Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отрезка волоконного световода, источник света и фотоприемник, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен узкополосный светофильтр , установленный перед входным торцом волоконного световода, снабженного дополнительно полимер- , ной оболочкой. (У) с К| ее

.. 0008 C08RTQHHX

" СФЮфЮМН

РЕСПУБЛИК

„„SU „„101 7934

3(Я1 01 K 11 Х2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

П0 ЮЛЯМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :!

Н АИТОРСНОМУ,.,PHQETEllhCTBY .(21) 3295178/18-10, (22) 29.05.81 (46) 15.05.83. Вюл.. Ф 18 (72) Ю.P. Войцехов:и M.Ì, Чернякова (53) 53б.53(088.8) (5б) 1.. Авторское свидетельство СССР

В .547872, кл. Н Oi Н 71/1б; 1975.

2. Патент Швеции В 410521, кл. G 01 D 5/2б,,опублик. 15.10.79. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочув ствнтельный элемент, выполненный в виде отреэка волоконного световода, источник света и фотоприемник, о тличаю-щееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен узкополосный светофильтр, установленный перед входным торцом волоконного световода, снабженного дополнительно лолнмер-, ной оболочкой.

1017934

Изобретение оТносится к термометрии и может быть использовано в раз- личных системах измерения и контроля;температурны преимущественно жидких и газообразных сред.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметаллическую пластинку с наклеенным на нее волоконным элементом, источник свет а и фотоприемники (1 ).

Недостатки устройства - малая механическая устойчивость и точность, большая инерция и невозможность измерения текущего значения температуры.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отрезка волоконного световода, источник света, фотоприемник и связанные 2О с.объектом измерения пластины. синусоидального профиля, деформирующие оптический волоконный элемент с изменением температуры (2 1.

Недостатком известного устройст- 25 ва является наличие промежуточного термомеханического звена (например, биметаллического ), связанного с профилироваиными пластинами, что в условиях больших механических нагру- yg зок (удары и вибрации ) не позволяет обеспечить высокую. точность измерения температуры.

Цель Изобретения - повышение точ ности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный э виде отрезка волоконного световода, источник света и фотоприемник, введен. уз- 40 кополосный светофильтр, установленный перед входным торцом волоконного световода, снабженного дополнительно полимерной оболочкой.

В таком термочувствительном эле- 45 менте при понижении температуры в полимерной частично кристаллической оболочке возникает геликоидальная крис- таллитная. структура, приводящая к появлению микроизгибов цветовода, при- .5О чем с дальнейшим понижением температуры амплитуда микроизгибов увеличивается, а радиусы изгибов постепенно уменьшаются. Это .приводит к рассеянию света на микроиэгибах и падению светопропускания.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид на фиг. 2 и 3 - термочувствительный световолоконный эле- мен ; при различных температурах (2 С и -40 С соответственно ); на 60 фиг. 4 - зависимость светопропускания отрезка волоконного световода от температуры.

Устройство содержит термочувстви тельный элемент.- отрезок волоконно го световода 1, источник света 2, фотоприемник 3, светофильтр 4 и выполнено в виде единой конструкции в корпусе 5, который при помощи флан- ца 6 крепится на трубопроводе 7. В корпусе 5 установлен герметизирующий фиксатор В, на котором закреп- лены держатель 9 волоконного световода 1 и его торцы.

Источник света (светодиод ) 2 и фотоприемник (фотодиод ) 3 подключены к электрическому разъему 10, соеди- ненному с цепями автоматики и питания. Световод 1 образован световедущей жилой 11 (например, кварцевое стекло 9 02), отражающей оболочкой

12 (например, боросиликатное стек.ло Ва О -SiО ), покрытой дополнительно полимерной термочувствительной оболочкой 13 (полиамид 11 или поли". . амид 6.6 )Устройство работает следующим образом.

При включении напряжения питания на разъем 10 загорается источник света (светодиод ) 2 и через светофильтр 4 посылает луч света в световод 1 и далее на фотоприемник 3. . При комнатной температуре микроизгибов световода 1 нет и поглощение света в нем невелико (см. фиг. 4 ).

С понижением температуры полимерная оболочка 13 образует микроизгибы

14 световода 1 и в связи с рассеянием света на микроизгибах поглощение в нем начинает расти пропорционально падению температуры, что приводит к изменению выходного сигнала фотоприемника 3.

Применение узкополосного светофильтра 4 обеспечивает повышенную линейность выходного сигнала при измерениях, .что связано с уменьше-, нием при фильтрации количества мод колебаний, распространяющихся по световолокну. Наибольшая чувствительность волоконного элемента достига-. ется на маломодовых волокнах с ма-лой числовой апертурой A.(0,24, где

Р = (й - п J < где h — показаC u с тель преломпения световедущей жилы п„ .- показатель преломяения световедущей оболочки.

Это объясняетая тем, .что при ма"лом количестве проходящих мод пропадание даже малой части из них приводит к большому изменению выходного светового сигнала.

В общем виде затухание в изгибаемом волокне определяется уравнением Маркузе: с (R) = С„ехр (- Са й) где С и С не зависят от R и являются коэффициентами, зависящими от разницы показателей преломления, геометрических размеров оболочки и сердцевины. волокна, количества и связи передаваемых мод.

1017934

g 12 ff 1. 2.2

Составитель В. Голубев

Редактор О. Колесникова ТехредЖ.Кастелевич Корректор .Ференц

Заказ 3525/38 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Из экспоненциального характера зависимости вытекает, что ю (й)может меняться от малых (для больших радиусов ) до черезвычайно больших (для малых.раднусов ) значений. Например, для маломодового волокна со значением йп = 6е- Й = 0,001, г =:б мкм на длине волны Ф = .О,б3 мм уменьшение .. Р - вдвое плодит к увеЛичению затухания eL(R) st — 6,5-10 раз.

Чувствительность устройства с l0 предложенным волоконным световодом зависит от материала оболочки, диамет.. ра волокна и его апертуры и составляет в среднем для стандартных фотоприемников 3-8 мв/град. t5

Диапазон работы волоконного элемента для измерения температуры можно сдвигать, меняя тнп полимера, например, применяя смешанные полиамиды, полученные сополимеризацией нескольких диаминов с одной дикарбоно. вой кислотой, либо одного диамина с .несколькими дикарбоновыми кислотами.

Т.е. Изменением структуры и состава полимера можно .понижать либо повышать температуру его кристаллизации; а значит и точку начала измерения.

Начало образования микроиэгибов световодов начинается на 70-150 выше точки. полной кристаллизации полимера (для полиамидов это степень кристаллизации 55-бОВ ).

Койструкция предложенного устройства обеспечивает высокую точность измерения температуры и возможность его изготовления в интегральном исполнении, что.позволяет получить высокую надежность.