Устройство для измерения температуры

1 ц 859838 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22)Заявлено 24 2,79 (21) 2856550(18-10с присоединением заявки РЙ -ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения С.К. Моршнев, А.С. Рябов и А.В. Францессой Ордена Трудового Красного Знамени институтрадиотехники и электроники(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к термометрии.Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник светового излучения соединенный светоФ5 водом с фотоприемником, термочувствительный элемент Г 13Однако известное устройство не обладает требуемой чувствительностью из-за больших потерь излучения внут 10 ри термочувствительного элемента, а, также из-эа того, что свет в нем распространяется расходящимся пучком.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры содержащее источник светового излучения, соединенный волоконным световодом с фотоприемником, термочувствительный элемент И .20Устройство обладает более высокой чувствительностью, однако она является недостаточной из-за потерь светового излучения в полупроводниковом термочувствительном элементе, который повышает и инерционность устройства.Цель изобретения - повышение чувствительности при одновременном сни - жении инерционности устройства.Для достижения цели термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один. изгиб с радиусом кривизны В, определяемым соотношением(1) где п 0 - показатель преломления материала сердцевины свето-.вода;П,1 - показатель преломления материала оболочки световода;Я - радиус кривизны сердцевинысветовода;г - внешний радиус кривизны оболочки световода.На внешнюю поверхность изогнутого участка световода нанесено покрытие, выполненное иэ материала, показатель30 40 преломления которого меняется от тем. пературы.Для ниэкотемпературного диапазона в качестве материала покрытия свето- вода используется силиконовая резина, а для высокотемпературного - пленка хлористого натрия.Изогнутый участок световода выполнен в виде спирали.На фиг, 1 изображено схематически устройство, обший вид; на фиг. 2 термочувствительный участок световода на фиг. 3 - термочувствительный элемент; на фиг. 4 - зависимость выходного сигнала устройства от температу - ры измеряемого объема.Устройство содержит источник 1 светового излучения, фотоприемник 2, осветительный 3 и измерительный 4 участки световода, термочувствительный элемент 5, выполненный в виде изогнутого участка световода, покрытие 6, выполненное из материала, показатель преломления которого сильно зависит от температуры, сердцевину 7 волоконного световода, оболочку 8,На фиг. 4 представлены экспериментальные зависимости выходного сигнала устройства от температуры измеряемого объекта, например керосина, для различных радиусов изгиба термочувствительного элемента, выполненного в виде изогнутого участка световода.Устройство работает следующим образом.Световое излучение от источника1 поступает в осветительный участок 3 световода иэ оптического волокна с сердцевиной 7 и оболочкой 8 и распространяется преимущественно посердцевине 7 за счет явления полноговнутреннего отражения на границе сердцевина-оболочка. На участке 5 с изгибом, радиус Й которого удовлетворяет укаэанному выше соотношению, световое излучение выходит из сердцевины 7 и распространяется по .оболочке 8.В оболочке 8 световое излучение распространяется веером лучей, падающих на границу оболочка 8 - внешняя среда 9 (фиг, 2), в некотором диапазоне углов. Те лучи, которые падают на указанную границу под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения для данной внешней среды 9 и при данной температуре, выходят из оболочки 8 во внешнюю среду 9,О 15 20 25 35 45 50 55 Остальные лучи, отразившись на границе раздела оболочка - внешняя среда,в силу симметрии световода и принципа обратимости светового луча, возвращаются назад в сердцевину 7 и распространяются по измерительному участку 4 (фиг. 1 и 3) волоконного световода к фотоприемнику 2.Если температура внешней среды 9изменяется, например повышается, тоизменяется показатель преломлениявнешней среды 9, Повьшекие температуры чаще всего приводит к уменьшению показателя преломления внешнейсреды 9. Такое уменьшение показателяпреломления изменяет величину углаполного внутреннего отражения. Приэтом часть лучей, которые выходятиз оболочки 8 во внешнюю среду 9,отражаются от указанной границы раздела и возвращаются в сердцевину наизмерительном участке 5 волоконногосветовода. Это увеличивает световой поток, падающий на фотоприемник 2, т.е. увеличивается сигналпоступающий с устройстваЕсли температура внешней средыуменьшается, это приводит к увеличению - внешняя среда и, следовательно, к выходу во внешнюю средучасти излучения, ранее остававшеесяв световоде. Таким образом, световое излучение, падающее на фотоприемник, уменьшается, пропорционально ему уменьшается и сигнал устройства для измерения температуры.Меняя радиус В изгиба участка 5волоконного световода, при условиивыполнения соотношения 11), можноизменять диапазон углов падения награницу раздела оболочка - внешняясреда тех лучей, которые распространяются в оболочке 8, и, следовательно, менять диапазон измерениятемпературы в конкретной внешнейсреде 9,Так как для измерения температурыиспользуется физическое свойство(показатель преломления) тела, температура которого измеряется, то нетребуется дополнительного временидля того, чтобы термометр пришелв тепловое равновесие с внешнейсредой 9.Для измерения температуры жидкихи газообразных веществ, показательпреломления которых в данном интервале температур меняется с изменениемтемпературы незначительно, а также,где по в ,показатель преломления материала сердцевины световода;п - показатель преломленияоболочки световода;Р - радиус кривизны сердцевинысветовода;г - внешний радиус кривизныоболочки световода.2. Устройство по п. 1, о т ц ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения класса измеряемых веществ,на внешнюю поверхность изогнутогоучастка световода нанесено покрытие,выполненное из материала, показательпреломления которого меняется от температуры.3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве материала покрытия световода длянизкотемпературного диапазона используется силиконовая резина, а для высокотемпературного - пленка хлористо"го натрия.4. Утрйс по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что изогнутыйучасток световода выполнен в видеспирали. для измерения температуры твердых тел, поверхность изогнутого участка 5 световода покрыта материалом 6 (фиг. 1) с показателем преломления, сильно меняющимся в зависимости от температуры в измеряемом иитервале температур. В качестве материала покрытия используются различные марки силиконовой резины для темпео о ратурного диапазона -60 - +150 С, о и для высокотемпературного 700-800 фС пленка хлористого натрия.Для измерения температуры веществ показатель преЛомления которых мал .1 близок к 1), термочувствительный5 участок световода выполняется в виде спирали (фиг. 3). В этом случае устройство работает аналогично описанному. Формула изобретения 30 110 + 111Я,ей"О 1. Устройство для измерения температуры, содержащее источник светового излучения, соединенный волоконным световодом с фотоприемником и термочувствительный элемент, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности при одновременном уменьшении инерционности, термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один изгиб с радиусом кривизны Й, определяемым соотношением Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 574631, кл. 6 01 К 11/12, 30.09.22. 2. Авторское свидетельство СССР У 609979, кл. 6 О 1 К 11/12, 05,06.78ФжФ ВНИИПИ Заказ 7534/62 Тираж 907 филиал ППП "Патент", г.Ужгород,иснектная,4