Устройство для измерения температуры

(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения и Институт физики АН БССР(56) Патент СШАЯ 4223226. кл. 250/458, опублик. 1978.ЮСМГ вЬеи К,А. Яоп М,Н, ГЬегорбс Йегеоаетгу апб Из аррсабопз, -. Мсговаче Ровег. 1987. ч.22. ч. 2, р,85-94.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерений температуры люминесцентными датчиками, Источник 1 излучения возбуждается схемой 2. Импульсы излучения подаются на люминесцентный термочувствительный элемент 6 на основе диацетила, Излучение фосфоресценции по световоду передается к фотоприемнику 8. Электрический сигнал, пропорциональный времени затухания люминесценции, однозначно определяется температурой термочувствительного элемента, 3 з.п,ф-лы, 4 ил..вестное вещество, однако в предложенном техническом решении используется его 10 свойство - ярко выраженная зависимость 15 20 На фиг;2 изображен дистальный конец 3датчика, включающий в себя световод 5 иТЧЭ 6, при этом ТЧЭ выполнен в виде отрезка полимерного световода, в све говедущуюжилу которого ПММА введен диацетил сконцентрацией порядка 1 М, На торец ТЧЭ 3б нанесено отражающее покрытие 10,В качестве источника 1 излучения целе-.сообразно использовать импульсную газоразрядную лампу известной конструкции страдиционно выполненной схемой 2 запу-, 4ска. Светофильтры 3 и 7 могут использоваться интерференционные или из цветныхстекол, выбор которых. осуществляется поизвестной методике в соответствии со спектрами возбуждения 11 и фосфоресценции 412 диацетила (фиг.З). Светофильтры обеспечивают более благоприятные условия работы схемы 9 и повышают точностьизмерения, однако они не являются обязательными элементами, так как сигналы воз- .буждения и фосфоресценции смещены вовремени. В качестве фотоприемника 8 может использоваться кремниевый Фотодиод,ФЭУ или другой фотоприемник, чувствительный к излучению с длиной волны 520 5нм, В качестве схемы 9 измерения можетбыть использована любая известная схемааналогичного назначения,Удобное конструктивное исполнениеТЧЭ достигается, когда диацетил присутст 50 Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано, в частности. в условиях воздействия электромагнитных полей, например, для контроля температуры биологической ткани при проведении сеансов высокочастотной гипертермии злокачественных новообразований, в электроэнергетике и других областях.Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг.1 дана схема датчика температуры; на фиг.2 - термочувствительный элемент(ТЧЭ); на фиг.З - спектры возбуждения и фосфоресценции диацетила в координатах относительная интенсивность - длина волны излучения л,; на фиг.4 - зависимость времени жизни фосфоресценции диацетила от температуры в диапазоне 77-400 К.Датчик температуры (фиг,1) содержит источник 1 излучения со схемой 2 запуска, светофильтр 3 для выделения возбуждающе-. го излучения, двухплечевой разветвитель 4 из двух отрезков световодов, световод 5, ТЧЭ 6, светофильтр 7 для выделения излучения люминесценции и фотоприемник 8, подключенный к схеме 9 измерения постоянной времени затухания люминесценции вует и ТЧЭ в виде, твердого раствора в полимере, например, полиметилметакрилате (ПММА), При этом возможно введение диацетила непосредственно в жилу полимерного световода при его изготовлении.Диацетил (диметилглиоксаль, 2,3-бутадион) СНзСОСОСНз представляет собой иэпостоянной времени затухания люминесценции от температуры.В области положительных температур диацетил существует в двух агрегатных состояниях; жидком и газообразном, и свойство сильной зависимости тот Т проявляется как в том, так и в другое случае, С целью удобства конструктивного исполнения ТЧЭ целесообразно использовать диацетил в виде твердого раствора в полимерной матрице, напоимер в полиметилметакрилате, полистироле или других прозрачных полимерах. Исследованиями установлено; что указанное свойство при этом сохраняется.При введении диацетила в.матрицу ПММА величина чувствительности р составляет 1,5-3,5;4 / "С.в зависимости от концентрации, Это в 5-10 раз превышает значение р и известных устройствах, Учитывая, что абсолютное значение т диацетила в матрице ПММА незначительно отличается от г люминофора в известном устройстве (1,3 мс вместо 3 мс), т.