Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеиоз Советских

Социалистических

Рвслублмк

951087 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 21.11.80 (21) 3006554/18-10

)51) M Kn в с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетG 01 К 11/12

Государственный комитет

С С С P. но делам изобретений. и открытий

Опубликовано15.08.82Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 15 ° 08.82 (53) УДК 536. 53 (088.8) (72) Автор

B . .М. Латышев (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, и может быть использовано в промышленности для измерения температуры контролируемых сред, в аппарате термозащиты и терморегулирования в условиях интенсивных электромагнитных полей.

Известны устройства для измерения температуры, включающие источник белого света, фотоприемник и термочувствительный элемент.в виде объема, образованного двумя матированными пластинами иэ прозрачного материала, между которыми находится нитробензол.

На наружные поверхности пластин нанесены электроды, подключаемые к источнику высоковольтного напряжения.

Принцип действия таких устройств состоит в изменении оптических свойств жидкости (нитробенэола) путем подачи напряжения в зависимости от температуры (13.

Недостатком этого устройства является небольшой диапазон измерения температуры, обусловленный тем, что показатель преломления нитробензола незначительно изменяется от прикладываемого напряжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, оптически связанный с фотоприемником и с источником света, регистратор (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения температуры, обусловленная нелинейностью выходных характеристик устройства из-за спектральной зависимости чувствительности фотоприемника и попаданием постороннего света в термо15 чувствительный элемент и фотоприемник, а также узкий диапазон измеряемых .температур, обусловленный применением термочувствительного элемента на основании изооптического материала.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширения диапазона измеряемых температур.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры введены генератор переменного тока, резонансный усилитель, конденсор темного поля, спектральный и пространственный фильтры, размещенные последовательно вдоль оптической оси между термочувствительным элементом, выполненным

951087 в виде световода с матированной оболочкой, и фотоприемником, при этом конденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом, и источником света, вход которого электрически соединен с выходом гене- 5 ратора переменного тока, а выход фотоприемника соединен со входами резонансного усилителя и.регистратора.

На фиг. 1 приведена схема выполнения предлагаемого устройствами íà 10 фиг. 2 — сечение A-A на фиг. 1 (термочувствительного элемента, выполненного в виде световода), Устройство для измерения температуры (фиг. 1) содержит источник света 1, в качестве которого используется светодиод, генератор переменного тока 2, подключенный к источнику света 1, конденсор; темного поля 3, спектральный 4 и пространственный

5 фильтры, фотоприемник б (фотодиод), резонансный усилитель 7, соединенный с фотоприемником, регистрирующее устройство 8, подключенное к выходу резонансного усилителя и термочувствительный элемент 9.

На фиг. 1 показан термочувствительный элемент 9, выполненный в виде световода, содержащий оболочку 10

30 световода 9 и сердцевину 11 световоКонденсор темного поля 3 установлен перед источником света 1. Спектральный -4 и пространственный 5 филь-! тры установлены последовательно перед фотоприемником 6. Термочувстви- 35 тельный элемент 9 выполнен в виде световода, состоящего из оболочки 10, наружная поверхность которой матирована, и сердцевиной 11 с температурными коэффициентами преломления, раз- 4Р личными по знаку или величине. Как вариант исполнения световод может быть выполнен из трех секций, соединенных последовательно, крайние из которых имеют большую числовую апертуру и малую зависимость показателей преломления сердцевины и оболочки от температуры, а для средней секции оболочка 10 выполнена из кремнийорганического компаунда марки типа СИЭЛ, имеющего показатель преломления при

20 С вЂ” 1,4, а при 60 С вЂ” 1,47. Материалом сердцевины является оптичес.кое стекло марки ЛК-6 с показателем преломления 1,47. Спектральные характеристики источника света 1, спектрального фильтра 4 и фотоприемника б при этом согласованы. Резонансная частота усилителя 7 равна рабочей частоте генератора переменного тока 2. 60

Пространственный фильтр 5 представляет собой непрозрачный диск, выполненный на стеклянной пластинке фотоспособом, и предназначен для исключения попадания на фотоприемник, 65 световых пучков, выходящих под малы ми углами к оси световода.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от источника света 1, модулируемое по интенсивности генератором переменного тока 2, при помощи конденсора темного поля 3 вводится через торцовую поверхность в световод термочувствительный элемент 9. При этом конденсор темного поля 3 служит для выделения светового потока, подаваемого на вход измерительной секции волокна, в систему лучей наиболее чувствительных к изменению показателя преломления оболочки волокна. Разгружая фотоприемник от неинформативных лучей, близких к нормали, к торцовой поверхности волокна, конденсор темного поля тем самым дает выигрыш по уровню световых потоков и, следовательно, сигналов с выхода фотодетектора.

В световоде возбуждаются высшие типы волн, наивысший порядок которых определяется разностью показателей преломления оболочки 10 и сердцевины

11. С выходного торца световода световое излучение приходит спектральный 4 и пространственный 5 фильтры и попадает на фотоприемник б. Электрический сигнал с выхода фотодетектора усиливается резонансным усилителем 7 и поступает на регистрирующее устройство 8. Пространственный фильтр

5 выделяет из всего конуса лучей с выходного торца световода только лучи, идущие под углами, соответствующими высшим модам светового излучения, наиболее чувствительным к разности показателей преломления сердцевины 11 и оболочки 10. При повышении температуры окружающей среды показатель преломления оболочки уменьшается, в то время как показатель преломления сердцевины практически не изменяется, и поскольку разность показателей преломления сердцевины и оболочки увеличивается, на фотоприемник б проходит все большее количество энергии. При равенстве показателей преломления сердцевины и оболочки световая энергия полностью рассеивается на матированной поверхности оболочки и сигнал на выходе фотоприемника отсутствует. Однозначная зависимость светопропускания термочувствительного элемента 9 от температуры позволяет реализовать устройство для измерения температуры в широком диапазоне температур.

С целью уменьшения. погрешностей измерения температуры, обусловленной низкой помехозащищенностью устройства от посторонних источников света, в устройство введен спектральный фильтр

4, ослабляющий попадание на фотоприемник б света от посторонних источников

951087

Составитель М. Вабищевич

Редактор A. Гулько Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Шекмар

Заказ 5932/44 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 со спектральным составом, отличным от полосы пропускания фильтра, а дополнительную помехозащищенность устройства на длине волны пропускания спектрального фильтра 4 обеспечивает резонансный усилитель 7, работающий 5 на рабочей частоте генератора переменного тока 2.

Технико-экономический эффект от использования устройства выражается в уменьшении погрешности измерения )0 температуры до.0,1% и в расширении диапазона измеряемых температур от

-60 С до +200 С, а для модифицированного материала СИЭЛ от -80ОC до

+200 С, в учеличении помехозашищенности устройства от внешних световых и электромагнитных полей, в быстродействии измерений до величины 0,10 с, обусловленное матированной поверхностью оболочки световода и его малыми размерами. Таким образом, устройство для измерения температуры находит широкое применение в народном хозяйстве.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры содержащее термочувствительный элемент, оптически связанный с фотоприемником и с источником света, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых температур, в устройство введены генератор переменного тока, резонансный усилитель, конденсор темного поля, спектральный и пространственный фильтры, размещенные последовательно вдоль оптической оси между термочувствительным элементом, выполненным в виде сйетовода.с матированной оболочкой, и фотоприемником, при этом конденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом и источником света, вход которого электрически соединен с выходом генератора переменного тока, а выход фотоприемника соединен со входами резонансного усилителя и регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 464792, кл. G 01 К 11/12, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

М 495559, кл. G 01 К 11/12, 1974 (прототип).