Устройство для измерения температуры

"/ няковаво СССР975. 10. ДМфСТОЕННЫЙ КОЦИТП СССР АЫ ИЗОВ%ТИНИЙ И ОЗНРЫТИ АИТфСНОМУ,фИДЕТВЪСТВ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отреэка волоконного световода источник света и фотоприемник, о л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьааения точности измерения в него введен узкополосный светоФильтр, установленный перед входным торцомволоконного световода, снабженного дополнительно полимерной оболочкой.Изобретение оТносится к термометрии и может быть использовано в раз-личных системах измерения и контроля;температуры, преимущественножидких и газообразных сред,Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметаллическую пластинку с наклеенным нанее волоконным элементом, источниксвета и Фотоприемники 1 .Недостатки устройства - малаямеханическая устойчивость и точность,большая инерция и невозможность измерения текущего значения температуры.Наиболее близким по техничеСкойсущности к изобретению являетсяустройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отрезка волоконного световода, источник света, фотоприемник и связанные 2 Ос.объектом измерения пластины синуСоидального профиля, деформирующиеоптический волоконный элемент сизменением температуры 2.1Недостатком известного устройства является наличие промежуточноготермомеханического звена например,биметаллического ), связанного с профилироваиными пластинами, что в условиях больших механических нагру- ЗОзокудары и вибрации ) не позволяетобеспечить высокую. точность измерения температуры,Цель Изобретения - повышение точности измерения температуры.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерениятемпературы, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в видеотрезка волоконного световода, источник света и Фотоприемник, введен узкополосный светофильтр, установленныйперед входным торцом волоконного световода, снабженного дополнительнополимерной оболочкой.В таком термочувствительном эле" 45менте при понижении температуры вполимерной частично кристаллическойоболочке возникает геликоидальная кристаллитная. структура, приводящая к по"явлению микроизгибов цветовода, при- .5 Очем с дальнейшим понижением температуры амплитуда микроизгибов увеличивается, а радиусы изгибов постепенноуменьшаются. Это приводит к рассеянию света на микроиэгибах и падениюсветопропускания.На Фиг. 1 показано устройство,общий вид на Фиг. 2 и 3 - термочувствительный световолоконный эле-мен; при различных температурах2)С и -40 С соответственно ); на 60Фиг. 4 - зависимость светопропусканияотрезка волоконного световода оттемпературы,Устройство содержит термочувствительный 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 б крепится на трубопроводе 7. В корпусе 5 установлен герметизирующий фисатор В, на котором закреп- лены держатель 9 волоконного свето- вода 1 и его торцы.Источник света 1 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-Я 0), покрытой дополнительно полимерной термочувствительной оболочкой 13 (полиамид 11 или поли" . амид б,б ).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 микро- изгибов 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 достигается на маломодовых волокнах с ма-лой числовой апертурой М.( 0,24, где Р: п - п ) ф где Ь - показас и ф стель преломпения световедущей жилы п,- показатель преломяения световедущей оболочки.Это объясняется 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:сй)=СЕхР(-Сйй)где С и С не зависят от й и являются коэффициентами, зависящими от разницы показателей преломления, геометрических размеров оболочки и сердцевины волокна, количества и связи передаваемых мод.1017934 Ц 12 11 Составитель В. Голубеведактор О. Колесникова ТехредЖ,Кастелевич Корректор, фере каз 3525/38 писное ВНИИПИ т тираж 873 Государственного коми делам изобретений и о Иосква, Ж, Раушска Подета СССРрытийнаб., д. 4/5 113 лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Из экспоненциального характера зависимости вытекает, что юЦЙ)может меняться от малых 1 для больших радиусов ) до чрезвычайно большихдля малых раднусов 1 значений. Например, для маломодового волокна со значением Ьи= 6 е- й = 0,001, г =:б мкм на длине волны Ф = .О,бЗ мм уменьшениеР вдвое пр водит к увеличению затухания Ы(й) в 1 - 6,5 10 раз.Чувствительность устройства с Ю предложенным волоконным световодом зависит от материала оболочки, диамет ра волокна и его апертуры и составляет в среднем для стандартных фотоприемников 3-8 мв/град. 15Диапазон 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-б 0 /. Койструкция предложенного устройства обеспечивает высокую точность измерения температуры и возможность его изготовления в интегральном исполнении, что.позволяет получить высокую надежность.