Устройство для измерения температуры перегрева

Устройство для измерения температуры перегрева

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

< 938031

ОП ИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпик (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено22. 12.80 (21) 3222033/18-10 с присоелинением заявки №вЂ” (51)Ч. Кл.

G 01 К 11/12

Гааударстпхны0 кавктат

СССР аа делан кзааретехий к аткрыткй (23) Приоритет—

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания23.06.82 (53) УДК536.53 (088.8) В. Б. Богданович, А. С. Каменской, С. В. -6в@,щиков и Б. 3. Юдовский

/ ", (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕВА

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для изме. рения температуры перегрева с помощью жидких кристаллов, и может быть использовано для дистанционного из5 мерения локальных температур и температурных полей радио- и электроаппаратуры, работающей в сложных условиях, например под высоким электрическим потенциалом или в полях СВЧ, а также труднодоступных деталей и сред.

Известны устройства для измерения температуры, содержащие термохромный индикатор, оптиковолоконные передающие и приемные каналы, фотоприемник и источник светового излучения. Принцип действия таких устройств состоит в изменении спектра отражения термо- 2о хромного индикатора в зависимости от температуры (1 ).

Недостатком таких устройств является низкая точность измерения температуры, обусловленная нестабигьностью фотоприемника, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры перегрева, включающее термохромный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения и с регистратором, содержащим фотоприемник и блок регистрации (2 1, Недостатком устройства является низкая точность измерения температуры обусловленная малым разрешением в области максимумов спектра отражения жидкокристаллического вещества при изменении температуры, а также неравномерностью спектральной характеристики фотоприемника.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Эта цель достигается тем, что в устройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блок запомина3 93803 ния и сравнения, счетчик, управляемый источник напряжения логический

1 блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромный индикатор, оптически связанный с источником 5 светового излучения через дефлектор а через спектроскоп - с фотоприемником, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока через компаратор, блок запоминания и 16 сравнения, счетчик, аналоговый комму татор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника, а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового ком. мутатора, блока запоминания и сравнения, счетчика и управляемого источника напряжения, выход которого соединен с входами нагревательного элемента и регистрирующего блока, На чертеже приведена схема выполнения устройства для измерения температуры.

Схема включает в себя термохромные индикаторы 1 температуры, выполненные на основе жидкокристаллического вещества и находящиеся в тепловом, контакте с объектом 2 контроля, тепловой эталон 3, управляемый источник 4 напряжения, оптические передающие каналы 5, дефлек" тор 6, осветитель 7, оптический приемный канал 8, спектроскоп 9, многоэлементный фотоприемник 10, коммутатор 11, логический блок 12, счетчик 13, компаратор 1ч, блок 15 запоминания и сравнения, регистрирующий блок 16.

При этом в качестве теплового эталона 3 используют резистор, подключенный к управляемому источнику 4 ф) напряжения. Температура теплового эталона 3 определяется напряжением управляемого источника ч напряжения.

Термохромный индикатор 1 посредством передающего оптического канала 5 связан через дефлектор 6 с осветителем 7, а посредством приемного оптического канал 8 через спектроскоп 9 - с многоэлементным фотоприемником 10. Спектроскоп 9 выполнен в виде дифракционной решетки.

Оптические каналы 5 и 8 представляют собой жгуты оптического волокна, каждый из которых имеет два оптически независимых входа и два оптически независимых выхода, путем разделения обоих жгутов оптических волокон на две части со стороны вхо1 4 да и на две части со стороны выхода.

Одна часть оптических волокон, образующих передающий оптический канал 5, со стороны входа расположена вблизи дефлектора 6 таким образом, что дефлектор 6 в первом рабочем положении связывает их с осветителем 7, а со стороны выхода - вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с, объектом 2 контроля. Вторая часть оптических волокон, образующих пе — .. редающий оптический канал 5, со стороны входа также расположена вблизи дефлектора 6, а именно таким образом, что дефлектор 6, находясь во втором рабочем положении, связывает их с осветителем 7. Со стороны выхода вторая часть оптических волокон передающего оптического канала 5 расположена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3Первая часть оптических волокон приемного оптического .канала 8, со стороны входа размещена вблизи участ ка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля, а со стороны выхода — через спектроскоп 9 оптически связана с многоэлементным фотоприемником 10.. Вторая часть оптических волокон приемного оптического канала

8 со стороны входа расположена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контак.те с тепловым эталоном 3, а со стороны выхода через спектроскоп.9 оптически связана с многоэлементным фотоприемником 10.

