Цифровой термометр Советский патент 1991 года по МПК G01K5/18 

Изобретение относится к измерению температуры контактными методами, а именно к цифровым термометрам, применяемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике, и может использоваться как визуальный термометр с цифровой индикацией результатов измерений.

Цель изобретения - снижение энергопотребления.

На фиг. 1 изображена конструкция капилляра с баллоном; на фиг 2 - функциональная схема цифрового термометра; на фиг, 3 оптическая система, использованная в термометре.

Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей термочувствительной жидкостью герметичный баллон с прозрачным капилляром, выполненным в виде двух цилиндрических линз 1 и 2, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой двумя непрозрачными пластинами 3, схемы регистрации, расположенные по разные стороны от капилтооа и оптически сопряженные с ним nocooACT oM осветительных 4 и приемных 5 СВРТоводов источник света 6 и Фотоприемную матрицу 7, выходные торцы 8 осветительных световодов 4 расположены вдоль стенки капилляра на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы 1 равномерно и примыкаютдругкдругу, входные торцы 9 приемных световодов 5 уложены вдоль противоположной стенки капилляра на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы 2 и примыкают друг к другу с шагом, определяемым по закону обратной нелинейной характеристики термочувствительной жидкости.

При нижнем пределе измерения цифрового термометра световой поток от источника света 6 последовательно проходит по осветительным световодам 4, на их выход- Ht X торцах 8, разделяясь по длине капилляра на число потоков, равных числу осветительных световодов 4, затем первую цилиндрическую линз/ 1, контролируемый столб термочуствительной жидкости и даЧ ч

Ј

Ј

лее параллельный поток света, пройдя через вторую цилиндрическую линзу 2, воспринимается определенным образом уложенными входными торцами 9 приемных световодов 5, которые, в свою очередь, выходными торцами оптичесХи сопряжены ф соответствующими фоточувствительными Элементами фотоприемной матрицы 7. По (величине сигналов каждого элемента фотоприемной матрицы 7 схема регистрации выдает информацию об уровне термочувствительной жидкости в капилляре.

По мере повышения температуры контролируемой среды входные торцы 9 приемных световодов 5 последовательно оказываются затемненными термочувствительной жидкостью в капиляре(световой поток от осветительных световодов 4 проникает через первую цилиндрическую линзу 1 в термочувствительную жидкость, где происходит полное поглощение и уменьшение интенсивности светового потока, поступающего во входные торцы 9).

Вторая цилиндрическая линза 2,действуя как оптический элемент, преобразует параллельный световой пучок от первой цилиндрической линзы 1 в световой пучок с цилиндрическим волновым фронтом, и сформированный световой пучок поступает перпендикулярно к входным торцам приемных световодов 5. Благодаря этому исключаются рассеивающие свойства капилляра, а концентрирующие и фокусирующие свойства конструкции капилляра становятся наиболее резкими.

Это значительно увеличивает надежность и точность дискретного измерения уровня. Кроме того, такое расположение первой и второй цилиндрических линз относительно выходных 8 и входных 9 торцов световодов обеспечивает значительное поглощение рассеянного в термочувствительную жидкость светового потока и тем самым существенно повышают точность и надежность регистрации изменения температуры, исключая влияния рассеянных в термочувствительную жидкость световых потоков на работу соседних торцов 9 приемных световодов 5. Благодаря конструкции можно определять уровень термочувствительной жидкости в капилляре в случае воздействия флуктуационных помех в оптическом тракте цифрового термометра, тем самым повысить стабильность работы устройства. Повышение точности и надежности регистрации изменения температуры достигается благодаря тому, что на входных торцах 9 приемных световодов 5 получается четкое неразмытое изображение уровня термочувствительной жидкости в капилляре, поскольку результат измерения меньше зависит от неравномерности энергии в пучке за второй цилиндрической линзой.

На фиг. 3 показана схема хода лучей в

цифровом термометре, где S - плоскость, в которой находятся выходные торцы 8 осветительных световодов 4; 1 - первая цилиндрическая линза, 2 - вторая цилиндрическая линза, Si - плоскость, на которую проециру0 ется изображение столба термочувствительной жидкости, она же соответствует рабочей плоскости входных торцов 9 приемных световодов 5.

