Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<1ц859838

Союз Советских

Социалистических

Республик

OflNCAHHK

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 24Ä1279 (21) 2856550/18-10 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет

Опубликовано 30. 08. 81. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 30.08.81 (5l)N. Кл.

G 01 К 1!!12

Гасударственный комитет

СССР ио данам изобретений и открытий (53) УДК 536. .53(088.8) (72) Авторы изобретения

С.К. Моршнев, А.С. Рябов и А.В. Францессоп .

Ордена Трудового Красного Знамени институт ! радиотехники и электроники (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник светового излучения соединенный светоS

S водом а фотоприемником, термочувствительный элемент Г11.

Однако известное устройство не обладает требуемой чувствительностью из-за больших потерь излучения внут10 ри термочувствительного элемента, а, также из-эа того, что свет в нем распространяется расходящимся пучком.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры содержащее источник светового излучения, соединенный волоконным световодом с фотоприемником, термочувствите.льный элемент jQ .

Устройство обладает более высокой чувствительностью, однако она является недостаточной из-за потерь светового излучения в полупроводниковом термочувствительном элементе, который повышает и инерционность устройства.

Цель изобретения — повышение чувствительности при одновременном сни— жении инерционности устройства.

Для достижения цели термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один. изгиб с радиусом кривизны R определяемым соотношением (1) где по — показатель преломления материала сердцевины свето-. вода; п — показатель преломления материала оболочки световода;

Я вЂ” радиус кривизны сердцевины световода;

r — - внешний радиус кривизны оболочки световода.

На внешнюю поверхность изогнутого участка световода нанесено покрытие, выполненное иэ материала, показатель

859838

40 преломления которого меняется от температуры.

Для ниэкотемпературного диапазона в качестве материала покрытия световода используется силиконовая резина, а для высокотемпературного — пленка хлористого натрия.

Изогнутый участок световода выполнен в виде спирали.

На фиг. 1 изображено схематически устройство, обший вид; на фиг. 2 термочувствительный участок световода

t на фиг. 3 — термочувствительный элемент; на фиг. 4 — зависимость выходного сигнала устройства от температу— ры измеряемого объема.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, фотоприемник 2, осветительный 3 и измерительный 4 участки световода, термочувствительный элемент 5, выполненный в виде изогнутого участка световода, покрытие

6, выполненное из материала, показатель преломления которого сильно зависит от температуры, сердцевину

7 волоконного световода, оболочку 8.

На фиг. 4 представлены экспериментальные зависимости выходного сигнала устройства от температуры измеряемого объекта, например керосина, для различных радиусов изгиба термочувствительного элемента, выполненного в виде изогнутого участка световода.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от источника

I поступает в осветительный участок

3 световода иэ оптического волокна с сердцевиной 7 и оболочкой 8 и распространяется преимущественно по сердцевине 7 за счет явления полного внутреннего отражения на границе сердцевина-оболочка. На участке

5 с изгибом,,радиус Й которого удовлетворяет укаэанному выше соотношению, световое излучение выходит из сердцевины 7 и распространяется по .оболочке 8.

В оболочке 8 световое излучение распространяется веером лучей, падающих на границу оболочка 8 — внешняя среда 9 (фиг. 2), в некотором диапазоне углов. Те лучи, которые падают на указанную границу под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения для данной внешней среды 9 и при данной температуре, выходят из оболочки 8 во внешнюю среду 9.!

О

Остальные лучи, отразившись на границе раздела оболочка - внешняя среда, в силу симметрии световода и принципа обратимости светового луча, возвращаются назад в сердцевину 7 и распространяются по измерительному участку 4 (фиг. I и 3) волоконного световода к фотоприемнику 2.

Если температура внешней среды 9 изменяется, например повышается, то изменяется показатель преломления внешней среды 9, Повьш екие температуры чаще всего приводит к уменьшению показателя преломления внешней среды 9. Такое уменьшение показателя преломления изменяет величину угла полного внутреннего отражения. При этом часть лучей, которые выходят из оболочки 8 во внешнюю среду 9, отражаются от указанной границы раздела и возвращаются в сердцевину на измерительном участке 5 волоконного световода. Это увеличивает световой поток, падающий на фотоприемник 2, т.е. увеличивается сигнал поступающий с устройства.

Если температура внешней среды уменьшается, это приводит к увеличению — внешняя среда и, следовательно, к выходу во внешнюю среду части излучения, ранее остававшееся в световоде. Таким образом, световое излучение, падающее на фотоприемник, уменьшается, пропорционально ему уменьшается и сигнал устройства для измерения температуры.

Меняя радиус R изгиба участка 5 волоконного световода, при условии выполнения соотношения (1), можно изменять диапазон углов падения на границу раздела оболочка — внешняя среда тех лучей, которые распространяются в оболочке 8, и, следовательно, менять диапазон измерения температуры в конкретной внешней среде 9.

Так как для измерения температуры используется физическое свойство (показатель преломления) тела, температура которого измеряется, то не требуется дополнительного времени для того, чтобы термометр пришел в тепловое равновесие с внешней средой 9.

Для измерения температуры жидких и газообразных веществ, показатель преломления которых в данном интервале температур меняется с изменением температуры незначительно, а также

859838 6, где по вЂ,показатель преломления материала сердцевины световода; п„ - показатель преломления оболочки световода;

P — радиус кривизны сердцевины световода;

r — внешний радиус кривизны оболочки световода.

2. Устройство по п. 1, о т ц ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса измеряемых веществ, на внешнюю поверхность изогнутого участка световода нанесено покрытие, выполненное из материала, показатель преломления которого меняется от температуры.

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве материала покрытия световода для низкотемпературного диапазона используется силиконовая резина, а для высокотемпературного — пленка хлористого натрия.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что изогнутый участок световода выполнен в виде спирали. для измерения температуры твердых тел, поверхность изогнутого участка 5 световода покрыта материалом

6 (фиг. 1) с показателем преломления, сильно меняющимся в зависимости от температуры в измеряемом иитервале температур. В качестве материала покрытия используются различные марки силиконовой резины для темпе0 о ратурного диапазона -60 — +150 С, io и для высокотемпературного 700-800I C пленка хлористого натрия.

Для измерения температур веществ показатель преЛомления которых мал .(близок к 1) ° термочувствительный !

5 участок световода выполняется в виде спирали (фиг. 3). В этом случае устройство работает аналогично описанному.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее источник светового излучения, соединенный волоконным световодом с фотоприемником и термочувствительный элемент, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности при одновременном уменьшении инерционности, термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один изгиб с радиусом кривизны R, определяемым соотношением

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 574631, кл. G 01 К 11/12, 30.09.22.

2. Авторское свидетельство СССР

I1 609979, кл. G 01 К ll/12, 05,06.78 (прототип).