Устройство для измерения температуры

СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09 ИИуц С 01 К 11/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯУ ЗМЕРЕНИЯсточник из 1 ЪСУДАРСТВЕВКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАН ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственныйуниверситет им. В.И.Ленина(56) 1. Лоунасмаа О.В. Принципы иметоды получения температур ниже1 К. М "Мир", 1977, с. 235-237.2. Авторское свидетельство СССР9 838422, кл. С 01 К 11/12, 1977(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее и лучения, делитель, опорный и измерительный каналы, исследуемый объект, чувствительный элемен, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и регистратор, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения в область сверхнизких температур, в него введен электромагнит, причем чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего резонансные к излучению ядра, в качестве источника излучения использован источник гамма-излучения, а чувствительный элемент размеп 1 ен между полюсами элект- ромагнита.1 111103Изобретение относится к техничес;кой физике и может быть использовано при измерениях сверхнизких температур,Известно устройство для измерениятемпературы ниже 1 К, содержащее ис точник мессбауэровского излучения,чувствительный элемент, находящийсяв тепловом контакте с объектом, температуру которого измеряют, блок уп Оравления относительным движением источника излучения и чувствительногоэлемента, регистратор интенсивностипрошедшего чувствительный элементизлучения. При этом чувствительныйэлемент выполнен из материала, содержащего резонансные ядра 1 ..Недостатком указанного устройства является ограниченный нижний предел измерения температур, соответствующий 10 К, в связи с тем, что3значение минимальной измеряемой температуры ограничено величиной рас- .щепления уровней сверхтонкой структуры, которая пропорциональна внутреннему магнитному полю и определяется характеристиками резонансныхядер вещества чувствительного элемента, Кроме того, практическое изготовление данного устройства связано с целым рядом технических и других трудностей, ограничивающих егоиспользование, Так, для полученияточных зйачений температуры отсчетыдолжны накапливаться в течение относительно длительного времени, порядка нескольких часов .Наиболее близким техническим решением к изобретению является, устройство для измерения температуры содерУ40жащее источник излучения, делитель,опорный и измерительный каналы, ис"следуемый объект, чувствительный элемент, размещенный в измерительном канале и контактирующий с исследуемымобъектом, приемник излучения и ре 45гистратор. При этом в качестве источника излучения использован источникоптического излучения. Делитель, чувствительный элемент и приемник излучения выполнены из материалов, изменяющих свои свойства и характеристики при воздействии на них оптического излучения. В качестве чувствитель-,ного элемента данного устройства использован световод из кварцевого 55стекла 23Недостатком данного устройства является ограниченный снизу диапазон измерения температур, Устройствоне может использоваться для измерения температур ниже 0,1 К, так какизмерение температуры основано наизменении линейных размеров чувствительного элемента и поэтому требуетналичия теплового контакта по всейего длине с исследуемым объектом.Чувствительность устройства инижний предел измеряемой температуры определяется геометрическими размерами чувствительного элемента.При относительно высоких измеряемыхтемпературах 77 К, использованиидлины волны излучения 0,5 мкм, сучетом коэффициента линейного расширения о световода Ф 0,2 10град 1.(кварцевое стекло) получаем длинусветовода, равную 0,03 м, Для температур порядка 0,1 К эта величинасоставляет уже 25 - 30 м. Таким образом, при переходе в область температур ниже 0,1 К данное устройствопрактически нереализуемо ввиду необходимости обеспечения однородноготеплового контакта с исследуемымобъектом по всей длине световода.Цель изобретения - расширениедиапазона измерения в область сверхнизких температур (ниже 10" К),Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерениятемпературы, содержащее источник излучения, делитель,опорный и измерительный каналы, исследуемый объектФчувствительный элемент, размещенныйв измерительном канале и контактирующий с исследуемым объектом, приемник излучения и регистратор, введен электромагнит, причем чувствительный элемент выполнен из материала, содержащего разонансные к излучению ядра, в качестве источника.излучения использован источник гаммаизлучения, а чувствительный элементразмещен между полюсами электромагнита.Работа устройства основана на изменении разности фаз за счет изменения показателя преломления материалачувствительного элемента.На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения температуры,Устройство содержит источник 1гамма-излучения с коллиматором 2, делитель .3 пучка излучения, после которого излучение источника 1 делится на два и поступает в измерительныйЗаказ 6300/33 Тираж 822 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 4 и опорный 5 каналы, а также чувствительный элемент 6, выполненный изматериала, содержащего резонансныек излучению яд 1 а, и контактирующийк исследуемым объектам 7, электромагнит 8, приемник излучения 9 и регистратор 10, При этом чувствительныйэлемент 6 размещен между полюсамиэлектромагнита 8, а приемник излучения 9 выполнен из зеркал 11 и 12,на которые поступает излучение изопорного 5 и измерительного 4 каналовсоответственно, и после отраженияот зеркал 11 и 12 это излучение попадает последовательно на кристалланализатор 13, детектор излучения 14и регистратор 10,Устройство работаг следующим образом.От источника 1 с помощью коллиматора 2 формируется узкий пучок гамма-излучения, направленный в сторонуделителя 3, после прохождения которого прошедший и дифрагированный пучки образуют два канала, один из которых является измерительным 4, а второй 5 опорным.В измерительном канале 14 установлен чувствительный элемент 6, находящийся в магнитном поле электромагнита 8. Направление магнитного поляпроизвольно ориентировано относительно направления распространения гаммазлучения. Благодаря наличию теплового контакта с исследуемым объектом 7чувствительный элемент 6 имеет темпе.ратуру исследуемого объекта 7, которую необходимо измерить. Причем в качестве чувствительного элемента 6 может быть использован сам исследуемыйобъект 7, если он содержит резонансные к излучению ядра. Наличие магнитного поля электромагнита 8 обеспечивает поляризацию резонансных ядерв материале чувствительного элемента 6 и, поскольку температура иссле.дуемого объекта 741 К, чувствительный элемент 6 в магнитном поле электромагнита 8 представляет собой ядерную поляризованную мишень, показательпреломления которой для гамма-излу-чения зависит от измеряемой температуры.5 При этом наличие резонансных ядеробеспечивает взаимодействие гамма-.излучения с материалом чувствительного элемента 6 выражающееся виэмейениифазы Ь излучения в измерительном.10 канале 4, причем ЬУ зависит от температуры Т и определяется выражениемЬсг:К ЬпЕ: т),где Ьь - изменение показателя пре 15ломления;толщина чувствительногоэлемента;К - волновой вектор гамма-излучения.Пучки излучения, прошедшие измерительный 4 и опорный 5 каналы,дифрагируют на зеркалах 11 и 12 ипри попадании на кристалл-анализатор 13 интерфирируют между собой.При этом интенсивность пучка с выхода кристалла-анализатора 13 зависитот соотношения фаз в цзлучении вопорном 5 и измерительном 4 каналах,т.е, зависит от ЬУ . Излучение с выхо 30 да кристалл-анализатора 13 фиксируетСя детектором излучения 14 и регистрируется регистратором 10.Первоначально измерения производят при температурах4 К и строятЗ 5 калибровочную кривую ЬЕ(Т) приизвестных параметрах К и ; а затемпроводят измерения температуры последуемого объекта. Оценка показывает,что предлагаемым устройством может40 быть измерена температура объектов,по крайней мере, до температуры10 К.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить область45 измерения температуры до 10 К, что5является одной из важнейших задач вобласти фундаментальных и прикладныхисследований, в частности при создании ядерных реакторов.