Устройство для измерения температуры

 

Союз Советскмк

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (51) м. кл.

Я 01 К 11/12 (22) Заявлено 11,02.80.(2! ) 2880336/18-10 с присоединением заявки J4 (23) П риоритет тввуавРствеввые кеиитет

СССР во далем изобретений и вткрыткй (53) УДК 536.53 (088.8) Опубликовано 30,10.81. Бюллетень Ki 4

Дата опубликования описания 03.11.81

Ц

А. V.. Гудименко, Н. С. Данилин и С. А. онойенко, !

4 1...; (72) Авторы . изобретения (7l) Заявитель г.: с т с .-. " —. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области термометрии, а именно к устройствам для измерения температур по изменению цвета измерительного элемента, и может быть использовано для дистанционного

S измерения локальных температур и температурных полей труднодоступных деталей и узлов.

Известны устройства. для измерения температуры, в,которых изменение цве10 та термочувствительного элемента наблюдается в свете, отраженном от его задней стенки, находящейся в тепловом контакте с поверхностью исследуемого объекта, конструктивно представляющие собой кювету с термочувствительным элементом, на заднюю стенку которой нанесено зеркальное покрытие, отражаясь от которого световой поток проходит через оптически неоднородную смесь дважды (13 .

Действие известного устройства основано на рассеивающем свойстве QIITH чески неоднородной смеси (иэооптической системы) для света, всех длин волн, для которых показатели преломления компонентов смеси отличаются между собой, и прозрачности ее для света, длине волны которого соответствует равенство показателей преломления компонентов смеси.

Измерение температуры основано на спектральном смещении полосьг пропускания термочувствительного элемента и соот ветствуюшем изменении его цвета в зависимости от температуры.

Недостатком этих устройств является очень малая точность измерения и узкая область применения вследствие того, что при наблюдении света, отраженного от задней стенки термочувствительного элемента, часть белого света от источника, освещающего термочувствительный элемент, отражается от его передней стенки, т. е. создает белый фон, затрудняющий определение цвета термочувствительного элемента; тепловой контроль непрозрачных объектов путем сквозного просвечивания невозможен как в силу конст»3 8 руктивных особенностей изделий, так и их оптической непрозрачности.

Наиболее близким по технической cymности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для контроля температуры, содержащее кювету с термочувствительной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствительным элементом и исследуемым объектом и соединенный с воз будителем излучения. Причем многослойный элемент содержит прозрачный элект род, нанесенный на одну из наружных стенок кюветы, прилегающий к нему слой электролюминофора с белым свечением,, поверх которого нанесен второй электрод в виде проводящего отражающего покрытия.

Возбудитель излучения выполнен в виде источника переменного напряжения (2g.

Недостатками устройства являются низкая точность измерения и узкая область применения, обусловленные нестабильностью характеристик излучения электр ролюминофора и недостаточной эффективнос тью при измерении локальных температур вследствие того, что материалы, из которых выполнены электроды многослойного элемента, обладают значительными коэффициентами теплопроводности и нарушают исходное распределение темпераЩ)»

Gem изобретения - повьпиеиие точности измерения и расширение области применения устройства.

Эта цель достигается тем, что в известном устройстве многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлектрических пле нок и содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начиная от границы с термочувствитеаьным элементом, согласующий, рассеивающий, световодный, отражающий и защитный слои, Для уменьшения тепловой инерционнос ти согласующий слой многослойного элемента находится в непосредственном кон такте с оптически неоднородной смесью.

Для упрощения конструкш и и умейьшеньы теплоемкости многослойного элемента, рассеивающий слой выполнен о ражающим и расположен между световодным и защитным слоями, Для ослабления взаимного влиянии световых потоков, излучаемых, различными участками термочувствительного эле- . мента, световодный слой выполнен из параллецьно расположенных волоконных све77358 4 товодов, разделенных светоиэолирующими прослойками.

На фиг. 1 показано конструктивное выполнение устройства для измерения

5 температуры H функциональные узлы, обе« спечиваюшие его работоспособность; на фиг. 2 — конструктивное выполнение световодного слоя многослойного элемента, Конструкция устройства, включает в себя термочувствительный элемент 1, выполненный в виде прозрачной кюветы

2, заполненной оптически неоднородной смесью органической жидкости 3 и стеклянного порошка 4,.многослойный элемент 5, расположенный между термочувстt вительным элементом 1 и исследуемым объектом 6 и соединенный с возбудителем 7 излучения.

Многослойный элемент 5 выполнен

20 в в"де стру" уры диэлектр ки "нок из материалов с различными показателями преломления, содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начиная от границы с термочувствитель ным элементом 1, согласующий 8, рассеивающий 9, световодный 10, отражающий 11, защитный 12 слои.

Световодный слой 10 выполнен в виде диэлектрической пленки из материала

30 с большим (порядка 1,6-1,8) показателем преломления, например из тяжелого флинта, Рассеивающий слой 9 выполнен, например, в виде диэлектрической, пленки с матированной поверхностью, полученЗ ной -в результате ионной бомбардировки или обработки абразивным порошком и обладающей в результате этого периоди ческой неоднородностью оптических характеристик.

Согласующий (просветляющий) слой 8 выполнен в виде группы диэлектрических пленок из материалов, величины показателей преломления которых последова45 тельно изменяются от величины показателя преломления рассеивающего слоя 9 до величины показателя преломления оптически неоднородной смеси, с которой согласующий слой 8 находится в непосреди ственном контакте.

