Устройство для измерения температуры

72) Авторы изобретен Данили А. К,Гу енко,; с, ";с-аявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕРАТУРЫ Действиеновано на ра чески неодно Изобретение относится к области термометрии, а именно к устройствам для измерения температур по изменению цвета измерительного элемента, и может быть использовано для дистанционного измерения локальных температур и температурных полей труднодоступных деталей и узлов.Известны устройства. для измерения температуры, в,которых изменение цвета термочувствительного элемента набгподается в свете, отраженном от его задней стенки, находящейся в тепловом контакте с поверхностью исследуемого объекта, конструктивно представляющие собой кювету с термочувствительным элементом, на заднюю стенку которой нанесено зеркальное покрытие, отражаясь от которого световой поток проходит через оптически неоднородную смесь дважМ звестного устройства осеиваюшем свойстве оптидной смеси (иэооптической системы) для света, всех длин волн, для которых показатели преломления компонентов смеси отличаются между собой, и прозрачности ее для света, длине волны которого соответствует равенство показателей преломления компонентов смеси. Измерение температуры основано на спектральном смещении полосьг пропускания термочувствительного элемента и соот ветствуюшек изменении его цвета в зависимости от температуры.Недостатком этих устройств является очень малая точность измерения и узкая область применения вследствие того, что при наблюдении света, отраженного от задней стенки термочувствительного элемента, часть белого света от источника, освешагошего термочувствительный элемент, отражается от его передней стенки, т. е. создает белый фон, затрудняющий определение цвета термочувствительного элемента; тепловой контроль непрозрачных объектов путем сквозного просвечивания невозможен как в силу конст3 8руктивных особенностей изделий, так иих оптической непрозрачности.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для контроля температуры, содержащее кювету стермочувствительной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствитепьным элементом и исследуемым объектом и соединенный с возбудителем излучения. Причем многослойный элемент содержит прозрачный электрод, нанесенный на одну из наружныхстенок кюветы, прилегающий к нему слойэлектролюминофора с белым свечениемповерх которого нанесен второй электродв виде проводящего отражающего покрытия.Возбудитель излучения выполнен в виде источника переменного напряжения 23,Недостатками устройства являютсянизкая точность измерения и узкая область применения, обусловленные нестабильностью характеристик излучения элекъролюминофора и недостаточной эффективностью при измерении локальных температурвследствие того, что материалы, из которых выполнены электроды многослойного элемента, обладают значительнымикоэффициентами теплопроводности и нарушают исходное распределение темпераЩ),77358 4товодов, разделенных светоиэолирующимипрослойками.На фиг. 1 показано конструктивноевыполнение устройства для измерениятемпературы и функциональные узды, обеспечиваюшие его работоспособность; нафиг, 2 - конструктивное выполнение световодного слоя многослойного элемента,Конструкция устройства, включает10 в себя термочувствительный элемент 1,выполненный в виде прозрачной кюветы2, заполненной оптически неоднороднойсмесью органической жидкости 3 и стеклянного порошка 4, многослойный элемент 5, расположенный между термочувствительным элементом 1 и исследуемымобъектом 6 и соединенный с возбудителем 7 излучения.Многослойный элемент 5 выполненв виде структуры диэлектрических пленок из материалов с различными показателями преломления, содержащей последовательно прилегающие друг к другу,начиная от границы с термочувствительным элементом 1, согласующий 8, рассеивающий 9, световодный 10, отражающий 11, защитный 12 слои,Световодный слой 10 выполнен в виде диэлектрической пленки из материала30с большим (порядка 1,6-1,8) показателем преломления, например изтяжелогофлинта,Рассеивающий слой 9 выполнен, например, в виде диэлектрической, пленкис матированиой поверхностью, полученз 5 ной.в результате ионной бомбардировкиили обработки абразивным порошком иобладающей в результате этого периодической неоднородностью оптических характеристик.40 Бель изобретения - повьпиеиие точности измерения и расширение областиприменения устройства.Эта цель достигается тем, что в известном устройстве многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлектрических пленок и содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начиная от границы с термочувствитеаьным элементом,согласующий, рассеивающий, световодный,отражающий и защитный слои,Для уменьшения тепловой инерционнос ти согласующий слой многослойного элемента находится в непосредственном кон такте с оптически неоднородной смесью.Для упрощения конструкщщ и умейьшены теплоемкости многослойного элемента, рассеивающий слой выполнен отъражающим и расположен между световодным и защитным слоями,Для ослабления взаимного влиянии световых потоков, излучаемых, различныФми участками термочувствительного эле- . мента, световодный слой выполнен из параллейьно расположенных волоконных свеСогласующий (просветляющий) слой 8выполнен в виде группы диэлектрических пленок из материалов, величины показателей преломления которых последова тельно изменяются от величины показателя преломления рассеивающего слоя 9 до величины показателя преломления оптически неоднородной смеси, с которой согласующий слой 8 находится в непосред ственном контакте.Отражающий слой 11 выполнен в виде группы чередующихся между собой диэлектрических пленок иэ материалов с большим и малым показателями прелом ления.Защитный слой 12 выполнен в видедиэлектрической пленки из материала, обладающего высокой механической проч5 87ностью, например из полиэтилентерефталата.