Устройство для контроля температурного поля Советский патент 1992 года по МПК G01K11/12 

Фиг,1

Изобретение относится к области теплофизических измерений и монет быть применено для контроля температуры на поверхности плоских объектов при наличии НЧ, ВЧ или СВЧ электромагнитных полей, а также для исследований на поверхности объектов в условиях, при которых нежелателен вывод электрических проводов, например в вакуумных камерах.

Известно устройство для исследования температурных полей, работа которого основана на использовании термоэлектрических датчиков в виде сетки с четырехугольными ячейками из m и п разнородных проводников, устройство для исследования температурных полей, включающее в качестве термочувствительного элемента прозрачную кювету, заполненную изоопти- ческой смесью компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, а также способ и устройство для измерения градиента температуры среды с использованием кварцевого-резонатора, на пластины которого нанесены пленки нелетучего сорбента.

Недостатком указанных устройств является невозможность осуществления измерений при наличии электромагнитных полей, и в условиях высоких тем- jiepaTyp о

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изменения коэффициента

преломления полиметилметакрилата от температуры, содержащее проекционный аппарат, короткофокусную и длиннофокусную линзы, вертикальную раздвижную щель, призму из оргстекла (полиметилметакрилата) с преломляющим углом 30 или 45°, находящиеся на оптической скамье и экран Призма размщается на плоском неподвижном объект нагретом до определенной температуры боковой поверхностью так, что ее преломляющее ребро параллельно щели. При включении нагревателя четкий световой след щели на экране начинает изгибаться сначала в горизонтальном, затем в вертикальном направлении ввиду изменения коэффициента преломления вещества призмы при нагревании и наличия градиента температуры вдол

5

0

5

вертикальной оси„ По величине изгиба изображения щели на экране можно судить о распространении температуры в призме вдоль вертикальной оси.

Недостатками известного устройства при применении его для контроля температурного поля являются низкая чувствительность и небольшой динамический диапазон измеряемых температур (200-370 К), кроме того, устройство при указанном расположении его элементов не позволяет исследовать температурные поля, имеющие градиент температуры, на поверхности плоских объектов.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства для контроля температурного поля и расширение динамического диапазона измеряемых температур

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для контроля температурного поля, содержащем термочувствительный элемент, расположенный между оптической щелью и экраном, размещенным на оптической скамье, конденсор, расположенный между источником света и оптической щелью,

0 источник света и держатель исследуемого объекта, термочувствительный элемент выполнен в виде призмы из монокристалла дифосфида кадмия с преломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения, основание призмы термочувствительного элемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным в виде вращающего стола, установленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного элемента расположено горизонтально и параллельно оптической щели.

На фиг 1 приведена схема устройства; на фиг . 2 - термочувствительный элемент, аксонометрия; на фиг.З - изображение щели на экране.

Устройство содержит источник 1 Q света, конденсор 2, горизонтальную щель 3, термочувствительный элемент 4, исследуемый объект 5, расположенный на вращающемся столике 6, и экран 7, закрепленные последовательно на оп- тической скамье. Термочувстительный элемент (фиг. 2) выполнен в виде

прямоугольной призмы с входной гранью 8 и преломляющим ребром 9 и основанием 10.

5

0

Преломляющий угол призмы для предотвращения явления полного внутреннего отражения не должен превышать предельного угла, например 17°. Призма вырезается из одноосного кристалла CdPg таким образом, что ее входная грань 8 перпендикулярна главной оптической оси кристалла, параллельной оси Z,. во избежание явления двойного лучепреломленияв Термочувствительный элемент установлен так, что ее преломляющее ребро 9 расположено горизонтально и параллельно оптической щели о

Устройство работает следующим об - разом.

Исследуемый плоский объект 5, расположенный на вращающемся столике 6, приводится в тепловой контакт с основанием призмы 10„ Пучок света от источника 1, пройдя конденсор 2 и горизонтальную щель 3, попадает на термочувствительный элемент 4, преломляется и попадает на экран 7. На экране получается изображение щели (фиг„ 3)„ По форме изображения щели на экране можно судить о наличии градиента температуры в направлении горизонтальной оси X. Для исследования температурного поля в других точках объекта необходимо повернуть предметный столик на некоторый уголо

Принцип действия устройства основав на зависимости коэффициента преломления CdP4 от температуры. Наличие градиента температуры в объекте вдоль оси X, параллельной направлению щели и преломляющему ребру призмы, искривляет изображение горизонтальной щели на экране вниз (фиг. 3). Искривление изображения щели происходит в сторону возрастания коэффициента преломления, а следовательно, и температуры, ,так как fia$c для CdP положителен. Наличие градиента температуры, на объекте параллельно оси Z и направлению распространения света не влияет ,на форму изображения щели

321886

на экране. Для получения картины температурного поля в горизонтальной плоскости необходимо поворачивать исследуемый объект вокруг вертикальной оси Yp

Проведенные измерения показали, что дифосфид кадмия обладает совокупностью физических свойств, благо- JQ даря которым достигается цель изобретения,

В табл., 1 и 2 приведены для сравнения физические свойства полиметил- метакрилата и дифосфида кадмия.

Температурный диапазон работы предлагаемого устройства в области низких температур в отличие от известного практически не ограничен, а в области высоких температур огра- 2о ничей сублимацией.

Формула изобретения

15

Устройство для контроля температурного поля, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде призмы и расположенный между оптической щелью и экраном, размещенным на оптической скамье,- конденсор ( источ- ник света и держатель исследуемого

объекта, причем конденсор расположен между источником света и оптической щелью, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измеряемых температур, термочувствительный элемент выполнен из монокристалла дифосфида кадмия с преломляющим углом меньше предельного

угла полного внутреннего отражения, причем основание призмы термочувствительного элемента расположено перед держателем исследуемого объекта, выполненным в виде вращающегося стола,

установленного на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного элемента, расположено горизонтально и параллельно оптической щели.

Таблица 1

Изобретение относится к теплофи- зическим исследованиям и может быть использовано для неразрушающего контроля температурных полей на поверхности плоских объектов о Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и расширение динамического диапазона измеряемых температур. Устройство для контроля температурного поля содержит источник 1 света, конденсор 2,, оптическую щель 3, термочувствительный элемент 4, выполненный из монокристалла дифосфида кадмия в виде призмы с преломляющим углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения0 Исследуемый объект 5 на вращающемся столике 6 и экран 7 закреплены последовательно на оптической скамье, а ребро призмы термочувствительного элемента 4 расположено горизонтально и параллельно оптической осио 3 ил0 С/ с

Фиг. а

Редактор В.Петраш

Составитель М0Розе

Техред А.Кравчук Корректор М, Самборскай

ФИГ.З