Датчик температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K11/12 G01N21/27 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры и визуализации тепловых полей, в частности для измерения температуры узлов и блоков радиоэлектронных устройств.

Известен датчик температуры,, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пленки на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси твердых веществ, показатели преломления которых зависят от длины волны падающего света а температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком или величиной ClJ.

Недостаток указанного датчика сложность подбора компонентов смеси с необходкмьгми термооптическими парамэтргхми ддтя широкого диапазона измеряемых температур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик температуры, содержащий прозрачную кювету, заполненнук) термочувствительной оптически неоднородной смесью твердого и жидкого компонемтов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температур ными коэффициентами показателей п ре л ом.ле н ия С 21.

Недостаток известного датчика зак,.ггю гаетс.ч в невысокой точности измерения температуры, обусловлен ной тем, что часть объема кюветы занята воздушной полостью ( специально оставляемой для предохранения от разрушения при перегревах ( постепенном испарении жидкого компонента). Объем этого пузыря порядка 2-5% общего, объема кюветы. При изготовлении изооптических плат (устройство для визуализации тепловых полей), имеющих большую площадь порядка 150x150 мм, объем такого пузыря достаточно велик. В обычных смесях жидкостей при прогреве датчика один из компонентов .(тот, у которого меньше теплота испарения) испаряется в газовый пузырь более интенсивно, что приводит к обеднению жидкой смеси этим компонентом. В связи с этим меняется показатель преломления жидкого компонента и сдвигается темперг турная характеристика датчика на величину до Oi9-l,. С другой стороны после охлаждения и конденсации содержимого газового пузыря коэффициент преломления медленно возврсоцается к своей первоначальной величине (так как процесс диффузии затруднен тем, что датчик заполнен порошком т;вердого KONmoHeHTa) .

Кроме того, приготовление paicTBOров двух и более веществ с заранее

определенной дозировкой представляет собой чрезвычайно сложную задачу так как ввиду летучести компонентов сразу после изготовления раствора последний начинает обедняться более летучим компонентом.

При герметизации датчиков (осуществляемой с применением нагрева) происходит дальнейшая деградация раствора. Это приводит к тому, что партия устройств, изготовленная из одних, и тех же компонентов, имеет разброс по начальной точке температурного диапазона на 2-3°С и по ширине измеряемого диапазона до 1-2°С

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и упрощение технологии изготовления датчиков

Поставленная цель достигается тем, что В датчике температуры, содержащем прозрачную кювету, заполненную термочувствительной оптически неодно юдной смесью.твердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показaтeляIvIИ преломления и различными те.тературными коэффициентами показателей преломления, жидкий компонент выполнен в виде азеотропной смси органических жидкостей.

Азеотропная смесь жидкостей дает пар того же состава, что и раствор, т.е. при испарении части жидкости в буферный пузырь равновесный состав хчидкости практически не меняется. В связи с этим процессы испарения,, конденсации и диффузии компонентов в датчике не влияют на показатель преломления жидкой смеси, так как конденсат и пар в пузыре HhteeT состав, аналогичный составу жидкой смеси.

На чертеже схематично изображен предлагаег ий датчик.

Датчик температуры представляет собой прозрачную кювету, состоящую из стеклянных крышки 1 и дна 2, приваренных к металлической обечайке 3 На дно 2 нанесено зеркальное покрытие 4. Кювета заполнена изооптической смесью, содержащей твердый компонент 5 и жидкий компонент б, выполненный в виде азеотропной смеси органических жидкостей. Часть объема кюветы занята воздушным пузырем 7. Датчик устанавливается на объекте 8 при помощи клея либо теплопроводной пасты (например, КПТ) .,

Азеотропная смесь жидкостей может быть приготовлена по методу дистилляции в ректификационной колонке. Компоненты будущей азеотропной смеси (азеотропа) с некоторым избытком одного из компонентов заливают з колонку и доводят до кипения, В зависимости от типа азеотропа последний появляется либо в дистилляте отрицательный азеотроп, у которого точка кипения ниже точки кипения компонентов, либо в кубе (положительный азеотроп с точкой кипения .выше точки кипения компонентов). Первую порцию дистиллята сливают (так как в ней сосредоточены летучие примеси), после чего процесс ведут, наблюдая за температурой дистиллята либо кубового остатка (по термометру). Как только температура термометра перестанет меняться слив дистиллята прекращают. Аналогично получают положительный азеотроп.

Показатель преломления приготовленной смеси измеряется с помощью рефрактометра и сравнивается с расчетным значением.

Азеотропную смесь можно хранить и расфасовывать без каких-либо специальных камер и приспособлений применяемых при работе с обычными растворами, так как состав смеси при ее испарении уже не меняется и с таким раствором можно работать как с индивидуальной жидкостью, что резко упрощает технологию изготовления датчиков и исключает разброс параметров готовых датчиков как по температуре начала диапазона измерения, так и его ширине.

В качестве примера приведен датчик на основе азеотропной смеси для диапазона измерения 8,4-40%С, имеющий твердый компонент - стекло марки ЛФ-10 (показатель преломления nD 1,5480, дисперсиядРС 119, ). Фракция 60 мкм и

жидкий компонент - азеотропная смесь - в составе, %: нитробензол (CfeHsNOj.) 42, бензиловый спирт () остальное.Показатель преломления смеси Пд 1,5454, дисперсияДре 206-10, температурный коэффициент преломления.. 4,25

ПО . ЭТДатчик работает .следующим образом.

Включают источник 9 света и нап0равляют луч 10белого света на крынку 1. Пройдя слой смеси (5 и 6) и отразившись от зеркала 4,.луч повторно проходит слой смеси и выходит в виде цветного луча 11. Так

5 как показатели преломления стеклянного порошка и смеси жидкостей (5 и 6), дисперсии показателя преломления и температурные зависимости показателей преломления- выбраны

0 таким образом, что при каждой заданной температуре сквозь датчик проходит луч определенного цвета ( все остальные компоненты белого луча рассеиваются изооптической сме5сью) , то при изменении температуры объекта 8 будет меняться цвет выходного луча 11, меняясь от красного (самая низкая температура, измеряемая датчиком) через все цвета

0 спектра до фиолетового (максимальная температура). Длина волны прошедшего через датчик света (луч 11) может быть определена визуально или при помощи спектрального измеритель5ного устройства 12. Измеряемая температура находится по тенпературноспектральной характеристике датчика .

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий прозрачную кювету, заполненную термочувствительной оптически . неоднородной смесью твердого и жидкого компонентов с совпадающими при определенной температуре показателями преломления и различными температурньами коэффициентами показателей преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения- и упрощения технологии изготовления, жидкий компонент выполнен в виде азеотропной смеси органических жидкостей. tf i&, I fxmA E-St. 4 ai : rP-.v VK..J