Устройство для измерения температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K11/12 

316

Изобретение относится к термометрии, а именно к изооптическим термодатчикам..

Цель изобретения - расширение рабочего температурного диапазона устройства и повышение точности измерения температуры.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит термочувствительный элемент 1., источник параллельного пучка белого света, включающий в себя лампу 2 накаливания и конденсорную линзу 3, поляризатор 4, установленный между источником света и термочувствительным элементом 1 и размещенный вместе с источником света в тубусе 5, установленном с возможностью плавного перемещения вдоль направляющей 6, изогнутой по дуге, и которьй может быть зафиксирован в любом угловом положении. Термочувствительный элемент 1 представляет собой оптически неоднородную структуру, состоящую из кристаллов (компонента) 7,.вырезанных из одного двулучепреломпяющего одноосного кристалла перпендикулярно его оптической оси и распределенных рав- номерно и регулярно (оптические оси кристаллов параллельны) во втором компоненте 8 структуры, например,, в полимере.

Устройство работает следующем образом.

Поляризатор 4 обеспечивает поля- ризадаю параллельного пучка света в главной плоскости кристаллов 7. Поэтому сквозь кристаллы 7 распро- страняется только необыкновенньш лу а обыкновенный луч, поляризованный в ортогональной плоскости по отношению к необыкновенному лучу, отсутствует. Показатель преломления для необыкновенного луча зависит от угла Ы, между направлением распростран ния и оптической осью кристаллов 7, причем эта зависимость наблвдается для всех длин волн в пределах опти- чеекого (видимого) диапазона. Так, например, для кристаллов кальцита показатель преломления необыкновенного луча с длиной волны 589,3- нм при изменении угла обот О до 90 гра изменяется от 1,658 до 1,486, т.е. в достаточно широких пределах.

При определенном значении измермой температуры и фиксированном уг

0

20

25

ловом положении источника света показатели преломления необыкновенного луча обоих компонентов 7 и 8 термочувствительного элемента совпадут для определенной длины волны света. Свет такой длины волны проходит через термочувствительный элемент без рассеяния, сохраняя параллельность светового пучка. В результате термочувствительный элемент 1 визуально кажется окрашенным в цвет, соответствующий этой длине волны света. Для света иных длин волн вследствие с различия дисперсионной зависимости показателей преломления компонентов термочувствительного элемента их показатели преломления отличают ся между собой. Поэтому для такого света термочувствительньй элемент является оптически неоднородной рассеивающей структурой. Свет, рассеян- ньш термочувствительным элементом, выйдя из последнего, распространяется в пределах широкого телесного угла с значительным ослаблением его интенсивности в первоначальном направлении.

дО 45 jO

При изменении температуры изменяется показатель преломления полимерного компонента 8 термочувствительного элемента (у кристаллов 7 температурная зависимость показателя преломления пренебрежимо мала). Поэтому показатели преломления компонентов

7и 8 совпадут для света иной длины волны и, соответственно, изменится цвет термочувствительного элемента 1.

8пределах рабочего температурного диапазона цвет термочувствительного элемента 1 будет изменяться в пределах всего видимого спектра, красного до фиолетового.

35

т.е. от

При перемещении тубуса 5 по направляющей 6 изменяется в пределах от О до 90 град угол между направлением поляризованного пучка св ета и термочувствительным элементом 1. Соответственно изменяются угол об между направлением распространения пучка света и оптической осью кристаллов 7 и показатель преломления последних. Это приводит к смещению рабочего температурного диапазона, устройства, в пределах которого изменяется цвет термочувствительног элемента.

5,6

Таким образом, угловой поворот источника света позволяет целенаправ- лено смещать по температурной шкале в широких пределах рабочий диапазон устройства. Кроме того, путем углового поворота источника света, можно перевести измеряемую температуру в область максимальной чувствительности устройства и тем самым обеспечить повьш1ение точности измерения. Например, для термочувствительного элемента на основе калицита и кремнийорга- нического каучука с показателем преломления 1,595 и типичным для полимерных материалов температурным коэффициентом показателя преломления -0,0004 К при изменении угла наклона источника света по отношению к оптической оси кристаллов от 46 до 89 град рабочий температурный диапазон устройства, раБный- 40 С, смещается в пределах температурной области от до .

0311

Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее источник белого света. Поляризатор и термочувствительный элемент, вьполненный в виде оптически неоднородной двухкомпонент- ной структуры, отличающее- с я тем, что, с целью расширения рабочего температурного диапазона и „ повышения точности измерения, один из компонентов термочувствительного элемента вьпопнен в виде системы кристаллических пластин, вырезанных

0

из одноосного двулучепрапомляющего кристалла перпендикулярно его оптической оси, равномерно и регулярно распределенных во втором компоненте, а поляризатор, ось которого совмещена с главной плоскостью всех кристаллических пластин, установлен между термочувствительным элементом и источником света, расположенным с возможностью фиксированного углового плавного поворота относительно оптической оси кристаллических пластин.

Изобретение относится к оптической контактной термометрии и позволяет расширить рабочий температурный диапазон устройства и повысить точность измерения. Устройство для измерения температуры содержит источник, обеспечивающий формирование параллельного пучка белого света, поляризатор и термочувствительный элемент 1, выполненный в виде оптически неоднородной двухкомпонентной структуры на основе системы кристаллических пластин, вырезанных перпендикулярно оптической оси из одноосного двулучепреломляющего кристалла, равномерно и регулярно распределенных в полимерном материале. При этом поляризатор, обеспечивающий поляризацию света в главной плоскости пластин расположен между термочувствительным элементом и источником света с возможностью фиксированного углового плавного поворота относительно оптической оси пластин. 1 ил.