Способ определения температуры

Способ определения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: дистанционное измерение температуры. Сущность изобретения: на объекте контроля размещают термочувствительный элемент из соединения уранила. Импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона возбуждают его люминесценцию. Измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения ее интенсивности в выделенном спектральном интервале, по которому определяют искомую температуру. 4 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 К 11/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750157/10 (22) 16.10.89 (46) 30,08.92. Бюл. М 32 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.

А.Н.Савченко (72) В.Н.Бойков, А.Н.Красовский, В.И.Покаташкин и Г,В,Шалаховская (56) Абрамович Б.Г. и Картавцев В.Ф. Цветовые индикаторы температуры. М.: Энергия, 1978, с,133, Авторское свидетельство СССР

N. 479964, кл. G 01 К 11/00. 1975.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры.

Известен способ измерения температуры объектов различной конфигурации путем измерения интенсивности люминесценции датчика, находящегося в термическом контакте с объектом, и последующего определения температуры по известному соотношению, связывающему температуру объекта с интенсивностью люминесценции датчика.

Известен также способ измерения температуры объектов, включающий импульсное возбуждение люминесценции датчика, находящегося в термическом контакте с объектом, и определение температуры по величине постоянной времени затухания люминесценции датчика.

При низких температурах (Т < 100 К) пользоваться таким способом для измерений невозможно, так как постоянная времени затухания люминесценции практически,. Ып, 1?58451 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР61 (57) Использование: дистанционное измерение температуры. Сущность изобретения; на объекте контроля размещают термочувствительный элемент иэ соединения уранила. Импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона возбуждают его люминесценцию. Измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения ее интенсивности в выделенном спектральном интервале, по которому определяют искомую тЕмпературу. 4 ил. не меняется с температурой, что связано с отсутствием в этой области процессов температурного тушения люминесценции. Например, для соединений уранила. кристаллы которых можно испольэовать в качестве вещества датчика, постоянная времени затухания люминесценции является практически постоянной величиной начиная с Т = 170 — 270 К в зависимости от соединения. При необходимости измерений температуры в области ниже этих предельных значений пользоваться известным cnoc0áoì практически невозможно.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых температур.

Поставленная цел ь достигается тем, что по способу определения температуры, заключающемуся в импульсном возбуждении . люминесценции датчика. находящегося в термическом контакте с обьектом, импульсами с длительностью, меньшей постоянной времени затухания люминесценции датчика, измерении постоянной времени

1758451 затухания люминесценции и определении температуры по значению этой величины, в качестве люминесцирующего вещества датчика используют ураниловые соединения, производят импульсное возбуждение люминесценции датчика излучением микросекундного диапазона, измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции соединений уранила до достижения максимального значения NHTGHcMBHOcTM люминесценции в выделенном спектральном интервале и по величине этого периода определяют температуру обьекта.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что вместо регистрации нескольких значений интенсивности излучения датчика в различные моменты времени после его импульсного возбуждения и определения постоянной времени затухания люминесценции по полученным значениям предлагается измерять интервал . времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения интенсивности люминесценции в выделенном спектральном интервале, Температурная зависимость указанного интер-. вала времени получена экспериментально при исследовании кинетики свечения ураниловых соединений. Ураниловые соединения имеют несколько исходных для люминесценции уровней энергии, обладающих свойством взаимного обмена энергией электронного возбуждения. Наряду с перераспределением "-нергии электронного возбуждения с уровня высокочастотного на низлежащий уровень имеет место и обратный процесс переноса энергии вверх с нижнего уровня на более высокочастотный.

Этот процесс зависит от температуры и влияет на характеристики кинетики люминесценции вещества.

Данные по измерению кинетики свечения показывают, что при импульсном лазерном возбуждении люминесценции излучением микросекундного диапазона и измерении кинетики люминесценции в разных спектральных интервалах, соответствующих излучению с разных исходных уровней; более коротковолновая компонента спектра затухает по закону, близкому к экспоненциальному, а более длинноволновые в начале разгораются, а затем затухают с временами жизни, значительно превышающими время загухания коротковолновой компоненты. При возбуждении более низкочастотного уровня соответствующая длинноволновая компонента затухает по экспоненциальному закону. а более коротковолновые в начале разгораются, а затем затухают.

Вид кинетических кривых данного вещества определяется его свойствами: расстоянием между исходными для люминесценции уровнями, природой этих

5 уровней, температурой. Экспериментально показано, что, в частности, период времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения люминесценции в выделенном спектральном ин10 тервале зависит от температуры; Эта зависимость определяет сущность изобретения и обьясняется зависимостью от температуры процессов переноса энергии вверх с длинноволнового на более коротко15 волновый уровень.