Для примера пусть в плоскости S распо5 ложена светящаяся полоска АВ. Так как световая полоска образована соответствующими выходными торцами 8 световодов 4, имеющих заданную апертуру излучения, то светораспределение в световой плоскости

0 будет иметь своеобразный неравномерный характер (светораспределение неравномерное по площади и размыто по краям). Первая цилиндрическая линза 1 преобразует световую полоску IABI в пропорциональный

5 параллельный пучок света, который с помощью второй цилиндрической линзы 2 проецируется на рабочую поверхность входных торцов 9 приемных световодов 5 в виде сфокусированного узкого светового

0 потока А1 В V с четкими корнями и границами. Кроме того, благодаря конструкции капилляра и укладки световодов световая мощность в полоске IABI с минимальными потерями (фокусирующая цилиндрическая

5 линза) параллельно освещает уровень термочувствительной жидкости, а вторая цилиндрическая линза 2 собирает и фокусирует в плоскость Si прошедший через капилляр световой поток в световую по0 лоску А 1 В 1,

Капилляр предназначен для уменьшения угла расхождения пучков лучей, выходящих из выходных торцов 8 световодов 4 и для формирования пучка лучей а малым уг5 лом расхождения (колимация); для удаления от выходных торцов 8 места фокусировки и сканирования излучения и превращения уровня термочувствительной жидкости в линию достаточно малых размеров (фокуси0 ровка).

Цифровой термометр имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение точности измерения за счет того, что измеряемый световой поток излучения (световой

5 поток, регистрирующий уровень термочувствительной жидкости) после центровки и фокусировки попадает нормально на входные торцы 9 приемных световодов 5 независимо от величины уровня термочувствительной жидкости. Конструкция уменьшает световой

поток, приходящий на входные торцы от соседних источников света и тем самым повышает помехоустойчивость и позволяет разместить в каждом ряду большее количество источников и приемников, устанавливая их с меньшим шагом, что приводит к повышению точности

Измерительная часть термометра малогабаритна, что позволяет использовать устройство для измерения температуры труднодоступных объектов, а выполнение всей измерительной части термометра из материалов (кварц, стекло и т. п.), стойких к воздействию агрессивных сред (кислота, щелочи и т. д.), позволяет использовать устройство в химической промышленности.

Цифровой термометр выполняется диэлектрическим, поэтому на его показание не влияют электрические, электромагнитные и СВЧ-поля.

В цифровом термометре для бояее надежного оптического соединения (с большим КПД) и для согласования узла (выходные торцы осветительных световодов - капилляр - входные торцы приемных световодов) заполняется эмирционной жидкостью пространство между световодами и капилляром, что позволяет уменьшить фре- неловские потери на торцах световодов и тем самым повысить КПД цифрового термометра и выбрать источник света устройства более маломощным

Таким образом, конструкция термометра сочетает в себе преимущества жесткого оптического соединения световодов и оптического квантования уровня термочувствительной жидкости с помощью волоконных

0

световодов, благодаря чему устраняется влияние неравномерностей освещения уровня термочувствительной жидкости с помощью дискретно уложенных световодов, влияние рассеивающих свойств капилляра

Все это приводит к повышению конструкционной способности цифрового термометра, повышению его чувствительности и в конечном счете к повышению эффективности оптического анализа

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий заполненный контрастирующей термочувствитальной жидкостью герметичный прозрачный капилляр с баллоном, схему регистрации и расположенные по разные сто- роны от капилляра и оптически сопряженные с ним посредством осветительных и приемных световодов источник света и фотоприемную матрицу, при этом входные торцы приемных и выходные торцы осветительных световодов уложены вдоль стенки капилляра, отличающийся тем,

что, с целью снижения энергопотребления противоположные стенки герметичного капилляра выполнены соответственно в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами одна к другой, и двух

непрозрачных пластин соединяющих цилиндрические линзы между собой причем выходные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а

входные торцы приемных световодов - на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы

Изобретение относится к измерению температуры контактными методами и позволяет снизить энергопотребление В цифровом термометре выполнен герметичный капилляр в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой непрозрачными пластинами, выххэдные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а входные торцы приемных световодов - на задней фокальной пгоскости второй цилиндрической линзы 3 ип

Фаг./

моекдапь S

li .

(риг 2