Устройство для измерения температуры перегрева

и 938031 ОП ИСАНЙЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпик(51)йч, Кл. 0 О 1 К 11/12 Гааударстюныб каектат СССР аа делан кзааретехи 1 к аткрытк(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕВА Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для изме рения температуры перегрева с помощью жидких кристаллов, и может быть использовано для дистанционного из 5 мерения локальных температур и температурных полей радио- и электро- аппаратуры, работающей в сложных условиях, например под высоким электрическим потенциалом или в полях СВЧ, а также труднодоступных деталей и сред. Известны устройства для измерения температуры, содержащие термохромный индикатор, оптиковолоконные передающие и приемные каналы, фотоприемник и источник светового излучения. Принцип действия таких устройств состоит в изменении спектра отражения термо о хромного индикатора в зависимости от температуры 1 1 ),Недостатком таких устройств является низкая точность измерения температуры, обусловленная нестабигьностью фотоприемника,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля измерения температуры перегрева,включающее термохромный индикатор,оптически связанный с источникомсветового излучения и с регистратором, содержащим фотоприемник и блокрегистрации 21,Недостатком устройства являетсянизкая точность измерения температурыобусловленная малым разрешением вобласти максимумов спектра отражения жидкокристаллического веществапри изменении температуры, а такженеравномерностью спектральной характеристики фотоприемника.Цель изобретения - повышение точ.ности измерения температуры.Эта цель достигается тем, что вустройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блок запомина 3 93803 ния и сравнения, счетчик, управляемый источник напряжения логический блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромный индикатор, оптически связанный с источником б светового излучения через дефлектор а через спектроскоп - с фотоприемником, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока через компаратор, блок запоминания и 10 сравнения, счетчик, аналоговый комму татор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника, а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового ком. 1 З мутатора, блока запоминания и сравнения, счетчика и управляемого источника напряжения, выход которого соединен с входами нагревательного элемента и регистрирующего блока,На чертеже приведена схема выполнения устройства для измерения температуры.Схема включает в себя термохромные индикаторы 1 температуры, выполненные на основе жидкокристаллического вещества и находящиеся в тепловом, контакте с объектом 2 контроля, тепловой эталон 3, управляемый источник 1 напряжения, оптические передающие каналы 5, дефлек" тор 6, осветитель 7, оптический приемный канал 8, спектроскоп 9, многоэлементный фотоприемник 10, коммутатор 11, логический блок 12, счетчик 13, компаратор 11, блок 15 запоминания и сравнения, регистрирующий блок 16.При этом в качестве теплового эталона 3 используют резистор, подключенный к управляемому источнику 114 ф напряжения. Температура теплового эталона 3 определяется напряжением управляемого источника ч напряжения.Термохромный индикатор 1 посредством передающего оптического канала 5 связан через дефлектор 6 с осветителем 7, а посредством приемного оптического канал 8 через спектроскоп 9 - с многоэлементным Фотоприемником 1 О. Спектроскоп 9 выпол О нен в виде дифракционной решетки,Оптические каналы 5 и 8 представляют собой жгуты оптического волокна, каждый из которых имеет два оптически независимых входа и два оптически независимых выхода, путем разделения обоих жгутов оптических волокон на две части со стороны вхо 1 4да и на две части со стороны выхода.Одна часть оптических волокон, образующих передающий оптический канал 5, со стороны входа расположена вблизи дефлектора 6 таким образом, что дефлектор 6 в первом рабочем положении связывает их с осветителем 7, а со стороны выхода - вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с, объектом 2 контроля. Вторая часть оптических волокон, образующих пе - . редающий оптический канал 5, со стороны входа также расположена вблизи дефлектора 6, а именно таким образом, что дефлектор 6, находясь во втором рабочем положении, связывает их с осветителем 7, Со стороны выхода вторая часть оптических волокон передающего оптического канала 5 расположена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3.Первая часть оптических волокон приемного оптического канала 8, со стороны входа размещена вблизи участ ка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля, а со стороны выхода - через спектроскоп 9 оптически связана с многоэлементным фотоприемником 10. Вторая часть оптических волокон приемного оптического канала 8 со стороны входа расположена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контак; те с тепловым эталоном 3, а со стороны выхода через спектроскоп.9 оптически связана с многоэлементным Фотоприемником 10.