Цифровой термометр

.А. хаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Уфимский авиационный институт иСерго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССРйг 505906, кл. 6 01 К 5/18, 1973.Авторское свидетельство СССРМ 1446493, кл, 6 01 К 11/12, 1987.(54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР Изобретение относится к измерению температуры контактными методами, а именно к цифровым термометрам, применяемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике, и может использоваться как визуальный термометр с цифровой индикацией результатов измерений.Цель изобретения - снижение энергопотребления.На фиг, 1 изображена конструкция капилляра с баллоном; на фиг. 2 - функцио= нальная схема цифрового термометра; на фиг. 3 - оптическая система, использованная в термометре.Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей термочувствительной жидкостью герметичный баллон с прозрачным капилляром, выполненным в виде двух цилиндрических линз 1 и 2, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между сцбой двумя непрозрачными пластинами 3, схемы регистрации, расположенные по разные стороны от ка(57) Изобретение относится к измерению температуры контактными методами и позволяет снизить энергопотребление. В цифровом термометре выполнен герметичный капилляр в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой непрозрачными пластинами, вь 1 ходные торцы осветительных световодов расположены на передней фскальной плоскости первой цилиндрической линзы, а входные торцы приемных световодов - на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы.рл пил-:,-ра и оптически сопряженные с ним .".осродством осветительных 4 и приемных 5 световодов, источник света 6 и фотоприемную матрицу 7, выходные торцы 8 осветительных сватоводов 4 расположены одоль стенки капилляра на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы 1 равномерно и примыкаютдруг кдругу, входные торцы 9 приемных световодоо 5 уложены вдоль противоположной стенки капилляра на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы 2 и примыкают друг к другу с шагом, определяемым по закону обратной нелинейной характеристики 1 ермочувствительной жидкости,При нижнем поеделе измерения цифровс го термометра световой поток от источника соета 6 последовательно проходит по осветительным световодам 4, на их выходных торцах 8, разделяясь по длине капилляра на число потоков, равных числу осветительных световодов 4, затем первую цилиндрическую линзу 1, контролируемый столб теомочуствительной жидкости и да 165974410 15 20 25 30 35 40 45 50 лее параллельный поток света, пройдя через вторую цилиндрическую линзу 2, воспринимается определенным образом уложенными входными торцами 9 приемных световодов 5, которые, в свою очередь, выходными торцами оптичесКи сопрякены с соответствующими фоточувствител ьн ыми элементами фотоприемной матрицы 7, По величине сигналов каждого элемента фотоприемной матрицы 7 схема регистрации выдает ин форма цию об уровне термочувствител ьн ой жидкости в капилляре.По мере повышения температуры контролируемой среды входные торцы 9 приемных световодов 5 последовательно оказываются затемненными термочувствительной жидкостью в капиляре(световой поток от осветительных световодов 4 проникает через первую цилиндрическую линзу 1 в термочувствительную жидкость, где происходит полное поглощение и уменьшение интенсивности светового потока, поступающего во входные торцы 9).Вторая цилиндрическая линза 2,действуя как оптический элемент, преобразует параллельный световой пучок от первой цилиндрической линзь 1в световой пучок с цилиндрическим волновым фронтом, и сформированный световой пучок поступает перпендикулярно к входным торцам приемных световоцов 5, Благодаря этому исключаются рассеивающие свойства капилляра, а концентрирующие и фокусирующие свойства конструкции капилляра становятся наиболее резкими.Это значительно увеличивает надежность и точность дискретного измерения уровня, Кроме того, такое расположение первой и второй цилиндрических линз относительно выходных 8 и входных 9 торцов световодов обеспечивает значительное поглощение рассеянного в термочувствительную жидкость светового потока и тем самым существенно повышают точность и надежность регистрации изменения температуры, исключая влияния рассеянных в термочувствительную жидкость световых потоков на работу соседних торцов 9 приемных световодов 5. Благодаря конструкции можно опрецелять уровень термочувствительной жидкости в капилляре в случае воздействия флуктуационных помех в оптическом тракте цифрового термометра, тем самым повысить стабильность работы устройства, Повышение точности и надежности регистрации изменения температуры достигается благодаря тому, что на входнь 1 х торцах 9 и риемных световодов 5 получается четкое неразмытое изображение уровня термочувствительной жидкости в капилляре, поскольку результат измерения меньше зависит от неравномерности энергии в пучке за второй цилиндрической линзой,На фиг, 3 показана схема хода лучей в цифровом термометре, где Я - плоскость, в которой находятся выходные торцы 8 осветительных световодов 4; 1 - первая цилиндрическая линза, 2 - вторая цилиндрическая линза, Я 1 - плоскость, на которую проецируется изображение столба термочувствительной жидкости, она же соответствует рабочей плоскости входных торцов 9 приемных световодов 5.