На фиг, 1 изображена упрощенная схема уровней энергии молекулы люминесцирующего вещества, схема селективного возбуждения, перераспределения энергии

20 между уровнями и излучения с этих уровней; на фиг. 2 = кинетические кривые излучения аммонийуранилпропионата после возбуждения световым импульсом с длительностью

1 мкс (1 — линия 475,1 нм {12048 см 1: 2—

25 475,4 нм(21034см );3 — 475,6нм (21026 см )

Т вЂ” 4,2 К); на фиг. 3 — кинетические кривые излучения натрийуранилацетата после возбуждения лазерными импульсами длительностью 2 мкс (1 — линия 21110 см

30 2 — 21145 см" при лазерном возбуждении с частотой 21140 см; 3 — линия 21110 см

4 — 21145 см при ла:-ерном возбуждении с

-1 частотой 21110 см; Т = 8 К); на фиг, 4— градуировочные кривые, представляющие

35 зависимость времени разгорания люминес.ценции с определанного уровня от температуры Т {1 — кривая получена для уровня

21110 см натрийуранилацетата, возбуждаемого лазером с частотой 21140 см; 2—

40 кривая получена для уровня 21145 см натрийуранилацетата, возбуждаемого лазером с частотой 21110 см ), Способ осуществляют следующим образом.

45 Пример 1. В качестве люминесцирующего вещества датчика берут аммонийуранилпропионат в кристаллическом или поликристаллическом состоянии и приводят в контакт с объектом измерения. Если

50 люминесцирующее вещество имеется в виде поликристаллического порошка, то его прессуют в таблетку и затем приводят в контакт с объектом. В молекуле вещества имеются три исходных для излучения уровня

55 энергии: 21048, 21034, 21026 см . Возбуждают люминесценцию излучением импульсного перестраивазмсго лазера на красителе

Кумарин-102 с плавной перестройкой частоты в диапазоне 465-510 нм, длительностью вспышки 2 мкс и полушириной полосы гене1758451

Фиг. f рации 3 см . Выбирают.из диапазона генерации частоту, соответствующую возбуждению коротковолнового уровня, т,е.

21048 см, Выделяют спектральный интервал, соответствующий излучению с уровня 21026 см, с помощью монохрома-1 тора ДСФ-12 (обратная линейная дисперсия при длине волны 450 нм 0,5 нм/мм).

Измеряют время от начала импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции с помощью измерителя временных интервалов spa>r =

=0,5,и с и по градуировочной кривой 1 (фиг.

4) судят о температуре объекта. Т = 16 К.

Пример 2, В качестве люминесцирующего вещества берут натрийуранилацетат в кристаллическом или поликристаллическом состоянии и приводят в контакт с объектом измерения. В молекуле этого вещества выявлены три исходных для излучения уровня энергии: 21 142, 21139, 21110 см . Возбуждаютлюминесценцию излучением импульсного лазера на красителе Кумарин-102 с частотой, соответствующей возбуждению

-1 коротковолнового уровня. т.е. 21140 см

Выделяют спектральный интервал, соответ-1 ствующий излучению с уровня 21110 см, с помощью монохроматора ДФС-12. Измеряют время от начала импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции в этом спектральном интервале тразг = 0,4 р с и по градуировочной кривой 2 (фиг. 4) судят о температуре объекта. Т = 10 К.

Пример 3. В качестве люминесцирующего вещества берут то же соединение, что указано в примере 2. Возбуждают его люминесценцию лазерной часто ой. соо15 ветствующей возбуждению длинноволнового уровня, т,е. 21110 см . Выделяют

-1 спектральный интервал, соответствующий излучению с уровня 21140 см, с помощью

-1 монохроматора. Измеряют время от нача10 ла импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции в этом спектральном интервале . тразг = 0,2p с и по градуировочной кривой 3 (фиг, 4) судят о температуре объекта. Т=

15 =18 К.

Формула изобретения

Способ определения температуры, включающий приведение термочувстви20 тельного элемента в тепловой контакт с объектом и воздействие на термочувствительный элемент импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона до возбуждения его люминесценции, о т л и25 ч а ю шийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона, в качестве материала термочувствительного элемента используют соединения уранила, измеряют период времени с момента возбужде30 ния люминесценции соединений уранила до достижения максимального значения интенсивности люминесценции е выделенном спектральном интервале и по величине этого периода оп ределяют температуру

35 объекта.

1758451

1758451

Составитель Г, Шалаховская

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор С, Патрушева

Редактор 4. Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2991 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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