Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления

зпа,эм1ОписАЙ"ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДОИЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет -Опубликовано 070780,Бюллетень М осударственный комнте СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретен Г.Ф.Чесноков, Н.В.Федотов,В.С,Литвяк и В,Г.Воробьев Заявите СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯЕМПЕРАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ определени 5 Изобретение относится к области пирометрии и может использоваться для дистанционного измерения температуры, при исследованиях и в различных технологических процессах.Известны способы дистанционного измерения температуры при помощи термоиндикаторов, укрепленных на объекте. При этом используется температурно-спектральная характеристика термоиндикатора. Наиболее простым и дешевым способом является визуализация тепловых полей с помощью термоиндикаторных покрытий, основанная на свойствах некоторых веществ резко менять оптические характеристики при достижении определенной температуры Г 1) .При визуальном способе измерения температуры некоторые термоиндикаторы. дают высокую точность измерения. Так определение температуры по цветовой характеристике жидкокристаллического термоиндикатора дает точность измерения до 0,25 С при ширине мезоФаэы 1 С, Но визуальный способ измерения температуры имеет свои недостатки. Одним из существенных недостатков являдтся наличие операто= ра и его субъективное е цвета.Известно считывание инФормации с жидкокристаллических термоиндикаторов при помощи трехцветного колориметра Г 23,При таком способе реализации апйаратурного контроля возникает необходимость в создании преобразователя цвет - электрический сигнал с малыми погрешностями при наличии не- избежного Фона, как в видимом диапазоне света, так и в соседних УФ и ИК диапазонах. Возникает необходимость разработки преобразователя электрического эквивалента цветности в число, характеризующее уровень контролируемой температуры. Устройство является классическим представителем спо,соба измерения трехцветных координат световых источников или отражающих поверхностей и содержит три цветовых Фильтра иФотоэлектрическую детекторную сйстему. В колориметрической ,системе, принятой Международной комиссией по освещению, цвет световых источников определяется цветовыми координатами Х,У; 2. Световой источник освещает образец с помощью опти174ческой системы, отраженныи свет по"йдает на систему цветовых фильтрови тодетекторбв."Сигналы с фото " "детекторов поступают в. преобразова- " "тФйЬнавыходе которого производятся электрические сигналы, пропор"циональные измеряемой величине, выраженные втрехцветных"элеМййах -"-.Х,У,2. Выходы преобразователя соеди- "нены с сетью линейных преобразователей, которые выдаютна выходы сигналы, например, напряжения, пропорциональныеоткорректированным трехцвеТйцм элементам, На выходе "такого"устройства могут быть установленыкак блок индикации, так и новыйблок обработки трехцветных косрди - нат например, в температуру поверхности измеряемого объекта,Однако такой способ измерениятемпературы при помощи жидкокристаллическйх термоиндикатороч будет"иметьряд"с,вещественных недостатков, к ним " "относятся-;-например, сложность си стемй трехцветных Фильтров," недостаточная термостабильность фотоэлектрического детектора; непостоянствоспектральной характеристйки источни"касвета.Все это приводит к сложности коррекции спектральной чувствительности системы Фотодетектора - фильтра,т;е. спектральной чувствительностивсего устройства.Наиболее близким по технической ".сущйостн является способ дистанционного измерения температуры, заключающийся в определении положенияспектральной полосы установленногоча объекте термоиндуктора и нахождении температуры по температурно-.спектральной характеристике термоиндуктора при наблюдении его сквозьинтерференционный клиновидный Свето-Фильтр. для повышения точности из-мерения температуры"назаднюю стей= кутермойндикатора"найосят контрастный рисунок (миру) и интерференционный клиновидный светофильтр перемещают относительно диафрагмы, огранйчивающей спектральную областьфильтра;йблосй прбПускания"Которо-"го совпадает по ширине с полосойпропускания термоиндикатора 33;Этот сйособ значительно йрощеспособа определения темПературысвязанного с применением устройствопределения трехцветных координатсветовыхиатОчников йли отражаййихйоверхностей, но"егб -точностьневй" сока и"ограничиваетсядесятымй доля"-мйградуса, в то время как жидко-"кристаллические термоиндикаторы могут обеспечить такую точность да" же при визуальном сПособе измере"нйя.Целью изобретенияявляется повйше",ниеточности измерения температуры. 6207 4.Поставленная цель достигаетсятем, что избирательно отраженный отжидкокристаллического термоиндикатора свет подвергают вторичномуотражению от аналбгичноготермоиндикатора, спектр отражения которогоменяют во времени от исходного значения до совпадения спектров и измеряют, время изменения спектра, пропорциональное температуре.Спектральная область проявлениятермохромных свойств жидких кристаллов зависит от шага "Р" геликообраз " Йо"упорядоченной структуры. жидкогокристалла. Рассеиваемое излучениежидкого кристалла, т, е. длина отраженной волны, удовлетворяет следующему соотношению:Л паисгде л - средний показатель преломления жидкого кристалла в направлении 26 оптической оси, Поскольку шаг сильнозависит от температуры, функцией температуры является иД.