Для примера пусть в плоскости Я расположена светящаяся полоска (АВ 1, Так как световая полоска образована соответствующими выходными торцами 8 световодов 4, имеющих заданную апертуру излучения, то светораспределение в световой плоскости будет иметь своеобразный неравномерный характер(светораспределение неравномерное по площади и размыто по краям), Первая цилиндрическая линза 1 преобразует световую полоску АВ в пропорциональный параллельный пучок света, который с помощью втдрой цилиндрической линзы 2 проецируется на рабочую поверхность входных торцов 9 приемных световодов 5 в виде сфокусированного узкого светового потока (А 1 В 1 с четкими корнями и границами. Кроме того, благодаря конструкции капилляра и укладки световодов световая мощность в полоске АВ с минимальными потерями (фокусирующая цилиндрическая линза) параллельно освещает уровень термочувствительной жидкости, а вторая цилиндрическая линза 2 собирает и фокусирует в плоскость Я 1 прошедший через капилляр световой поток в световую полоскуА 1 В 11.Капилляр предназначен для уменьшения угла расхождения пучков лучей, выходящих из выходных торцов 8 световодов 4 и для формирования пучка лучей с малым углом расхождения (колимация); для удаления от выходных торцов 8 места фокусировки и сканирования излучения и превращения уровня термочувствительной жидкости в линию достаточно малых размеров (фокусировка),Цифровой термометр имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение точности измсрения за счет того, что измеряемый световой поток излучения (световой поток, регистрирующий уровень термочувствительной жидкости) после центровки и фокусировки попадает нормально на входные торцы 9 приемных световодов 5 независимо от величины уровня термочувствительной жидкости, Конструкция уменьшает световойпоток, приходящий на входные торцы отсоседних источников света и тем самым повышает помехоустойчивость и позволяетразместить в каждом ряду большее количество источников и приемников, устанавливая их с меньшим шагом, что приводит кповышению точности.Измерительная часть термометра малогабаритна, что позволяет использовать устройство для измерения температурытруднодоступных обьектов, а выполнениевсей измерительной части термометра изматериалов (кварц, стекло и т, и.), стойких квоздействию агрессивных сред (кислота,щелочи и т, д.), позволяет использовать устройство в химической промышленности.Цифровой термометр выполняется диэлектрическим, поэтому на его показание невлияют электрические, электромагнитные иСВЧ - поля.В цифровом термометре для более надежного оптического соединения (с большим КПД) и для согласования узла(выходные торцы осветительных световодов - капилляр - входные торцы приемныхсветоводов) заполняется эмирционной жидкостью пространство между световодами икапилляром; что позволяет уменьшить френеловские потери на торцах световодов итем самым повысить КПД цифрового термометра и выбрать источник света устройстваболее маломощным,Таким образом, конструкция термометра сочетает в себе преимущества жесткогооптического соединения световодов и опти ческого квантования уровня термочувствительной жидкости с помощью волоконных световодов, благодаря чему устраняется влияние неравномерностей освещения уровня термочувствительной жидкости с помощью дискретно уложенных световодов;5 влияние рассеивающих свойств капилляра,Все это приводит к повышению конструкционной способности цифрового термометра, повышению его чувствительности и в конечном счете к повышению эффективно сти оптического анализа,Формула изобретения Цифровой термометр, содержащий заполненный контрастирующей термочувст вительной жидкостью герметичныйпрозрачный капилляр с баллоном, схему регистрации и расположенные по разные стороны от капилляра и оптически сопряженные с ним посредством освети тельных и приемных световодов источниксвета и фотоприемную матрицу, при этом входные торцы приемных и выходные торцы осветительных световодов уложены вдоль стенки капилляра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 25 что, с целью снижения энергопотребления,противоположные стенки герметичного капилляра выполнены соответственно в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами одна к другой, и двух 30 непрозрачных пластин, соединяющих цилиндрические линзы между собой, причем выходные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а 35 входные торцы приемных световодов - назадней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы.вюскасаь 5 кО Составитель Л,Балянина ехред М,Моргентал Корректор Т.Ко дактор И.Сеглян Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 3 акаэ 1834 Тираж 388 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5