В качестве осветителя 7 может быть использован любой источник "белого света" в спектре рассеяния ч00-700 нм термохромного индикатора близкой к равномерной.

Многоэлементный фотоприемник 10 так расположен относительно спектроскопа 9,÷òî на каждый элемент фотоприемника 10 проецируется определенный участок спектра. Кроме того, каж. дый элемент многоэлементного фотоприемника 10 электрически связан с одним из коммутируемых входов аналогового коммутатора 11. Управляющий вход коммутатора 11 связан с счетчиком 13, а разрешающий - с логическим блоком 12. Выход аналогового ком

93803

io мутатора 11 связан с входом компаратора 14, выход которого соединен с логическим блоком 12. Логический блок 1,2, кроме того, связан с счетчиком 13, блоком 15 запоминания и 5 сравнения, дефлектором 6 и входом регулируемого источника 4 напряжения, с, которым непосредственно связан регистрирующий блок 16 для фиксации измерительных значений температуры.

Устройство для измерения температуры перегрева работает следующим образом.

В начальный. момент времени дефлек- 15 тор 6 находится в первом рабочем положении и световой поток от осветителя 7 по передающему оптическому каналу 5 попадает на участок термохромного индикатора 1, находящийся 20 в тепловом .контакте с объектом 2 контроля. Отраженный от термохромного индикатора 1 световой поток по приемному каналу 8 подается на спектроскоп 9, причем спектральная характе- 25 ристика отраженного потока зависит от температуры участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля, т.е. от температуры объекта 2 зо контроля. Спектроскоп 9 разлагает световой поток в спектр и подает на многоэлементный фотоприемник 10.Каждый элемент фотоприемника 10 воспринимает свой определенный участок спектра, причем первый элемент воспринимает участок спектра в области коротких волн, и выходные напряжения этих элементов определяются интенсивностями соответствующих спектральных составляющих отраженного светового потока.

Напряжения с элементов фотоприемника 10 поступают соответственно на коммутируемые входы аналогового коммутатора 11. В коммутаторе 11 ocy" ществляется соединение одного из коммутируемых входов с выходом, причем номер соединяемого входа соответствует коду счетчика 13, поступающему на управляющий вход аналогового коммутатора 11. В исходном состоянии счетчик 13 содержит код первого вхо" да аналогового коммутатора 11, соответственно первого элемента фото"

55 приемника 10. Увеличение содержимого счетчика 13 на единицу соответствует подключению следующего элемента фотоприемника 10.

1 6

По внешнему сигналу "Начало изме. рения" поступающему на вход логического .блока 12, последний выдает на разрешающий вход аналогового коммутатора 11 сигнал "Разрешение коммутации" и напряжение от первого элемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступает на вход компа" ратора 14. В компараторе 14 напряжение от первого элемента фотоприем ника 10, соответствующее интенсивнос. ти спектральной составляющей отраженного света в области коротких волн, сравнивается с опорным напряжением, соответствующим уровню интенсивности светового потока, на котором анализируется ширина спектра отраженного светового потока.

Если напряжение от первого элемента фотоприемника 10 меньше опорного напряжения компаратора 14, то с компаратора 14 на логический блок

12 импульс не поступает, последний выдает импульс на вход счетчика 13, содержимое счетчика 13 увеличивается на единицу. В результате к выходу аналогового коммутатора ll подключается следующий коммутирующий вход и соответственно на вход компаратора

14 поступает напряжение от следующего элемента фотоприемника 10, соответствующее интенсивности спектральной составляющей отраженного светового потока в области более длинных волн.

Процесс поочередного подключения эле. ментов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор ll к компаратору

14 продолжается до тех пор, пока напряжение от очередного элемента фотоприемника 10 не превысит опорное напряжение компаратора 14 ° В этом случае с выхода компаратора 14 на логический блок 12 поступает сигнал по которому логический блок )2 выдает команду в блок 15 запоминания и сравнения на запоминание кода счетчика l3, соответствующего номеру элвмента фотоприемника 10 (соответст" венно определенному участку спектра отраженного светового потока), напря. жение которого превысило опорное на" пряжение компаратора 14. Таким образом, запоминается нижняя граница спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности отраженного светового потока.

Процесс подключения следующих ле ментов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор 11 к компаратору 14 яния.