Многослойный элемент.5 входным онцом оптически связан с возбудителем 7излучения, выполненным в виде осветителя, содержащего источник 13 света,например, стабильную спектрометрическую лампу, инфракрасный фильтр 14 иузел 15 оптической связи, например, ввиде набора световодных волокон 16,Яа противоположный конец многослойного элемента 5 нанесено отражающеепокрытие 17 в виде диэлектрической пленки с малым показателем преломления(порядка 1, 1-1,3),Световодный слой 10 многослойногоэлемента 5 (фиг. 2) выполнен из парал лельно расположенных. волоконных светогводов 18, разделенных светоизолирукяцими прслойками 19, показатель преломления которых меньше показателя преломления волоконных световодов 18,Устройство работает следующим образом,Световой поток от источника 13 света через инфракрасный фильтр 14, гдетепловая составляющая-спектра световогопотока отфильтровывается и не оказйвагет влияния на точность измерения температуры, поступает на оптический узел15 связи и по еветоводным волокнам 16поступает в световодный слой 10 многослойного элемента 5.Распространяясь с световодном слое.10, световой поток, последовательно отражаясь от диэлектрического зеркала 11и рассеивающего слоя 9, проходит. черезрассеивающий слой 9 и согласующий слой8 в направлении термочувствнтельногоэлемента 1, Необходимая эффективностьвывода света из световодного слоя 10достигается подбором параметров оптической неоднородности рассеивающегослоя 9.Диэлектрическое зеркало 11 обеспечивает создание оптимальных условийдля распространения светового потокапо световодному слою 10 и для повышения эффективности освещения, так какотражает свет, рассеянный слоем 9, внаправлении исследуемого объекта 6.Защитный слой 12 обеспечивает зашиту многослойного элемента 5;от механических повреждений и воздействияокружающей среды.Согласующий слой 8 обеспечиваетэффективный ввод светового потока, рассеянного на неоднородностях рассеивающегослоя 9, в оптически неоднородную смесь, 7358 6 Оптически неоднородная смесь, заполняющая кювету 2 термочувствительного элемента 1, рассеивает свет во всем спектральном диапазоне, в котором показатели преломления стекла 4 и жидкости 3 отличаются между собой, и беспрепятственно аропускает свет той длины волны, для которой показатели преломления компонентов смеси совпадают при данной температуре, При изменении температуры полоса пропускания оптически неоднородной смеси смещается по спектру,51 О 15 26 25 зо 35 40 45 50 55 что приводит к изменению цвета термочувствительного элемента 1. Бо изменению цвета термочувствительного элемента 1 можно однозначно судить о температуре исследуемого объекта 6.Особенностью конструктивного выполнения .термочувствительного элемента 1является то, что согласующий слой 8 многослойного элемента,5, плотно прилегающий к срезу кюветы 2 и закрепленныйна ней, непосредственно контактирует соптически неоднородной смесью. За счетэтого снижена тепловая инерционностьтермочувствительного элемента 1.Конструкция многослойного элемента5 упрощается за счет исключения из егосостава отражающего слоя 11 и помеще-ния на его место (т. е между световодным 10 и защитным 12 слоями) расасеиваюшего слоя 9, Он совмещает в себе функции отражающего 11 и рассеивающего 9 слоев, тем самым уленьшаетсяего толщина и, соответственно, теплоемкость,Конструкция световодного слоя 10обеспечивает возможность построчногосканирования светового луча путем последовательного освещения отдельныхволоконных световодов 18, чем ослабляется взаимное влияние световых потоков,излучаемых различными участками термочувствительного элемента 1. Построчное сканирование светового луча позволяет применять предлагаемое устройствов тех случаях, когда в качестве вторичной измерительной аппаратуры используются приборы с построчным съемом информации.Это расширяет область примененийустройства ввиду возможности его использования для измерения локальныхтемператур, визуализации тепловых полей объектов и для регистрации распределения температур по поверхности объектов,Таким образом, предложенное устройство, обеспечивает большую точность77358 8ния тепловой инерционности, согласующийслой многослойного элемента находитсяв непосредственном контакте с оптичесия ки неоднородной смесью.3. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью упрощенияконструкции и уменьшения теплоемкостимногослойного .элемента, рассеивающийслой выполнен отражающим и расположенщо между световодным и защитным слоями,4, Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с цепью ослабления взаимного влияния световых потоков,излучаемых различными участками тер 15 мочувствительного элемента, световодный слой выполней из параллельно расположенных волоконных световодов, разделенных светоиэолируюшими прослойка- мие 20- О Сэфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 8 измерения температуры, так как в нем исключены ошибки измерения, обусловлен-. ные изменением излучающих свойств мно. гослойного элемента в результате старен и воздействия окружающей среды, а также зависимостью их от условий возбуждения.формула, изобретения1. Устройство для измерения температуры, . содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной оптически неоднородной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствительным элементом и исследуемым объектом и соединенный с возбудителем излучения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что,.с цепью повышения точности измерейия и расширения области применения, многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлекп ричэских пленок и содержащей последоватешео прилегающие друг к другу, начиная отграницы с термочувствительным элементом, согласующий, рассеивающий, световодный, отражающий и защитный слои2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Войцехов Ю, Р., Чернякова М. М,Иэооптический метод дистационного измерения температуры. - "Вопросы радиоэлектроники", сер. ТРТО, вып. 2,1974,2, Авторское свидетельство СССР