Способ измерения температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K11/20 

1

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в различных областях науки и техники для дистанционного измерения температуры.

Целью изобретения является повышение точности при дистанционном измерении температуры за счет эффективного использования излучения люминесценции.

На фиг. 1 показана схема измерений; на фиг. 2 - схема переходов, формирующих спектры люминесценции тетрахлорид- ных соединений уранила (I, II - два исходных возбужденных уровня, ответственных за дублетную структуру спектров, Av - энергетический зазор между ними); на фиг. 3 - температурные зависимости спектров поляризованной люминесценции монокристалла тетрахлоруранилата пиридиния а - участок первой колебательной полосы спектра поляризованной люминесценции при К, б - тот же участок, при ,2 К); на фиг. 4 - градуировочные кривые для двух ориентации монокристалла (, , , , , ).

(Л

Температурная зависимость отношения интегральных интенсивностей люминесценции монокристалла в разных плоскостях поляризации получена экспериментально при изучении спектральных характеристик кристаллов ураниловых соединений.

Физическое обоснование данной экспериментальной зависимости заключается в природе формирования спектров кристаллов данных ураниловых соединений. В спектрах тетрахлоридных комплексов уранила при низких температурах наблюдается дублетный характер линий чисто электронного перехода и его колебательных повторений. Расстояния между компонентами дублета различны для комплексов уранилтетрахлорида с разными катионами и составляют, например, 14 для кристаллов тетрахлоруранилата пиридиния.

Дублетность линии в спектрах хлорид- ных соединений уранила обусловлена наличием у них двух близко расположенных исходных для люминесценции уровней энергии (фиг. 2). Между ними устанавливается термическое равновесие по энергии

4 1

О5 00 N3

00

электронного возбуждения, что проявляется в изменении с температурой интенсивности линий, соответствующих излучению с каждого из исходных уровней.

Обе компоненты дублетов в спектрах имеют свою поляризацию, так как моделируются осцилляторами, лежащими в экваториальной плоскости иона уранила и расположенными примерно под прямым углом одна к другой.

для отношении интегральных интенсивностей поляризованной люминесценции монокристалла с той же ориентацией монокристалла. Градуировочная кривая 2 на фиг. 4 получена для другой ориентации монокристалла с углами: , , .

Измерение температуры осуществляют следующим образом.

Облучают монокристалл тетрахлороурани лата пиридиния УФ-светом и регистрируют

Сплошной линией на фиг. 3 обозначен интенсивность его люминесценции приемниучасток поляризованного спектра, записанный при первом положении поляризатора, выделяющим электрический вектор Е излучения под углом 45° к осям Y и Z. Пункком излучения. Между монокристаллом и приемником помещен поляризатор, который вращается в плоскости, перпендикулярной оси регистрации люминесценции. Оритирной линией обозначен участок этого же .,- ентируя монокристалл определенным обра25

спектра, записанный при другом положении поляризатора, выделяющим электрический вектор Е под углами 45°, -45° с осями Y, Z. Обе головные линии при 18990 и 18900 дублетны. При изменении ориентации поляризатора компоненты дублета 20 взаимно меняют свои интенсивности. Понижение температуры приводит к перераспределению интенсивности свечения в пользу длинноволновых компонент будлета. Отношение суммарных интенсивностей люминесценции изображенного на фиг. 3 б участка спектра при двух положениях поляризатора при ,2 К будет отличаться от значения того же отношения при К (фиг. 3 а), учитывая минимальный вклад при ,2 К коротковолновых компонент и факт сохранения с температурой индивидуальных поляризационных характеристик для каждой линии.

Наличие двух исходных для люминесценции уровней энергии, установление между ними термического равновесия, проявляющееся изменением с температурой интенсивностей компонент дублета, различная поляризация этих компонент и обуславливают температурную зависимость отношения интегральных интенсивностей излучения монокристалла в различных плоскостях поляризации, на которой основан предложенный способ. Данные температурные зависимости получены для разных взаимных положений монокристалла, поляризатора и приемника излузом (, (, ) и приводя его в тепловой контакт с объектом, измеряют интегральную интенсивность люминесценции Ь при первом положении по дяри- затора, когда электрический вектор Е свечения лежит в плоскости, составляющей углы 45°, -45° с осями К и Z соответственно. Поворачивают поляризатор на 90° так, что вектор Е лежит в плоскости, составляющей углы 45° с осями Y, Z, и измеряют интенсивность люминесценции Ь. По отношению измеренных интенсивностей

Jt lz

и по

градиуровочной кривой 1 (фиг. 4) находят температуру объекта.

