Устройство для измерения температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K11/32 

Изобретение о±носится к термометрии и может быть использовано в различг ых системах измерения и контроля .температуру, преимущественно жидких и газообразных сред. Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметал лическую пластинку с наклеенным на нее волоконным ,элементом, источник света и фотоприемники С ЗНедостатки устройства - малая механическая устойчивость и точност большая инерция и невозможность измерения текущего значения температуры. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отрезка волоконного световода, источник света, фотоприемник и связанные с, объектом измерения пластины синусоидального профиля, деформирующие оптический волоконный элемент с изменением температуры 21. Недостатком известного устройства является наличие промежуточного термомеханического звена (например, биметаллического ), связанного с про филированньо-ш пластинами, что в условиях больцц1х механических нагрузок ( удары и вибрации ) не позволяет обеспечить высокую.точность измерения температуры. Цель изобретения - повышение точ ности измерения температуры. Поставленная цель достигается |тем, что в устройство для измерения |темпе1)атуры, содержащее термочувствительн элемент, выполненный в ви отрезка волоконного световода, исто ник света и фотоприемник, введен уз кополосный светофильтр, установленн перёд входным торцом волоконного св товода, снабженного дополнительно полимерной оболочкой. ; в таком термочувствительном эЛементе при понижении температуры в полимерной частично кристаллической оболочке воэник ет геликоидальная кри таллйтная структура, приводящая к п явлению «шкроизгибов световода, при чем с дальнейшим понижением темпера ры амплитуда микроизгибов увеличивается, а радиусы изгибов постепенн уменьшаются. Это приводит к рассеянию света на микроизгибах и падению светопропускания. На фиг, 1 показано устройство, общий видJ на фиг. 2 и 3 - термо- , чувствительный световолоконный элеменГ при различных температурах (29С и соответственно ); на фиг. 4 - зависимость светопропускан отрезка волоконного световода от температуры. Устройство содержит термочувстви тельный элемент - отрезок волоконно го световода 1, источник света 2, фотоприемник 3, светофильтр 4 и выполнейо в виде единой конструкции в корпусе 5, который при помощи фланца б крепится на трубопроводе 7. В корпусе 5 установлен герметизирующий фи ссатор 8, на котором закреплены держатель 9 волоконного световода 1 и его торцы. Источник света (светодиод ) 2 и фотоприемник (фотодиод ) 3 подключены к электрическому разъему 10, соединенному с цепями автоматики и питания. Световод 1 образован световедущей жилой 11 (например, кварцевое стекло Si02), отражающей оболочкой 12 (например, боросиликатное стекло Ba Oj-Si Oji), покрытой дополнительно полимерной термочувствительной оболочкой 13 (полиамид 11 или полиамид 6,6 . Устройство работает следующим образом. При включении напряжения питания на разъем 10 загорается источник света {светодиод ) 2 и через светофильтр 4 посылает луч света в световод 1 и далее на фотоприемник 3. При комнатной температуре микроизгибов световода 1 нет и поглощение света в нем невелико (см. фиг. 4 ). С понижением температуры полимерная оболочка 13 образует микроизгибы 14 световода 1 и в связи с рассеянием света на микроизгибах поглощение в нем начинает расти пропорционально падению температуры, что приводит к изменению выходного сигнала фотоприемника 3.„ Применение узкополосного светофильтра 4 обеспечивает повышенную линейность выходного сигнала при измерениях, что связано с уменьшен иием при фильтрации количества мод колебаний, распространяющихся по световолокну. Наибольшая чувствительность волоконного элемента достигается на маломодовых волокнах с малой числовой апертурой ,24, где и) Д® t показа- . тель преломления световедущей жилы; п,,- показатель преломления световедущей оболочки. Это объясняет-ся тем, что при малом количестве проходящих мод пропадание даже малой части из них приводит к большому изменению выходного светового сигнала. В общем виде затухание в изгибаемом волокне определяется уравнением Маркузе: . , , oL(R| (-C2R), где С и С не зависят от R и являются коэффициентами, зависящими от разницы показателей преломления, |7ёометрических размеров оболочки и сердцевины: волокна, количества и связи передаваемых мод.

Из экспоненциального характера зaвиcи 4ocти вытекает, что ct(R)может меняться от малых I для больших радиусов ) до чрезвычайно больших ( япя малых-ращиусов ) значений. Например, для малрмодового волокна со значением dn П f 0,001, г 6 мкм на длине волны Х. , мм умень шение.. К вдвое npaspj iT к увеличению затухания et(R з 6,5-10 раз. Чувствительность устройства с предложенным волоконным световодом зависит от материала оболочки, диаме ра волокна и его апертуры и составляет в среднем для стандартных фотоприемников 3-8 MB/град.

Диапазон работы волоконного элемента для измерения температуры можно сдвигать, меняя тип полимера, например, применяя смешанные полиами13 12 11 1 / / / /

Г «

ды, полученные сополимеризацией нескольких диаминов с одной дикарбоновой кислотой, либо одного дигичина с .несколькими дикарбоновыми кислотами. Т.е. изменением структуры и состава полимера можно понижать либо повышать температуру его кристаллизации, а значит и точку начала измерения. Начало образования микроизгибов световодов начинается на 70-150 выше

0 точки полной кристаллизации полимера (для полиамидов это степень кристаллизации 55-60% .

Конструкция предложенного устройства обеспечивает высокую точность

5 измерения текшературы и возможность .его изготовления в интегральном исполнении, что позволяет получить высокую надежность.

Ьф

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде отрезка волоконного световода, источник света и фотоприемник, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен узкополосный светофильтр , установленный перед входным торцом волоконного световода, снабженного дополнительно полимер- , ной оболочкой. (У) с К| ее

.-f

W

г2

я