В качестве осветителя 7 может быть использован любой источник "бе. лого света" в спектре рассеяния ч 00"700 нм термохромного индикатора 1, близкой к равномерной.Многоэлементный фотоприемник 10 так расположен относительно спектроскопа 9,что на каждый элемент фотоприемника 1 О проецируется определенный участок спектра. Кроме того, каж дый элемент многоэлементного фотоприемника 10 электрически связан с одним из коммутируемых входов аналогового коммутатора 11. Управляющий вход коммутатора 11 связан с счетчиком 13, а разрешающий - с логическим блоком 12. Выход аналогового ком93803 40 мутатора 11 связан с входом компаратора 14, выход которого соединен с логическим блоком 12. Логический блок 1,2, кроме того, связан с счетчиком 13, блоком 15 запоминания и 5 сравнения, дефлектором 6 и входом регулируемого источника 4 напряжения, с, которым непосредственно связан регистрирующий блок 16 для фиксации измерительных значений темпе ратуры,Устройство для измерения температуры перегрева работает следующим образом.В начальный, момент времени дефлек. 15 тор 6 находится в первом рабочем положении и световой поток от осветителя 7 по передающему оптическому каналу 5 попадает на участок термохромного индикатора 1, находящийся 20 в тепловом .контакте с объектом 2 кон. троля. Отраженный от термохромного индикатора 1 световой поток по приемному каналу 8 подается на спектроскоп 9, причем спектральная характе ристика отраженного потока зависит от температуры участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля, т.е. от температуры объекта 2 30 контроля. Спектроскоп 9 разлагает световой поток в спектр и подает на многоэлементный фотоприемник 10,Каждый элемент фотоприемника 10 воспринимает свой определенный участок спектра, причем первый элемент воспринимает участок спектра в области коротких волн, и выходные напряжения этих элементов определяются интенсивностями соответствующих спектральных составляющих отраженного светового потока.Напряжения с элементов фотоприемника 10 поступают соответственно на коммутируемые входы аналогового коммутатора 11. В коммутаторе 11 осу" ществляется соединение одного из коммутируемых входов с выходом, причем номер соединяемого входа соответствует коду счетчика 13, поступающему на управляющий вход аналогового коммутатора 11. В исходном состоянии счетчик 13 содержит код первого вхо" да аналогового коммутатора 11, соответственно первого элемента Фото"55 приемника 10. Увеличение содержимого счетчика 13 на единицу соответствует подключению следующего элемента фо" топриемника 10. 6По внешнему сигналу "Начало изме.рения" поступающему на вход логического .блока 12, последний выдаетна разрешающий вход аналогового коммутатора 11 сигнал "Разрешение коммутации" и напряжение от первогоэлемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступает на вход компа"ратора 14. В компараторе 14 напряжение от первого элемента фотоприемника 10, соответствующее интенсивности спектральной составляющей отраженного света в области короткихволн, сравнивается с опорным напряжением, соответствующим уровню интенсивности светового потока, на котором анализируется ширина спектраотраженного светового потока,Бсли напряжение от первого элемента фотоприемника 10 меньше опорного напряжения компаратора 14, тос компаратора 14 на логический блок12 импульс не поступает, последнийвыдает импульс на вход счетчика 13,содержимое счетчика 13 увеличиваетсяна единицу. В результате к выходуаналогового коммутатора 11 подключается следующий коммутирующий входи соответственно на вход компаратора.14 поступает напряжение от следующегоэлемента фотоприемника 10, соответствующее интенсивности спектральнойсоставляющей отраженного световогопотока в области более длинных волн,Процесс поочередного подключения эле.ментов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор 11 к компаратору14 продолжается до тех пор, пока напряжение от очередного элемента Фотоприемника 10 не превысит опорноенапряжение компаратора 14. В этомслучае с выхода компаратора 14 налогический блок 12 поступает сигналпо которому логический блок 12 выдает команду в блок 15 запоминания исравнения на запоминание кода счетчика 13, соответствующего номеру элв.мента фотоприемника 10 (соответст"венно определенному участку спектраотраженного светового потока), напря.жение которого превысило опорное на"пряжение компаратора 14. Таким образом, запоминается нижняя границаспектра рассеяния на некотором уровне интенсивности отраженного светового потока.Процесс подключения следующих лементов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор 11 к компаратору 141 О яния. 7 938031 продолжается до тех пор, пока напряжение от очередного элемента фотоприемника 10 не понизится ниже опорного напряжения компаратора 14. Кактолько это произойдет, с компаратора 14 на логический блок 12 сигналне поступает, логицеский блок 12снимает с разрешающего входа анало"гового коммутатора 11 сигнал "Разрещение коммутации", выдает командув блок 15 запоминания и сравнения на запоминание кода счетчика 13, соответствующего номеру элемента фотоприемника 10, напряжение которогониже опорного напряжения компаратора 14. Таким образом, запоминает"ся,верхняя граница спектра рассеПосле запоминания границ спектра с логического блока 12 поступает сигнал на вход счетчика 13 и на уп равляющий вход дефлектора б. По этому сигналу счетчик 13 возвращается в исходное состояние, т.