Устройство для измерения температуры объекта

-ЯА К ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Одесскйй институт ниэкотемпературнойтехники и энергетики(56) Авторское свидетельство СССРМ 750294, кл, 6 01 К 11/12, 1978,Авторское свидетельство СССРЛЬ 1769011, кл, 6 01 К 11/12, 1990.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА(57) Использование: термометрия объектов,работающих под высоким напряжением в Изобретение относится к области термометрии, а именно к изооптическим термодатчикам; и может быть использовано для дистанционного измерения температуры технологического оборудования и других объектов в условиях пожаро-взрывоопасного производства, объектов, работающих под высоким электрическим напряжением в зоне воздействия электромагнитного поля (включая СВЧ-диапазон), и иных условиях, затрудняющих либо исключающих непосредственный электрический (механический) контакт измерительной аппаратуры (оператора) с контролируемым объектом.Цель изобретения - повышение эффективности устройства за счет увеличения дистанцион ности измерения при одновременном снижении инерционности,На фиг,1 показано устройство и ход лучей при измерении температуры, общий зоне воздействия электромагнитных полей, в условиях пожаро-взрывоопасного производства. Сущность изобретения; в корпусе размещены термочувствительный элемент (ТЧЭ) на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с различными температурными коэффициентами показателей преломления, положительная линза в виде четвертьволнового градана и зеркало. Градан установлен в контакте своими торцами с ТЧЭ и зеркалом. На боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие. Корпус может быть выполнен в виде болта. Источник света совмещен с вторичным прибором. 1 з.п, флы,2 ил,вид; на фиг.2 и 3 - конструктивные модификации.Устройство для измерения температуры содержит положительную линзу в виде четвертьволнового градана 1, на торцевой поверхности которого, обращенной к источнику света 2, помещен ТЧЭ на основе оптически неоднородной смеси в виде плоскопараллельного слоя 3, на противоположную торцевую поверхность градана нанесено зеркально отражающее покрытие 4; на боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие 5. Термочувствительный элемент заключен в корпус 6, который выполнен в виде болта с шестигранной головкой, Корпус термочувствительного элемента (см. фиг,З) выполнен в виде гильзы с фланцем, в котором имеются крепежные отверстия, ТЧЭ 3 в корпусе 6 установлен на объекте 7(к примеру, ввинченв токоподводящую шину электрораспределительной системы). Источник света 2 выполнен на основе лампы накаливания 8 и коллиматорной линзы 9. Источник света 2, удаленный от объекта, обеспечивает параллельный пучок света 10, направляемый на ТЧЭ 3. Достигнув термочувствительного элемента, световой пучок 10 проходит сквозь оптически неоднородную смесь 3 и фокусируется граданом 1 на его задней торцевой поверхности, Отразившись от зеркального покрытия 5, нанесенного на эту 5 10 поверхность, свет возвращается в градан 1, проходит сквозь него, вновь пронизывает 15 20 оптически неоднородную смесь 3, и в виде параллельного пучка света 11 возвращается к источнику света 2.Проходя сквозь оптически неоднородную структуру 3, пучок 10 распадается на две световые составляющие. Одна из них сформирована светом узкого спектрального состава, для которого совпадают показатели преломления компонентов смеси при данной температуре ТЧЭ, совпадающей с янный световой поток распределен в преде лах широкого телесного угла и на обратном пути источника света 2 не достигает.При этом термочувствительный элемент визуально наблюдается как равномерно окрашенный диск, цвет которого однозначно определяет температуру контролируемого обьекта, При изменении температуры изменяется длина волны света, для которого совпадают показатели преломления компонентов изооптической структуры, соответственно изменяются спектральный состав светового пучка 11 и цвет термочувствительного элемента.Заключение ТЧЭ в корпус 6, выполненный в виде элемента его крепления к объек 50 55 температурой контролируемого объекта 7. Этот свет, в соответствии с законами геометрической оптики, фокусируется граданом на торцевой поверхности, отражается зеркалом 4. На обратном пути свет преобразуется четвертьволновым граданом 1 вновь 30 в параллельный пучок, который вторично беспрепятственно проходит сквозь смесь 3 и в виде параллельного пучка 11 возвращается к источнику света 2.