456/14 Изд. № 2054 Тираж 755 Подписнос

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель И. Дубсон

Техред Л. Богданова

Корректоры: В. Петрова и Е. Давыдкина