е, он:содержит код, соответствующий первому входу аналогового коммутатора 11,соответственно первому элементу фо"топриемника 10, а дефлектор б переходит во второе рабочее состояние.При этом световой поток от осветителяпо передающему оптическомуканалу 5 попадает на участок термо"хромного индикатора 1, находящийся в тепловом контакте с тепловымэталоном. Тепловой эталон 3 в этовремя имеет температуру окружающейсреды. Отраженный световой поток поприемному каналу 8 через спектроскоп 9 попадает на многоэлементныйфотоприемник 10. Так как счетчик 13находится в исходном состоянии, тов аналоговом коммутаторе 11 к ком"мутации подготовлен первый коммути"руемый вход коммутатора 11. По раз"решающему сигналу от логическогоблока 12 происходит коммутация пер" вого входа коммутатора 11 и напряжение от первого элемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступа" ет на вход компаратора 14, Аналогично предыдущему определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на выбранном уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные гра" ницы сравниваются с соответствующими границами, ранее определенными для светового потока,. отраженного от участка термохромного индикатора 1 находящегося в тепловом контроле с объектом 2 контроля и определяются разницы кодов соответственно нижних и верхних границ,Гсли совпадения с тоцностью до единицы разницы кодов соответственно нижних и верхних границ не произошло, то из логического блока 12 на управляющий вход управляемого источника 4 напряжения поступает сигнал "Разрешение приращения" и выходное напряжение источника 4 напряжения, а соответственно и температура теплового эталона, увеличиваются на некоторую величину.Для новой температуры теплового эталона 3 вновь определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные границы вновь сравниваются с соответствующими,границами, определенными для объекта 2 контроля.Процесс повторяется до тех пор, пока в блоке 15 запоминания и сравнения не произойдет такого соотношения кодов соответственно нижних и верхних границ спектра рассеяния, при котором разница кодов не будет превышать единицы. Как только это происходит и ошибка сводится к минимуму за счет симметризации спектра,с блока 15 запоминания и сравнения на логический блок 12 поступает сигнал, по которому логический блок 12выдает сигнал "Конец измерения" ипрекращает подачу сигнала "Разрешение приращения" на управляющий вход управляемого источника 4 напряжения. Связанный с источником 4 напряжения регистрирующий блок 6 дает при этом информацию не только о температуре теплового эталона 3, но и о равной ей температуре объекта 2 контроля.То обстоятельство, цто в предлагаемом устройстве для измерения температуры перегрева измерению подлежит не положение максимума интенсивности отраженного светового потока,а ширина спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности, позволило избавиться от ошибки, связанной9 938031 с разрешением в области максимума, Кроме того, в предлагаемом устройстве температура перегрева объекта контроля оценивается по напряжению управляемого источника напряжения, определяющегося температуру теплового эталона в момент совпадения спектров рассеяния, вызванных на термохромном индикаторе объектом контроля и тепловым эталоном, что 1 О исключило погрешность измерения, связанную в известном устройстве с неравномерностью собственной спектральной характеристики фотоприемника.5Изобретение обеспечивает большуюточность измерения температуры.Формула изобретенияУстройство дпя измерения температуры перегрева, включающее термохром. ный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения и с регистратором, содержащим фотоприемник и блок регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения темпе 10ратуры, в устройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блокзапоминания и сравнения, счетчик,управляемый источник напряжения,логический блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромныйиндикатор, оптически связанный систочником светового излучения че"рез дефлектор, а через спектроскопс фотоприемником, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока через компаратор, блок. запоминания и сравнения, счетчик, аналоговый коммутатор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника, а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового коммутатора, блока запоми":ания и сравнения, счетчика и управ"ляемого источника напряжения, выход которого соединен с. входами нагревательного элемента и регистрирующего блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США й 4016761,кл. О 01 К 11/12, 1977.2, Патент ГДР й 100549,кл. 6 01 К 11/12, 1976 (прототип).