7 93S03I продолжается до тех пор, пока напряжение от очередного элемента фотоприемника 10 не понизится ниже опорного напряжения компаратора 14. Как только это произойдет, с компаратора 14 на логический блок 12 сигнал не поступает, логический блок 12 снимает с разрешающего входа анало" гового коммутатора 11 сигнал "Разрешение коммутации", выдает команду в блок 15 запоминания и сравнения на запоминание кода счетчика 13, соответствующего номеру элемента фотоприемника 10, напряжение которого ниже опорного напряжения компаратора 14. Таким. образом, запоминает" ся:верхняя граница спектра рассеПосле запоминания границ спектра с логического блока 12 поступает сигнал на вход счетчика 13 и на уп равляющий вход дефлектора 6. Ilo этому сигналу счетчик 13 возвращается в исходное состояние, т.е. он

:содержит код, соответствующий перво- 25 му входу аналогового коммутатора 11, соответственно первому элементу фо" топриемника 10, а дефлектор 6 переходит во второе рабочее состояние.

При этом световой поток от осветителя 7 по передающему оптическому каналу 5 попадает на участок термохромного индикатора 1, находящийся в тепловом контакте с тепловым эталоном. Тепловой эталон 3 в это время имеет температуру окружающей среды. Отраженный световой поток по приемному каналу 8 через спектроскоп 9 попадает на многоэлементный фотоприемник 10. Так как счетчик 13 находится в исходном состоянии, то в аналоговом коммутаторе 11 к ком" мутации подготовлен первый коммути" руемый вход коммутатора 11. По разрешающему сигналу от логического блока 12 происходит коммутация пер" вого входа коммутатора 11 и напряжеграницами, ранее определенными для светового потока,. отраженного от участка термохромного индикатора 1 находящегося в тепловом контроле с объектом 2 контроля и определяются разницы кодов соответственно нижних и верхних границ.

Если совпадения с точностью до единицы разницы кодов соответственно нижних и верхних границ не произошло, то из логического блока 12 на управляющий вход управляемого источника 4 напряжения поступает сигнал "Разрешение приращения" и выходное напряжение источника 4 напряжения, а соответственно и температура теплового эталона, увеличиваются на некоторую величину.

Для новой температуры теплового эталона 3 вновь определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные границы вновь сравниваются с соответствующими. границами, определенными для объекта

2 контроля.

Процесс повторяется до тех пор, пока в блоке 15 запоминания и сравнения не произойдет такого соотношения кодов соответственно нижних и верхних границ спектра рассеяния, при котором разница кодов не будет превышать единицы. Как только это происходит и ошибка сводится к минимуму за счет симметризации спектра, с блока 15 запоминания и сравнения на логический блок 12 поступает сигнал, по которому логический блок 12 выдает сигнал "Конец измерения" и прекращает подачу сигнала "Разрешение приращения" на управляющий вход управляемого источника 4 напряжения.

Связанный с источником 4 напряжения ние от первого элемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступа" ет на вход компаратора 14. Аналогично предыдущему-определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на выбранном уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося.в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные гра" ницы сравниваются с соответствующими регистрирующий блок 6 дает при этом информацию не только о температуре теплового эталона 3, но и о равной ей температуре объекта 2 контроля.

То обстоятельство, что в предлагаемом устройстве для измерения температуры перегрева измерению подлежит не положение максимума интенсивности отраженного светового потока, а ширина спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности, позволи. ло избавиться от ошибки, связанной

9 938031 с разрешением в области максимума.

Кроме того, в предлагаемом устройстве температура перегрева объекта контроля оценивается по напряжению управляемого источника напряжения, определяющегося температуру теплового эталона в момент совпадения спектров рассеяния, вызванных на термохромном индикаторе объектом контроля и тепловым эталоном, что 1О исключило погрешность измерения, связанную в известном устройстве с неравномерностью собственной спектральной характеристики фотоприемника. !

Изобретение обеспечивает большую точность измерения температуры.

Формула изобретения

Устройство дпя измерения температуры перегрева, включающее термохром. ный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения и с регистратором, содержащим фотоприемник и блок регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения темпе10 ратуры, в устройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блок запоминания и сравнения, счетчик, управляемый источник напряжения, логический блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения че" рез дефлектор, а через спектроскопс фотоприемником, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока через компаратор, блок. запоминания и сравнения, счетчик, аналоговый коммутатор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника, а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового коммутатора, блока запоми :ания и сравнения, счетчика и управляемого источника напряжения, выход которого соединен с. входами нагревательного элемента и регистрирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и 4016761, кл. G 01 К 11/12, 1977.

2. Патент ГДР и 100549, кл. G 01 К 11/12, 1976 (прототип).