30

При изменении ориентации монокристалла для определения температуры проводят те же измерения, но пользуются другой гра- дуировочной кривой. Например, при ориентации , , определяют температуру объекта ,2 К и по градуи- 35 ровочной кривой 2 (фиг. 4).

В предлагаемом способе определения температуры измеряется интегральная интенсивность люминесценции в разных плоскостях поляризации. При этом при прохождении через поляризатор полностью деполяризованного свечения на детектор попадает 1/2 часть излучаемой энергии. Предлагаемый способ позволяет: за счет снижения потерь энергии люминесценции, попадающей на детектор, существенно уменьшить

40

чения. Наиболее резкая зависимость полу- пороговые значения интенсивности излучечена при определенной ориентации монокристалла (фиг. 4), когда плоскость вращения поляризатора по-видимому параллельна экваториальным плоскостям ионов уранила в кристалле.

ния люминесцирующего материала, что позволяет значительно увеличить расстояние до объектов, на котором возможно дистанционное измерение температуры; упростить температурные измерения, так как для реалиПоскольку спектр излучения уранилового 50 зации способа используются простые оптисоединения - это набор повторений с определенным интервалом полосы чисто электронного перехода, то полученные температурные закономерности для отдельной полосы справедливы для интегральной интенсивности спектра в целом. Справедливость этого утверждения подтверждается на практике. Точки на фиг. 4 полностью укладываются на градуировочную кривую 1, полученную

55

ческие приборы.

Формула изобретения

Способ измерения температуры посредством регистрации интенсивности излучения люминесценции кристалла, находящегося в тепловом контакте с объектом, отличаюдля отношении интегральных интенсивностей поляризованной люминесценции монокристалла с той же ориентацией монокристалла. Градуировочная кривая 2 на фиг. 4 получена для другой ориентации монокристалла с углами: , , .

Измерение температуры осуществляют следующим образом.

Облучают монокристалл тетрахлороурани- лата пиридиния УФ-светом и регистрируют

интенсивность его люминесценции приемником излучения. Между монокристаллом и приемником помещен поляризатор, который вращается в плоскости, перпендикулярной оси регистрации люминесценции. Ори ентируя монокристалл определенным обраентируя монокристалл определенным обра

зом (, (, ) и приводя его в тепловой контакт с объектом, измеряют интегральную интенсивность люминесценции Ь при первом положении по дяри- затора, когда электрический вектор Е свечения лежит в плоскости, составляющей углы 45°, -45° с осями К и Z соответственно. Поворачивают поляризатор на 90° так, что вектор Е лежит в плоскости, составляющей углы 45° с осями Y, Z, и измеряют интенсивность люминесценции Ь. По отношению измеренных интенсивностей

Jt lz

и по

градиуровочной кривой 1 (фиг. 4) находят температуру объекта.

При изменении ориентации монокристалла для определения температуры проводят те же измерения, но пользуются другой гра- дуировочной кривой. Например, при ориентации , , определяют температуру объекта ,2 К и по градуи- ровочной кривой 2 (фиг. 4).

В предлагаемом способе определения температуры измеряется интегральная интенсивность люминесценции в разных плоскостях поляризации. При этом при прохождении через поляризатор полностью деполяризованного свечения на детектор попадает 1/2 часть излучаемой энергии. Предлагаемый способ позволяет: за счет снижения потерь энергии люминесценции, попадающей на детектор, существенно уменьшить

пороговые значения интенсивности излучения люминесцирующего материала, что позволяет значительно увеличить расстояние до объектов, на котором возможно дистанционное измерение температуры; упростить температурные измерения, так как для реализации способа используются простые оптические приборы.

Формула изобретения

Способ измерения температуры посредством регистрации интенсивности излучения люминесценции кристалла, находящегося в тепловом контакте с объектом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при дистанционном измерении температуры за счет эффективного использования излучения люминесценции, регистрируют интегральные интенсивности излечения люминесценции в двух различных плоскостях поляризации и по отношению этих интенсивностей определяют температуру

Изобретение относится к технике термометрии и может найти применение при дистанционном измерении температуры. Целью изобретения является повышение точности при дистанционном измерении температуры за счет эффективного использования излучения люминесценции. Люминесцентный кристалл помещают в среду, где необходимо измерить температуру. Измеряют интегральные интенсивности излучения люминесценции кристалла в двух различных плоскостях поляризации. По отношению интенсивностей определяют температуру. 4 ил.

У

ъ

Ј(Ы

Щ)

Фиг.1

.1 I

.2

ЛЮЯ

Q отн

18900

19000

Фиг.З

i-i

ГQ.I

s

V.ctt

-1