Устройство для измерения температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналистическкхРвслублкк о 1951087Опубликовано 15,08. 82.Бюллетень Мо 30 Дата опубликования описания 15, 08,82 3 УДК 536. 53(54) 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 113. Недостатком этого устройства является небольшой диапазон измерения температуры, обусловленный тем, что показатель преломления нитробензола незначительно изменяется от прикладываемого напряжения. Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является устройство дляизмерения температуры, содержащеетермочувствительный элемент, оптически связанный с фотоприемником и систочником света, регистратор 23.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измерениятемпературы, обусловленная нелинейностью выходных характеристик устрой-.ства из-за спектральной зависимостичувствительности фотоприемника и попаданием постороннего света в термо чувствительный элемент и фотоприемник,а также узкий диапазон измеряемых.температур, обусловленный применением термочувствительного элемента наосновании 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 темногополя, спектральный и пространственныйфильтры, размещенные последовательновдоль оптической оси между термочувствительным элементом, выполненнымв виде световода с матированной обо"лочкой, и фотоприемником, при этомконденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом,и источником света, вход которогоэлектрически соединен с выходом генератора переменного тока, а выход фотоприемника соединен со входами резонансного усилителя и регистратора.На Фиг. 1 приведена схема выполнения предлагаемого устройства 1 на 1 Офиг, 2 - сечение А-А 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 переменноготока 2, подключенный к источникусвета 1, конденсор, темного поля 3,спектральный 4 и пространственный5 фильтры, фотоприемник б (фотодиод),резонансный усилитель 7, соединенныйс фотоприемником, регистрирующееустройство 8, подключенное к выходурезонансного усилителя и термочувствительный элемент 9.На фиг. 1 показан термочувствитель.ный элемент 9, выполненный в видесветовода, содержащий оболочку 1030световода 9 и сердцевину 11 световоКонденсор темного поля 3 установлен перед источником света 1. Спектральный -4 и пространственный 5 Фильтры установлены последовательно перед фотоприемником б. Термочувствительный элемент 9 выполнен в видесветовода, состоящего из оболочки 10,наружная поверхность которой матирована, и сердцевиной 11 с температурными коэффициентами преломления, различными по знаку или величине. Каквариант исполнения световод можетбыть выполнен из трех секций, соединенных последовательно, крайние изкоторых имеют большую числовую апертуру и малую зависимость показателейпреломления сердцевины и оболочкиот температуры, а для средней секцииоболочка 10 выполнена из кремнийорганического компаунда марки типа СИЭЛ,имеющего показатель преломления при20 С - 1,4, а при 60 С - 1,47. Материалом сердцевины является оптическое стекло марки ЛК-б с показателемпреломления 1,47. Спектральные характеристики источника света 1,спектрального фильтра 4 и фотоприемника б при этом согласованы. Резонансная частота усилителя 7 равна рабочей частоте генератора переменноготока 2, 60Пространственный фильтр 5 представляет собой непрозрачный диск, выполненный на стеклянной пластинкефотоспособом, 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 источниковЗаказ 5932/44 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП "Патент", г. 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 10 температуры до.0,1 и в расширении диапазона измеряемых температур от -60 С до +200 аС, а для модифицированного материала СИЭЛ от -80 ОС до +200 С, в учеличении помехозащищенности 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 изобретенияУстройство 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 втем, что, с целью повышения точностиизмерения и расширения диапазона измеряемых температур, в устройствовведены генератор переменного тока,резонансный усилитель, конденсор темного поля, спектральный и пространственный фильтры, размещенные последовательно вдоль оптической оси междутермочувствительным элементом, выполненным в виде сйетовода.с матированной оболочкой, и фотоприемником, приэтом конденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом и источником света, вход которого электрически соединен с выходомгенератора переменного тока, а выходФотоприемника соединен со входамирезонансного усилителя и регистратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 464792, кл. С 01 К 11/12, 1972.2. Авторское свидетельство СССРМ 495559, кл. С 01 К 11/12, 1974