е, измерение тпроизводится в таких же условиях, возможно повышение точности измерений в 5-10 раз, при этом результирующая погрешность не превысит 0,01-0,05 С.При комнатной температуре величина т почти ие зависит от концентрации С диацетила в матрице полимера вплоть до С=-1,8 М, При таких значениях концентрации С материал обладает высоким значением коэффициента поглощения возбуждающего излучения (максимум при 425 нм), что обеспечивает интенсивную люминесценцию в слое толщиной порядка 0,5- 1,0 мм. Этот параметр имеет важное значение при конструировании волоконнооптических датчиков, так как при увеличении поглощения уменьшаются размеры ТЧЭ, В данном случае требуемые размеры ТЧЭ сравнимы с диаметром оптического волокна (200-400 мкм). Конструкционные свойства ПММА при введении в него диацетила не изменяются и обеспечивают возможность обработки его известными способами (механическая обработка, термическое формование и т,д,), Возможно также введение диацетила непосредственно в световеду 1647288щую жилу полимерного световода, изготовленную., например. из ПММА с оболочкой из полистирола, Это обеспечивает увеличение отношения сигнал/шум,ИК-датчик температуры основан на измерении времени высвечивания флуоресценции,Устройство работает следующим образом,ТЧЭ 6 приводится в тепловой контакт со средой, температура которой измеряется, Источник 1 излучения возбуждается схемой 2 запуска. Импульсы излучения через светофильтр 3, одно плечо оазветвителя 4 и световод 5 передаются к ТЧЭ 6 и возбуждают в нем фосфоресценцию диацетила, Излучение фосфоресценции по тому же световоду 5 через второе плечо разветвителя 4 и светофильтр 7 передается к фотоприемнику 8 и преобразуется в электрический сигнал, который поступает в схему 9 измерения. Сигнал на выходе этой схемы, связанный с величиной т, отображается на индикаторе как мера температуры ТЧЭ б и соответственно среды, в тепловом контакте с которой он находится.Конструкция ТЧЭ (фиг.2) позволяет направить в световод 5 все излучение фосфоресценции, испускаемое молекулами диацетила в пределах апертурного угла световода 5.Зависимость, изображенная на фиг.4, получена для образца, представляющего собой твердый раствор диацетила а полиметилметакрилате ПУМА с концентрацией С=О,З М. Образец изготавливался по следующей методике, Диацетил, подвергнутый вакуумной дистилляции, вводился в очищенный от стандартной методики метилметакрилат через газовую фазу, Диацетил и метилметакрилат предварительно обезгаживались по крайней мере в пяти циклах; замораживание - вакуумирование - размораживание, Инициатор полимеризации азо изобутиронитрил добавлялся в мономер вконцентрации 1 мг/л. Полимеризация дос,игалась нагреванием образца в вакуумированной стеклянной кювете до 60 С в течение 72 ч. После этого кювета разреза лаЧь и из образовавшегося твердого растьора путем механической обработки изготавливался ТЧЭ размерами 0,5 х 0,5 х 0,5 мм, который приклеивался к торцу кварцполимерного световода с диаметром жилы 400 мкм ",5 клеем "Циакрин".Предложенный датчик может измерятьтемпературу в диапазоне 0-120 С с погрешностью 0,1-0,05 С в зависимости от соотношения сигнал/шум, определяемого 20 выбором схемных элементов. Ф ор мул а из о бр ете н ия1. Устройсво для измерения температуры, содержащее оптически связанные ис 25 точник излучения, термочувствительныйэлемент на основе люминофора и фотоприемник с регистрирующим блоком, о т л и ч аю щ е е с я тем, ч-о, с целью повышенияточности измерения в качестве люминофоЗО ра использован диацетил,2. Устройство по и 1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что диацетил введен в полимер сабраэовагалем твердого растара,3. Устройство по пп.1 и 2, с т л и ч а о 35 щ е е с я тем, что в качестве полимераиспользован полиметилметакрилат.4, Устройство по п.1, отл и ч а ющее.с я тем, что термочувствительный элементснабжен отрезком полимерного световода,40 в жилу которого введен диацетил,1647288 ис ч 100 Фи Составитель Ю.АндрияновТех ред М. Моргентал Корректор Т,Колб Редактор Л,Гратилло Заказ 1390 ТиражМ Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж,.Раушская наб 4/5 Т ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгородул,Гагарина, 1