Термоиндикатор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеюз Севетскик

Сфциалистическим

Республик (n)808877

К АВТОИ:КОМУ СВМ ВИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 15. 02. 79 (21) 2749725/18-10 с присоединением заявки ¹â€”

{23) Г3риоритет

Опубликовано 2802.81. Бюллетень Ио 8

Датаопубликованияописанмя 28. 02. 81 5 „К„з

G 01 К 11/12

Госуддрственный комитет

СССР по дмам изобретений н открмтнй

1 (53) УДК 536. 53 (088. 8) (72) Авторы изобретения

М. И. Чернякова, Ю. Р. Войцехов и Л. Г. тен Щг,-, 1 (73 ) Заявитель (54) ТЕРМОИНДИКАТОР

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры объектов, работающих в труднодоступных условиях.

Известны термоиндикаторы, которые при достижении определенной температуры изменяют свой внешний вид, в частности, цвет, прозрачность, форму {.1) .

Из известных термоиндикаторов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является термоиндикатор, содержащий смесь органической жидкости нетвердого порошкообразного ингредиента - измельченного стекла, причем твердым ингредиентом является особое стекло, жидким — раствор двух терпен-углеводородов. Термоиндикатор, являясь смесью двух разнородных материалов, представляет собой оптически неоднородную систему с присущей ей спектральной избирательностью для проходящего сквозь него белого света f 23.

При каждом значении температуры в пределах рабочего температурного диапазона термоиндикатор беспрепятственно пропускает свет лишь в узком спектральном интервале, рассе ивая остальные составляющие прохо:дящего светового потока. При изменении температуры соответственно . изменяется спектральный состав свободно проходящего света, что проявляется как изменение света термоиндикатора.

Недостатком известного термоиндикатора является низкая точность измерения температуры, вызванная низкой спектральной избирательностью устройства, невозможность измерения с высокой точностью температуры в диапазоне 28-58оС, нйзкая надежность, вследствии необходимости герметизации термоиндикатора.

Цель изобретения — повышение точ«

З) ности измерения температуры в диапазоне 28-58 C.

Поставленная цель достигается тем, что термоиндикатор содержит твердый ингредиент — оптическое стекло ЛК4, измельченное до фракции 60-200 мкм и жидкий ингредиент л -ксилол в следующих соотношениях, вес.Ъ:

Оптическое стекло марки

ЛК4 60-74 и†ксилол 26-40

808877

Ингредиенты термоиндикатора образуют физическую смесь. При этом химическии состав стекла ЛК4 однозначно определяется его маркой.

На чертеже представлена температурно-спектральная характеристика термоиндикатора, определяющая сме5 щение его максимума пропускания света с длиной волны Л> в зависимости от температуры.

Температурно-спектральная характе ристика связывает свет термоиндикатора с температурой и определяется такими термооптическими параметрами ин1 гредиентов,как и -показатель преломления, соответствующий длине волны

Лв . При этом точность измерения температуры тем выше, чем контрастнее изменение цвета термоиндикатора в соответствии с изменением температуры.

Термоиндикатор является оптически 20 неоднородной смесью. Ингредиенты смеси выбраны таким образом, что в рабочем температурном диапазоне они имеют близкие показатели преломления, но различные средние дисперсии 4 F и температурные коэффициенты показателей преломления.

Рабочий температурный диапазон дТ термоиндикатора охватывает температурный интервал, в пределах которого йо смещается в пределах видимой области спектра, и соответственно цвет вещества изменяется от красного до фиолетового.

Насыщенность и контрастность цвета термоиндикатора определяется его рассеивающей способностью как оптически неоднородной смеси и характеризуется полосой пропускания П, измеряемой на уровне 0,5 его контура пропускания. Чем больше толщина слоя вещества Z, чем больше частиц твердогб ингредиента (оптических неоднородностей) встречается на пути луча и чем больше различие показателей преломления в окрестности длины волны А (чем больше отличаются д „ ингредиентов}, тем уже полоса пропускания, выше спектральная избирательность и тем соответственно контрастнее цвет термоиндикатора.

При уменьшении размера частиц Ь твердого ингредиента П увеличивается, Однако при выборе д сталкиваются два противоречивых требования.

