Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления

 

!

l, па, ИСАЁЙ"

О П

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву ! (22) Заявлено 160278 (21) 2579860/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 070780,Бюллетень М

Дата опубликования описания 070780

51)М, Кл.

G 91 J 5/50

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий

3) УДК. 5 3 5 . 5 22. (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.Ф.Чесноков, Н.В.Федотов,В.С.Литвяк и В.Г.Воробьев (73) Заявитель (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области пирометрии и может использоваться для дистанционного измерения температуры при исследованиях и в различных технологических процессах.

Известны способы дистанционного измерения температуры при помощи термоиндикаторов, укрепленных на объекте. При этом используется температурно-спектральная характеристика термоиндикатора. Наиболее простым и дешевым способом является визуализация тепловых полей с помощью термоиндикаторных покрытий, основанная на свойствах некоторых веществ резко менять оптические характеристики при достижении определенной температуры Г1) .

При визуальном способе измерения температуры некоторые термоиндикаторы. дают высокую точность измерения.

Так определение температуры по цветовой характеристике жидкокристаллического теомоиндикатора дает точность измерения до 0,25 С при ширине мезофазы 1 С. Но визуальный способ измерения температуры имеет свои недостатки. Одним из существенных недостатков являдтся наличие операто= ра и его субъективное определение цвета.

Известно считывание инФормации с жидкокристаллических термоиндикаторов при помощи трехцветного колориметра 123..

При таком способе реализации апйаратурйого контроля возникает необходимость в создании преобразователя цвет — электрический сигнал с малыми погрешностями при наличии не" избежного фона, как в видимом диапазоне света, так и в соседних УФ и ИК диапазонах. Возникает необходимость разработки преобразователя электрического эквивалента цветности в число, характеризующее уровень контролируемой температуры. Устройство является классическим представителем спо,соба измеренная трехцветных координат световых источников или отражающих поверхностей и содержит три цветовых фильтра и фотоэлектрическую детекторную сйстему. В колориметрической ,системе, принятой Международной комиссией по освещенищ, цвет световых источников определяется цветовыми координатами X,Y;Z. Световой источник освещает образец с помощью опти74 ческой системы, отраженныи -Свет по- йдает на систему цветовых фильтров и- @6io@6текторов."Сигналы с фото-" "

"детекторов поступают в. преобразова "т®йь;" на -выходе которого производятся электрические сигналы, пропор циональные измеряемой величине, выраженные в трехцветных элемеНМЗхХ,Y,Z. Выходы преобразователя соединены с сетью линейных преобразователей, которые выдают на выходы сигналы, например, напряжения, пропор= циональные откорректированным трех " цвегййм элементам. На выходе "такого- " устройства могут быть установлены как блок индикации, так и новый блок обработки трехцветных косрди— нат, например, в температуру поверхности измеряемого объекта.

Однако такой способ измерения температуры при помощи жидкокристаллическйх термоиндикатороч -будет иметь ряд с,ущественных недостатков, к ним

" "отйосятся-;-например, сложность си ""стемй трехцветных фильтров недостаточная термостабильность фотоэлектрического детектора; непостоянство спектральной характеристйки источни"ка света.

Все это приводит к сложности коррекции спектральной чувствительности системы фотодетектора — фильтра, т е. спектральной чувствительности всего устройства.

Наиболее близким по технической

".сущйостн является способ дистанци онного измерения температуры, заключающийся в определении положения спектральной полосы установленного ча объекте термойндуктора и нахождении температуры по температурно-. спектральной характеристике термоиндуктора при наблюдении его сквозь интерференционный клиновидный Свето- фильтр. для повышения точности измерения температуры" на заднюю стей - = ку термойндикатора "найосят контрастный рисунок (миру) и интерференционный клиновидный светофильтр перемещают относительно диафрагмы, огра нйчивающей спектральную область фильтра, йблосй прбПускания" Которо- " го совпадает по ширине с полосой пропускания термоиндикатора f33 .

Этот способ значительно йроще с особа определения температуры; связанного с применением устройств определения трехцветных координат световых иаточников или отра®ай@их йоверхностей, но егб -точность невйсока и ограничивается- десятыми доля" " мй градуса, в то время как жидко-" кристаллические термоиндикаторы могут обеспечить такую точность да же при визуальном сПособе измере"нйя.

Целью изобретения- является повйше,ние точности измерения температуры.

6207 4

Поставленная цель достигается тем, что избирательно отраженный от жидкокристаллического термоиндика.I тора свет подвергают вторичному отражению от аналбгичного термоиндикатора, спектр отражения которого меняют во времени от исходного значения до совпадения спектров и измеряют. время изменения спектра, пропорциональное температуре.