Ширина спектра света,отражаемого жйдкокристаллической структурой обычно составляет200 Л при освещении структуры белымсветом. Спектр видимого света занимает промежуток от 3800 до 7800 ят.е. ширина полосы видимого светаравна 4000 1. Если жидкокристаллический индикатор перекрывает диапазон видимого света эа 1 С (ширинамеэофазы), то очевидно, что при разрешении ЬЛ =200 А, можнополучить погрешность измерения температуры З 5-. 0,05 С. Выбирая ширину зоны меэофазы жидкбго кристалла от 10 С до0,1 С,можно менять погрешность измерения температуры от 0,5 до 0,005 С,Следует отметить, что при последовательном отражении от двух поверх ностей термоиндикаторов полоса отраженного света может быть доведена до20 А, хотя при этом будет определенное ослабление отраженного сигнала.В такихслучаях погрешность измере,ния температуры практически может.,быть снижена уже при .одноградусномермоиндикаторе до 0,005 С. Погрешность может бйть еще меньшей при использовании термоиндикаторов сболее узкой шириной меэофазы. Длябольшинства же практических измереоний приемлема погрешность 0,1 СКак -следует иэ вышесказанного, спомощью термоиндикаторов холестерического типа можно измерять темпеоратуру с погрешностью около 0,001 С,Изобретение поясняется чертежом.Устройство для осуществления способа содержитисточник белого света1, оптически связанный с жидкокрис таллическим термоиндикатором 2, который крепится .на объекте измерения3,:жидкокристаллический термоиндикатор 4, оптически связанный с термойндикатором 2 и фотоприемником 5, 5 блок перестройки спектра отражения б,высокой, разрешающей способностьютермоиндикаторы;- позволяет создать измерительноеустройство температуры с.погрешностью измерения температуры около 5 0,001 С. Формула изобретения 1. Способ дистанционного измерения температуры, заключающийся вопределении положения спектральнойполосы установленного на объекте термоиндикатора и нахождении температуры по температурно-спектральной характеристике термоиндикатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерениятемпературы, избирательно отраженныйот жидкокристаллического термоиндикатора свет подвергают вторичному отражению от аналогичного термоиндикатора, спектр отражения которого меняют во времени от исходного значениядо совпадения спектров и измеряютвремя изменения спектра, пропорциональное температуре.2Устройство для реализации способа по п,1, содержащее источникбелого света, оптически связанный, стермоиндикатором, и фотоприемник,о т л и ч а ю щ е е с я тем; чтовнего введены второй аналогичйыйтермоиндикатор, оптически связанныйс фотоприемником, блбк перестройкиспектра отражения второго термоиндккатора, содержащий термоэлемент,блокуправления и блок считывания, причемоба термоиндикатора выполнены жидкокристаллическими и оптически связаны между собой, а блок управлениясоединен с блоком считывания, фотоприемником и блоком перестройкиспектра отражения второго термоиндикатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Приборы и системь управления,Р 3, 1974, с.40.2. Патент франции У 2231958,кл. 6 01 4 3/48.3. Авторское свидетельство СССР9 445853, кл. 6 01 3 3/00, 1974(прототип). 5746207 термически связанный с термоиндикатором 4 и электрически с блоком управления измерениями 7, который электрически связан с фотоприемником 5 и блоком считывания 8.Работа устройства осуществляется следующим образом.Свет источника 1 света освещает жидкокристаллический термоиндикатор 2, находящийся на объекте измерения 3 Под воздействием температуры объекта 3, жидкокристаллический термоиндикатор 2 приобретает определенный. электр отражения, соответствующий определенной температуре объекта. Селективно отраженный свет от жидкою 15 кристаллического термоиндикатора 2 падает на аналогичный жидкокристаллический термоиндикатор 4. При включении устройства на измерение с блока 7 поступает команда одновременно на блок б и блок 8, 20Блок 8 начинает отсчет времени. Блок б изменяет во времени спектр отражения жидкокристаллического термоиндикатора 4, начиная с некоторого исходного состояния. При совпа денни спектров отражения жидкокристаллических термоиндикаторов 2 и 4 на входе фотоэлемента 5 появляется сигнал, который поступает в блок 7. Блок 7 одновременно подает команду 30 на блоки б и 8. Блок б прекращает воздействие на жидкокристаллический термоиндикатор 4, а блок 8 останавливает отсчет времени и преобразует это время в отсчет температуры. Ис полнительным органом блока б для изменения спектра жидкокристаллического термоиндикатора 4 может служить термозлемент, температура которого может изменяться в широких пределах, например, термобатарея "Селен".Использование способа дистанционного измерения температуры жидкими кристаллами обеспечивает по сравнению с существующими способами 4 следующие преимущества:исключает сложную оптическую систему, не требует многозвенных фильтров, что позволит создать технологичное в изготовлении и простое в эксплуатации устройство;- позволяет использовать дешевые, обладающие малой теплоемкостью итор Л еда Зака н оектная,4 жгород 3927/28 Тираж ЦНИИПИ Государственпо делам изобрете 113 О 35, Москва, ЖФилиал ППП "Патент" тель Л.ЛатыевИ. Петко Корректор М.Ко 13 Подго комитета СССРй и открытийРауыская наб., д