Отражающий слой 11 выполнен в виде группы чередующихся между собой. диэлектрических пленок иэ материалов с большим и малым показателями прелом55 ления

Защитный слой 12 выполнен в виде диэлектрической пленки из материала, обладающего высокой механической проч

7358 6

1О

5 87 ностью, например из полиэтилентерефталата. Многослойный элемент.5 входным «онцом оптически связан с возбудителем 7 излучения, выполненным в виде осветителя, содержащего источник 13 света, например, стабильную спектрометричес кую лампу, инфракрасный фильтр 14 и узел 15 оптической связи, например, в виде набора световодных волокон 16, HG противоположный конец многослойного элемента 5 нанесено отражающее покрытие 17 в виде диэлектрической пленки с малым показателем преломления (порядка 1, 1-1,3), Световодный слой 10 многослойного элемента 5 (фиг. 2) выполнен из парал- лельно расположенных волоконных свето-.

% водов 18, разделенных светоизолирукяцими прслойками 19, показатель преломления которых меньше показателя преломления волоконных световодов 18.

Устройство работает следующим образом, Световой поток от источника 13 света через инфракрасный фильтр 14, где тепловая составляющая-спектра светового потока отфильтровывается и не оказйвает влияния на точность измерения температуры, поступает на оптический узел

15 связи и по еветоводным волокнам 16 поступает в световодный слой 10 многослойного элемента 5.

Распространяясь с световодном слое.

10,.световой поток, последовательно отражаясь от диэлектрического зеркала 11 и рассеивающего слоя 9, проходит. через рассеивающий слой 9 и согласующий слой

8 в направлении термочувствнтельного элемента 1. Необходимая эффективность вывода света из световодного слоя 10 достигается подбором параметров опти» ческой неоднородности рассеивающего слоя 9.

Диэлектрическое зеркало 11 обеспечивает создание оптимальных условий для распространения светового потока по световодному слою 10 и для повышения эффективности освешения, так как отражает свет, рассеянный слоем 9, в направлении исследуемого объекта 6.

Защитный слой 12 обеспечивает зашиту многослойного элемента 5;от ме ханических повреждений и воздействия окружающей среды.

Согласующий слой 8 обеспечивает эффективный ввод светового потока, рассеянного на неоднородностях рассеивающего слоя 9, в оптически неоднородную смесь, 15

26

25 зо

4О

Оптически неоднородная смесь, заполняющая кювету 2 термочувствительного элемента 1, рассеивает свет во всем спектральном диапазоне, в котором показатели преломления стекла 4 и жидкости 3 отличаются между собой, и беспрепятственно аропускает свет той длины волны, для которой показатели преломления компонентов смеси совпадают при данной температуре. При изменении температуры полоса пропускания оптически аеопнородной смеси смешается по спектру, *что приводит к изменению цвета термочувствительного элемента 1. Но изменению цвета термочувствительного элемента 1 можно однозначно судить о температуре исследуемого объекта 6.

Особенностью конструктивного выполнения .термочувствительного элемента 1 является то, что согласующий слой 8 многослойного элемента.5, плотно прилегающий к срезу кюветы 2 и закрепленный на ней, непосредственно контактирует с оптически неоднородной смесью. За счет этого снижена тепловая инерционность термочувствительного элемента 1.

Конструкция многослойного элемента

5 упрощается за счет исключения из его состава отражающего слоя 11 и помеще- ния на его место (т. е.. между световод« ным 10 и защитным 12 слоями) раса сеиваюшего слоя 9, Он совмещает в себе функции отражающего 11 и рассеивающего 9 слоев, тем самым уленьшается его толщина и, соответственно, теплоемкость, Конструкция световодного слоя 10 обеспечивает возможность построчного сканирования светового луча путем последовательного освещения отдельных волоконных световодов 18, чем ослабляется взаимное влияние световых потоков, излучаемых различными участками тер мочувствительного элемента 1. Построчное сканирование светового луча позволяет применять предлагаемое устройство в тех случаях, когда в качестве вторичной измерительной аппаратуры использу» ются приборы с построчным съемом информации.

Это расширяет область применений устройства ввиду возможности его использования для измерения локальных температур, визуализации тепловых полей объектов и для регистрации распределения температур по поверхности объектов.

Таким образом, предложенное yew ройство, обеспечивает большую точность

77358 8 ния тепловой инерционности, согласующий слой многослойного элемента находится в непосредственном контакте с оптичесия ки неоднородной смесью.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения теплоемкости многослойного .элемента, рассеивающий слой выполнен отражающим и расположен между световодным и защитным слоями.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с цепью ослабления взаимного влияния световых потоков, излучаемых различными участками тер15 мочувствительного элемента, световодный слой выполней из параллельно рас« положенных волоконных световодов, разделенных светоиэолирующими прослойками.

25 — О

Ю

С:ъ

СР

О О о о

Π— О

17

Л

° 11

Заказ 9601/64 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 8 измерения температуры, так как в нем исключены ошибки измерения, обусловлен-. ные изменением излучающих свойств мно. гослойного элемента в результате старен и воздействия окружающей среды, а также зависимостью их от условий возбуждения.

Формула, изобретения

1 . Устройство для измерения температуры, . содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптически неоднородной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствительным элементом и исследуемым объектом и соединенный с возбудителем излучения, о т л и ч а ю ta е е с я тем, что, .с цепью повышения точности измерейия и расширении области применения, многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлек рических пленок и содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начиная от границы с термочувствительным элементом, согласующий, рассеивающий, световодный, отражающий и защитный слои..

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшеИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Войцехов Ю, P., Чернякова М. М.

Иэооптический метод днстационного измерения температуры. - Вопросы радиоэлектроники, сер. ТРТО, вып, 2, 1974

2, Авторское свидетельство СССР

14 402764, кл. (а 01 К 11/12, 1971 (прототип).