Спектральная область проявления термохромных свойств жидких кристаллов зависит от шага "P" геликообраз " No "óïîðêäî÷åííoé структуры. жидкого кристалла. Рассеиваемое излучение жидкого кристалла, т. е. длина отраженной волны, удовлетворяет следующему соотношению:

Л паис где n — средний показатель преломления жидкого кристалла в направлении

26 оптической оси. Поскольку шаг сильно зависит от температуры, функцией температуры является иЯ „ .Ширина спектра света,отражаемого жйдкокристаллической структурой обычно составляет

200 Л при освещении структуры белым светом. Спектр видимого света занимает промежуток от 3800 до 7800 Х

1 У т.е. ширина полосы видимого света равна 4000 K. Если жидкокристалли ческий индикатор перекрывает диапазон видимого света эа 1 С (ширина меэофазы), то очевидно, что при разрешении cia =200 А, можно получить погрешность измерения температуры

З . 0,05 С. Выбирая ширину зоны меэофаэы жидкбго кристалла от 10 С до

0,1 С,можно менять погрешность измерения температуры от 0,5 до 0,005 С, Следует отметить, что при последовательном отражении от двух поверх4О ностей термоиндикаторов полоса отра :женрого света может быть доведена до

20 А, хотя при этом будет определенное ослабление отраженного сигнала. В таких случаях погрешность измере,ния температуры практически может ..быть снижена уже при .одноградусном ермоиндикаторе до 0,005 C. Погрешность может бйть еще меньшей при использовании термоиндикаторов с более узкой шириной меэофаэы. Пля большинства же практических измерео ний приемлема погрешность 0,1 С..

Как -следует иэ вышесказанного, с помощью термоиндикаторов холестерического типа можно измерять темпео ратуру с погрешностью около 0,001 С.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство для осуществления способа содержит источник белого света

1, оптически связанный с жидкокрис40 таллическим термоиндикатором 2, который крепится .на объекте измерения

3,:жидкокристаллический термоиндикатор 4, оптически связанный с термойндикатором 2 и фотоприемником 5, g5 блок перестройки спектра отражения б, высокой, разрешающей способностью термоиндикаторы, — позволяет создать измерительное устройство температуры с.погрешностью измерения температуры около

5 0,001 С.

Формула изобретения

1. Способ дистанционного измерения температуры, заключающийся в определении положения спектральной полосы установленного на объекте термоиндикатора и нахождении температуры по температурно-спектральной характеристике термоиндикатора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, избирательно отраженный от жидкокристаллического термоиндикатора свет подвергают вторичному отражению от аналогичного термоиндикатора, спектр отражения которого меняют во времени от исходного значения до совпадения спектров и измеряют время изменения спектра, пропорциональное температуре.

2 ° Устройство для реализации способа по п,1, содержащее источник белого света, оптически связанный, с термоиндикатором, и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены второй аналогичйый термоиндикатор, оптически связанный с фотоприемником, блок перестройки спектра отражения второго термоиндккатора, содержащий термоэлемент,блок управления и блок считывания, причем оба термоиндикатора выполнены жидко" кристаллическими и оптически связаны между собой, а блок управления соединен с блоком считывания, фотоприемником и блоком перестройки спектра отражения второго термоиндикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и системь управления, Р 3, 1974, с.40.

2. Патент Франции Р 2231958, кл. G 01 J 3/48.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 445853, кл. G 01 J 3/00, 1974 (прототип).

746207 термически связанный с термоиндикатором 4 и электрически с блоком yïðàâления измерениями 7, который электрически связан с фотоприемником 5 и блоком считывания 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Свет источника 1 света освещает жидкокристаллический термоиндикатор

2, находящийся на объекте измерения

3.. Под воздействием температуры объекта 3, жидкокристаллический термоиндикатор 2 приобретает определенный ллектр отражения, соответствующий определенной температуре объекта.

Селективно отраженный свет от жидког 15 кристаллического термоиндикатора 2 падает на аналогичный жидкокристаллический термоиндикатор 4. При включении устройства на измерение с блока 7 поступает команда одновременно на блок б и блок 8. 20

Блок 8 начинает отсчет времени.

Блок б изменяет во времени спектр отражения жидкокристаллического термоиндикатора 4, начиная с некоторого исходного состояния. При совпадении спектров отражения жидкокристаллических термоиндикаторов 2 и 4 на входе фотоэлемента 5 появляется сигнал, который поступает в блок 7.

Блок 7 одновременно подает команду 30 на блоки б и 8. Блок б прекращает воздействие на жидкокристаллический термоиндикатор 4, а блок 8 останавливает отсчет времени и преобразует это время в отсчет температуры. Ис- 35 полнительным органом блока б для изменения спектра жидкокристаллического термоиндикатора 4 может служить термозлемент, температура которого может изменяться в широких пределах, 4) например, термобатарея "Селен".

Использование способа дистанционного измерения температуры жидкими кристаллами обеспечивает по сравнению с существующими способами 4) следующие преимущества: исключает сложную оптическую систему, не требует многозвенных фильтров, что позволит создать технологичное в изготовлении и простое в эксплуатации устройство; — позволяет использовать дешевые, обладающие малой теплоемкостью и

746207

Составитель Л.Латыев

Редактор Л.Курасова Техред И. Петко Корректор М.Коста

Заказ 3927/28 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113935, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4