Устройство для контроля температурного поля

% (1 218 И)5 С 01 К 11/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ Р 17инжен но-стр зе, В,Н, Якимович.В.Р ство СССР.12, 1983.ты по кри нию света.детельК 11/тые опь стране42-4 ДЛЯ КОНТ ОЛЯ ТЕМПЕ теплоитносит киям и еразру можетающего ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТо изсБРетениям и отнРытиямРИ ПЮТ СССР(57) Изобретениезическим исследовиспользовано для контроля температурных полей на поверхности плоских объектов. Пель изобретения - повышение.чувствительности устройства и расширение динамического диапазона измеряемых температур, Устройство для контроля температурного поля содержит источник света, конденсор 2 оптическую щель 3, термочувствительный элемент 4, выполненный из монокристалла дифосфида кадмия в виде призмы с преломляющим углом меньше .предельного угла полно-,го внутреннего отражения. Исследуемый объект 5 на вращающемся столике 6 и экран 7 закреплены последовательно на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного элемента 4 расположено горизонтально и параллельно .оптической оси. 3 ил.32188 4вертикальной оси. По величине изгибаизображения щели на экране можно судить о распространении температурыв призме вдоль вертикальной оси,Недостатками известного устройства при применении его для контролятемпературного поля являются низкаячувствительность инебольшой динамический диапазон измеряемых температур(200-370 К), кРоме того, устройствопри указанном расположении его элементов не позволяет исследовать температурные поля, имеющие градиенттемпературы, на поверхности плоскихобъектов.Целью изобретения является повыше ние чувствительности устройства дляконтроля температурного поля и расши 2 р рение динамического диапазона измеряемых температур.Укаэанная цель достигается тем,что в устройстве для контроля температурного поля, содержащем термо чувствительный элемент, расположенный между оптическойщелью и экраном, размещенным на оптической скамье,конденсор, расположенный междуисточником света и оптической щелью,Наиболее. близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является устройство для контроля изменения коэффициента преломления полиметилметакрилата от температуры, содержащее проекционный аппарат, короткофокусную и длинйофокусную линзы, вертикальную раздвижную щель, призму из оргстекла (полиметилметакрилата) с преломляющим углом 30 или 45 О, находящиеся на оптической скамье и экран, Призма размещается на плоском неподвижном объекте, нагретом до определенной температуры, боковой поверхностью так, что ее преломляющее ребро параллельно щели. При включении нагревателя четкий световой след щели на экране начинает изгибаться сначала в горизонтальном, затем в .вертикапьном направлении ввиду изменения коэффициента преломления вещества призмы при нагревании и наличия градиента температуры вдоль 317Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть применено для контроля темпера туры на поверхности плоских объектов при наличии НЧ, ВЧ или СВЧ электромагнитных полей, а также для исследований на поверхности объектов в условиях, при которых нежелателен вывод электрических проводов, напри" мер в вакуумных камерах.Известно устройство для исследования температурных полей, работа которого основана на использовании термоэлектрических датчиков в виде сетки с четырехугольными ячейками из ш и и разнородных проводников, устройство для исследования температурных полей, включающее в качестве термочувствительного элемента прозрачную кювету, заполненную изооптической смесью компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, а также спо соб и устройство для измерения градиента температуры среды с использованием кварцевого резонатора, на пластины которого нАнесены пленки нелетучего сорбента.Недостатком указанных устройств является невозможность осуществления измерений при наличии электромагнитных полей, и в условиях высоких температур. ЗО источник света и держатель исследу.емого объекта, термочувствительныйэлемент выполнен в виде призмы измонокристалла дифосфида кадмия с преломляющим углом меньше предельногоугла полного внутреннего отражения,З 5 основание призмы термочувствительногоэлемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным в виде вращающего стола, установ 40ленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного.элемента расположено горизонтально ипараллельно оптической щели.На фиг, 1 приведена схема устройства; на Фиг. 2 - термочувствительф ный элемент, аксонометрия; на фиг.Зизображение щели на экране,Устройство содержит источник 1 о света, конденсор 2, горизонтальнующель 3, термочувствительный элемент 4, исследуемый объект 5, расположенный на вращающемся столике 6,и экран 7, закреплейные последовательно на оптической скамье. Термочувстительныйэлемент (Фиг. 2) выполнен в видепрямоугольной призмы с входной гранью 8 и прелоютяющнм ребром 9 и основа нием 10.17321Преломпяющий угол призмы для предотвращения явления полного внутреннего отражения не должен превышать предельного угла, например 17 . Призма вырезается из одноосного кристал 5 ла СЙР таким образом, что ее входная грань 8 перпендикулярна главной оптической оси кристалла, параллельной оси Е, во избежание явления двойного лучепреломления, Термочувствительный элемент установлен так, что ее преломпяющее ребро 9 расположено горизонтально и параллельно оптической щели.Усгройство работает следующим образом.Исследуемый плоский объект 5, рас положенный на вращающемся столике 6, приводится в тепловой контакт с основанием призмы 10, Пучок света от источника 1, пройдя конденсор 2 и горизонтальную щель 3, попадает на термочувствительный элемент 4, преломпяется и попадает на экран 7. Наэкране получается изображение щели(фиг. 3). По форме изображения щелина экране можно судить о наличии градиента температуры в направлении горизонтальной оси Х. Для исследованиятемпературного поля в других точкахобъекта необходимо повернуть предметный столик на некоторый угол.Принцип действия устройства основан на зависимости коэффициента преломления СЙР от температуры, Наличие 35 градиента температуры в объекте вдоль оси Х, параллельной направлению щели и преломляющему ребру призмы, искривляет изображение горизонтальной щели на экране вниз (фиг. 3). Искрив ление изображения щели происходит в сторону возрастания. коэффициента предомпения, а следовательно, и температурытак как.О дпя СЙР положителен, Наличие градиента темпе.- 5 ратуры,на объекте параплельно оси Е и направлению распространения света ,не влияет,на форму изображения щели 88 6на зкранд, Для получения картины температурного поля в горизонтальнойплоскости необходимо поворачиватьисследуемый объект вокруг вертикальной оси У,Проведенные измерения показали,что дифосфид кадмия обладает совокупностью физических свойств, благодаря которым достигается цель изобретения,В табл. 1 и 2 приведены для сравнения физические свойства полиметилметакрипата и дифосфида кадмия.Температурный диапазон работыпредпагаемого устройства в областинизких температур в отличие от известного практически не ограничен,а в области .высоких температур ограничен сублимацией.формула изобретенияУстройство для контроля температурного поля, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде призмы и расположенный между оптической щелью и экраном, размещенным на оптической скамье; конденсор 1 источник света и держатель исследуемого объекта, причем конденсор расположен между источником света и оптической щелью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измеряемых температур, термочувствительный элемент выполнен из монокристалла дифосфида кадмия с преломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения, причем основание призмы термочувствительного элемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным в виде вращающегося стола, установленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительнбго элемента, расположено горизонтально и параллельно оптической щели.1732188 Табли,ца 1 удельная теплоемкость С при (Т = = 300 К), Дж/(кг К) Рабочий интервал температур Т 5,К Дифосфидкадмия 4190 4,5 10 1180 О, 124 10 4-б 50 400 Полиметил- метакрилат 200-370 1257 Таблица 2 Коэффициентпреломления (Т=ЗОО К) Вещество пь = Зф 426 па = 3,405 ( = О,б 32 мкм) Дифосфид кадмия и = 1,492-1,б фИГ ф Составитель М.РозеТехред А.Кравчук Корректор И орскаяедактор В.Петр аш ве ев ею 157 бИ Государс дписноеи и откр)йтиям прнаб., д. 4/5 изобретения