С одной- стороны, для того, чтобы предлагаемый термоиндикатор действительно выполнял функции светофильтра необходимо, чтобы на своем пути луч света встречал достаточно большое количество оптически неоднородных включений (рассеивание должно быть многократным), с другой стороны, при ограниченной толщине слоя 2 это приводит к необходимости уменьшения размера частиц д, что, в свою очередь, приводит к ухудшению спектральной избирательности.

Для того, чтобы не происходило существенного искажения температурного поля объекта и резкого понижения точности измерения, толщина термоиндикатора 2 не должна превышать

1 мм. При Z 41 мм размер частиц твердого ингредиента следует ограничить интервалом Ь = 60-200 мкм, в этом случае на своем пути луч света встречает не менее 5 частиц, и смесь является многократно рассеивающей системой. Исследования показали„что оптимальная спектральная избирательность соответствует случаю плотной упаковки частиц твердого ингредиента в термоиндикаторе, когда жидкий ингредиент заполняет лишь поры между частицами. Это соответствует оптимальному объемному соотношению (ингредиентов (д — отношение суммарного объема твердого ингредиента к объему смеси).

При b,= 60 мкм оптимальная спектральная избирательность термоиндикатора наблюдается при весовом содерВвиду:различия д „ дисперсионные кривые и = f (Л) ингредиентов имеют разную крутизну и ввиду. близости по- 30 каэателей преломления в интервале д Т графики и = f (Л) и n = f (Л), соответствующие жидкому и твердому ингредиентам, пересекаются в некото- рой точке, для которой n (A. g ); З5

n > (До), т.е. показателй преломления ингредиентов совпадают. Свет с длиной волны Л и беспрепятственно пропускается термоиндикатором. Для всех остальных длин волн ввиду того, что 4О и.у (Л.) Ф n> (Л. ), вещество ведет се= бя как оптически неоднородная рассеивающая система. Длина волны света Ао

I для которой термоиндикатор прозрачен, определяет его цвет.

Термочувствительность термоиндикатора обусловлена различием температурных коэффициентов показателей преломления ингредиентов. По величине

С И Р = ксилола более, чем на два порядка превышает - -ъ стекла ЛК4,t

- =CtHЪ. . и температурным изменением и твердого ингредиента можно пренебречь по сравнению с жидким. У,У =ксилола и существенно изменяется с температурой. При повышении температуры дисперсионная кривая и1 = f (А ) "опускается", а при понижении - "поднимается". В результате этого при изменении температуры изменяется длина 4Î волны Að, которая соответствует точке ,пвресечения дисперсионных кривых и„ (g ) и и (A.) ингредиентов смесй и соответственно изменяется цвет вещества. á5

808877

Формула изобретения

ЮР +80 00

Составитель В. Голубев

Редактор П. Макаревич ТехредМ. Голинка Корректор " Григорук

Заказ 399/44 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП ".Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 жанни стекла ЛК4, равном 60%, Р -ксилола — 26%.

Изменение а н 0" не сказывается на температурно-спектральной харак- теристике термоиндикатора t = - f (А 7, а отражается только на насыщенностй его цвета, т.е. на ширине .его полосы пропускания.

При 2 q> 1 мм, Ао = 0,55 мкм термоиндикатор при Ь = 60 мкм имеет

П = 0,0495 мкм, а при и = 200 мкм

2 = 1 мм, A.о= 0,55 мкм имеет

П = 0,0270 мкм.

Термоиндикатор позволяет с высокой 15 точностью измерять температуру в интервале 28-58 С Использование одной жидкости в качестве жидкого ингредиента вместо раствора двух упрощает технологию изготовления термоинди- 2О катора, повышает его надежность.

Термоиндикатор, содержащий смесь органической жидкости и твердого порошкообраэного ингредиента - измельченного стекла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаення, точности измерения температуры в диапазоне 25 — 58 С, он содержит твердый ингредиент — оптическое стекла ЛЕЯ, измельченное до фракции 60 -.200 мкм и жидкий ингредиент,И -кснлол в следующих количествах вес.Ъ:

Оптическое стекло ЛК4 60-74 .М -ксилол 26-40

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Абрамович Б. Г. Термоиндикаторы и их применение. М., "Энергия", 1972„ с. 9-14.

2. Патент Великобритании

Р 1134027, кл, G 1 D, онублик.

20.11.68 (прототип).