Вторая составляющая включает в себя 35 свет, рассеянный оптически неоднородной структурой 3 вследствие различия показателей преломления ее компонентов. Рассеянный свет частично поглощается светопоглощающим покрытием 5 на боко вой поверхности градана 1, частично выхо-дит из ТЧЭ 3, отразившись от зеркала 4 и испытав повторное рассеяние на оптически неоднородной структуре. Выходной рассету, улучшает тепловую связь между ними,При дистанционных измерениях надежныйконтакт ТЧЭ с объектом особенно важениз-за ограничения доступа к объекту в процессе измерения температуры, что, собственно, и заставляет прибегнуть кдистанционным измерениям, Кроме того,уменьшение термического контактного сопротивления между объектом и термочувствительным элементом способствуетповышению точности измерения температуры.Исследование апертурных характеристик термочувствительных элементов (см.фиг,2 и 3) показало, что они обеспечиваютсветовозвращение при изменении угла падения на них света в пределах широкоготелесного угла - 0.5 рад, что существенноупрощает наведение вторичного прибора наудаленный к объекту термочувствительныйэлемент, увеличивая дистанционность измерений,Кроме того, предложенное устройствоне боится вибрации, характерной для многих объектов, поскольку градан фокусируетсветовой пучок на своей торцевой поверхности, в результате вибрация не приводит красфокусировке ТЧЭ,Вторичный прибор, совмещенный с источником света, легко наводится на термочувствительный элемент "с руки".Достаточночтобы световой пучок попал натермочувствительный элемент, и автоматически выходной световой сигнал последнегонаправляется к вторичному прибору. Измерение температуры основано на определении вторичным прибором длины волны ввыходном световом пучке либо регистрациицвета, наблюдаемого на экране прибораизображения ТЧЭ, путем сравнения его сконтрольным регулируемым образцом цве-,та, выполненным, например, на основедифракционной решетки.При использовании предложенного устройства для измерения температуры дистанционность измерений увеличиваетсямногократно и достигает 20-30 м при одновременном упрощении процесса измеренияи сокращения его продолжительности.Существенным достоинством предложенного устройства является его миниатюрность,.Размеры устройства определяются, восновном, габаритами градана: диаметр -1,5 м, длина 7 мм, Это обеспечивает снижение инерционности, а также позволяетконтролировать температуру участка на поверхности объекта диаметром примерно 2мм при дистанционности измерений в несколько десятковметров. При таких дистанциях пространственное разрешение, кпримеру инфракрасных радиометров, значительно ниже: у одного из лучших образцов зарубежных радиометров марки "цегпороп 1" фирмы "Ада" минимальный диаметр контролируемого пятна при дистанционности измерений 5 м составляет 130 мм,Увеличение дистанционности измерения температуры может быть реализовано лишь благодаря тому, что заявленное устройство направляет выходной сигнал точно по той же траектории, что и падающий, Это позволяет скомпенсировать оптические неоднородности в окружающей атмосфере - турбулентность, восходящие тепловые потоки и т.д., оказывающие значительное искажающее влияние при больших дистанциях на распростоаняющиеся световые сигналы, Поскольку время, необходимое для прохождения светового сигнала к термочувствительному элементу и обратно к источнику света ничтожно мало, в окружающей атмосфере не успевают произойти ощутимые изменения. В результате искажение прямого хода луча полностью компенсируется при обратном его ходе. Это, конечно, относится только к полезному световому сигналу ТЧЭ, а не к рассеянной им световой составляющей выходного сигнала, у которой прямая и обратная траектории существенно различны. Это также является достоинством предложенного устройсгвддля измерения температуры,Отсутствие воздушной полости внутритермодатчика улучшает теплообмен и, соответственно, его теплофизические характе 5 ристики.Формула изобретения1. Устройство для измерения температуры обьекта, содержащее размещенныевдоль оптической оси источник света и за 10 крепленные в корпусе положительную линзу, термочувствительный элемент нэ основедвухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с близкими показателя 15 ми преломления и различнымитемпературными коэффициентами показателей преломления, и зеркало. установленное в торце корпуса, перпендикулярнооптической оси, о т л и ч а ю щ е е с я тем,20 что, с целью повышения эффективности засчет увеличения дистанционности измерения при одновременном снижении инерционности, положительная линза выполнена ввиде четвертьволнового градэна, со свето 25 поглощающим покрытием на его боковойповерхности, установленного в корпусе,снабженном элементами крепления его нэобъекте между термочувствительным элементом и зеркалом, и контактирующего с30 ним своими торцами.2, Устройство по п.1, отл ича ю щ еес я тем. что корпус выполнен в виде болта.1811595Составитель Н. Соловьева едактор А. Купрякова Техред М,Моргентал Корректор С. Юс акаэ 1466 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10