СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2011 года по МПК G01K11/12 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры, например в автоматических системах кондиционирования воздуха для дистанционного измерения температуры в зонах комфорта.

Известен способ измерения температуры, включающий подачу потока излучения на термочувствительный элемент и определение температуры путем анализа спектра излучения [1].

Недостатками данного способа являются:

- сложность аппаратурной реализации способа и его автоматизации;

- необходимость применения проводной линии связи датчика и анализатора.

Прототипом является способ дистанционного измерения температуры [2].

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции, реализующей способ;

- необходимость применения проводной линии связи между датчиком и регистратором;

- ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что регистратор может обслуживать только один датчик, а показания можно считывать только с регистратора и под определенным углом зрения.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение удобства в эксплуатации и расширение функциональных возможностей.

Задача решается тем, что в способе дистанционного измерения температуры, включающем подачу через световод потока излучения на термочувствительный элемент, изменение им величины потока, преобразование его с помощью фотоприемника в электрический сигнал, трансформирование сигнала в пропорциональный температуре параметр и фиксирование последнего регистратором, часть потока посылают на регистратор, изменение величины потока производят путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, при этом трансформированием получают параметр частоты, которой модулируют поток.

Посылаемый на регистратор поток рассеивают. Поток излучения подают периодически. Жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры. Панель выполняют в виде солнечной батареи. Соответствие температуры определенному диапазону отображают индикатором. Обеспечивают возможность изменения направления посылаемого на регистратор потока излучения относительно термочувствительного элемента.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении удобства в эксплуатации и расширении функциональных возможностей.

Сущность изобретения отражают операции:

- часть потока посылают на регистратор, изменение величины потока производят путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, при этом трансформированием получают параметр частоты, которой модулируют поток;

- посылаемый на регистратор поток рассеивают;

- поток излучения подают периодически;

- жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры;

- панель выполняют в виде солнечной батареи;

- соответствие температуры определенному диапазону отображают индикатором;

- обеспечивают возможность изменения направления посылаемого на регистратор потока излучения относительно термочувствительного элемента.

Подача части потока на регистратор, изменение величины потока путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, и получение трансформированием параметра частоты, которой модулируют поток, способствуют повышению эксплуатационных возможностей. Датчик и регистратор не имеют при этом проводной линии связи, благодаря чему датчик легко можно размещать практически в любом месте и при необходимости изменять место установки потребителем. Применение жидкости в качестве термочувствительного элемента упрощает конструкцию, делает датчик более надежным и дешевым, что снижает затраты на изготовление и ремонт. Частотное модулирование потока повышает надежность передачи информации и упрощает конструкцию, так как источник излучения выполняет сразу две функции - обслуживает чувствительный элемент и передает информацию на регистратор.

Рассеивание посылаемого на регистратор потока повышает эксплуатационные возможности, делая диаграмму направленности более широкой, что позволяет увеличить зону размещения регистратора по отношению к излучателю.

Периодическая подача потока излучения способствует экономии энергии, затрачиваемой излучателем, следовательно, увеличивает срок службы источника питания и делает его замену более редкой, что повышает эксплуатационные возможности.

Помещение жидкости в трубку и установка ее на панели со шкалой температуры позволяют выполнить датчик в виде обычного термометра, что расширяет функциональные возможности, поскольку информацию о температуре можно считывать не только с регистратора, но и с датчика.

Выполнение панели в виде солнечной батареи повышает эксплуатационные возможности, так как появляется возможность в некоторых случаях отказаться от химических источников питания датчика или, по крайней мере, снизить их энергоемкость.

Отображение индикатором соответствия температуры определенному диапазону повышает удобства в эксплуатации и расширяет функциональные возможности, поскольку позволяет визуально издалека (не приближаясь к датчику) оценить значение температуры.

Обеспечение возможности изменения направления посылаемого на регистратор потока относительно термочувствительного элемента повышает удобства в эксплуатации, так как при определенном (фиксированном) направлении излучения на регистратор датчик (в виде термометра) может быть установлен в положении, удобном для считывания показаний по шкале температуры.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема датчика температуры. На фиг.2 изображена схема регистратора температуры.

Датчик температуры содержит термочувствительный элемент в виде трубки 1, в которой размещены жидкость 2 и световод с сердцевиной 3, очищенной на участке L от оболочки 4. Один конец световода оптически соединен с фотоприемником 5, выход которого через усилитель 6 подключен к преобразователю 7 напряжение-частота, с выхода которого сигнал поступает на источник 8 излучения, посылающий часть 9 потока излучения в другой конец световода, а часть 10 - на регистратор.

Регистратор имеет фотоприемник 11, выход которого через усилитель 12 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 13, на выходе которого формируется информация о температуре.

Способ реализуют следующим образом.

Для измерения температуры заводят часть 9 модулированного (описанным ниже образом) потока от источника 8 излучения (светодиода) в световод. Поскольку на участке L со световода удалена оболочка 4, то происходит контакт поверхности сердцевины 3 с окружающей ее в трубке средой. Это приводит к рассеянию идущего по световоду потока излучения, причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины и окружающей среды (см., например, Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические световоды. - М.: Мир, 1980). Основное затухание происходит на участке L, при погружении которого в жидкость 2 на величину Н, соответствующую измеряемой температуре, поток на выходе может быть найден по формуле

Ф=Ф₀ехр(-α_вL)ехр[H(α_в-α_ж)],

где Ф, Ф₀ - соответственно поток на выходе и входе световода; α_ж, α_в - соответственно коэффициент затухания в жидкости и над жидкостью.

Изменение уровня Н от температуры вызывает соответствующее изменение потока, которое преобразуется фотоприемником 5 (например, фотодиодом) в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем 6 и подают на преобразователь 7 напряжение-частота, т.е. трансформируют тем самым сигнал на выходе фотоприемника в параметр частоты. Выходным сигналом преобразователя 7, посылая его на источник 8 излучения, модулируют поток последнего. Часть 10 потока направляют на фотоприемник 11 регистратора, выходной сигнал которого через усилитель 12 подают на аналого-цифровой преобразователь, с выхода которого снимают информацию о температуре.

Если источник излучения имеет узкую диаграмму направленности, то направляя фотоприемник 11 регистратора последовательно на датчики, расположенные в различных точках измерения, можно получать информацию о температуре в этих точках. Если происходит последовательное перемещение одного датчика по этим точкам, то для обеспечения возможности съема показаний одним регистратором посылаемый на него поток рассеивают, например с помощью линзы (на чертеже не показана).

Следует заметить, что в первом случае регистратор может иметь несколько фотоприемников 11, каждый из которых устанавливают для работы так, чтобы он оптически был связан только с одним датчиком. При этом регистратор при съеме показаний остается неподвижным, а считывание информации производят с датчиков последовательно.

Поток излучения можно подавать периодически, для чего в устройство следует ввести таймер (на чертеже не показан).

Для обеспечения возможности считывания показаний непосредственно с датчика жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры, воспроизводя тем самым конструкцию обычного термометра. В случае необходимости панель выполняют в виде солнечной батареи.

Отображают индикатором соответствие температуры определенному диапазону, в результате чего можно визуально оценить (причем в разных точках почти сразу) пределы, в которых находится значение температуры.

Внедрение изобретения позволит создать простые, надежные и удобные устройства для измерения температуры, которые, например, можно использовать в автоматических системах кондиционирования.

Источники информации

1. А.с. СССР №669221, МПК G01K 11/12, 1977 - аналог.

2. А.с. СССР №945682, МПК G01K 11/12, 1982 - прототип.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры, например для дистанционного измерения температуры в зонах комфорта в автоматических системах кондиционирования воздуха. Согласно заявленному способу для измерения температуры заводят часть 9 модулированного потока от источника 8 излучения в световод. Вследствие удаленной на участке L оболочки 4 происходит рассеяние идущего по световоду потока излучения, причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины и окружающей среды. Основное затухание происходит на участке L. Изменение уровня Н жидкости 2 от температуры вызывает соответствующее изменение потока, которое преобразуется фотоприемником 5 в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем 6 и подают на преобразователь 7 напряжение-частота, выходным сигналом которого, посылая его на источник 8 излучения, модулируют поток последнего. Часть 10 потока направляют на фотоприемник 11 регистратора, выходной сигнал которого через усилитель 12 подают на аналого-цифровой преобразователь, с выхода которого снимают информацию о температуре. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ дистанционного измерения температуры, включающий формирование излучения, разделение его на два потока и подачу их на соответствующие фотоприемники с последующим преобразованием последними потоков в электрические сигналы, трансформирование сигнала одного фотоприемника, который посредством световода воспринимает поток через изменяющий его величину термочувствительный элемент, в пропорциональный температуре параметр, отличающийся тем, что трансформированием получают параметр частоты, которой модулируют излучение, сигнал другого фотоприемника трансформируют в пропорциональный температуре параметр и фиксируют его регистратором, на котором формируют информацию о температуре, при этом изменение величины потока производят путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что посылаемый на фотоприемник регистратора поток рассеивают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток излучения формируют периодически.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что панель выполняют в виде солнечной батареи.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соответствие температуры определенному диапазону отображают индикатором.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают возможность изменения направления посылаемого на регистратор потока излучения относительно термочувствительного элемента.