Способ определения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K11/20 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры.

Известен способ измерения температуры объектов различной конфигурации путем измерения интенсивности люминесценции датчика, находящегося в термическом контакте с объектом, и последующего определения температуры по известному соотношению, связывающему температуру объекта с интенсивностью люминесценции датчика.

Известен также способ измерения температуры объектов, включающий импульсное возбуждение люминесценции датчика, находящегося в термическом контакте с объектом, и определение температуры по величине постоянной времени затухания люминесценции датчика

При-низких температурах (Т 100 К) пользоваться таким способом для измерений невозможно, так как постоянная времени затухания люминесценции практически

не меняется с температурой, что связано с отсутствием в этой области процессов температурного тушения люминесценции. Например, для соединений уранила, кристаллы которых можно использовать в качестве вещества датчика, постоянная времени затухания люминесценции является практически постоянной величиной начиная с Т 170-270 К в зависимости от соединения. При необходимости измерений температуры в области ниже этих предельных значений пользоваться известным способом практически невозможно.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур.

Поставленная цель достигается тем, что по способу определения температуры, заключающемуся в импульсном возбуждении люминесценции датчика, находящегося в термическом контакте с объектом, импульсами с длительностью, меньшей постоянной времени затухания люминесценции датчика, измерении постоянной времени

XI

ел

00

Jb

ел

затухания люминесценции и определении температуры по значению этой величины, в качестве люминесцирующего вещества датчика используют ураниловые соединения, производят импульсное возбуждение люминесценции датчика излучением микросекундного диапазона, измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции соединений уранила до достижения максимального значения интенсивности люминесценции в выделенном спектральном интервале и по величине этого периода определяют температуру объекта.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что вместо регистрации нескольких значений интенсивности излучения датчика в различные моменты времени после его импульсного возбуждения и определения постоянной времени затухания люминесценции по полученным значениям предлагается измерять интервал времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения интенсивности люминесценции в выделенном спектральном интервале. Температурная зависимость указанного интервала времени получена экспериментально при исследовании кинетики свечения ура- ниловых соединений. Ураниловые соедине- ния имеют несколько исходных для люминесценции уровней энергии, обладающих свойством взаимного оОмена энергией электронного возбуждения. Наряду с перераспределением гнергии электронного возбуждения с уровня высокочастотного на низлежащий уровень имеет место и обратный процесс переноса энергии вверх с нижнего уровня на более высокочастотный. Этот процесс зависит от температуры и влияет на характеристики кинетики люминесценции вещества.

Данные по измерению кинетики свечения показывают, что при импульсном лазер- ном возбуждении люминесценции излучением микросекундного диапазона и измерении кинетики люминесценции в разных спектральных интервалах, соответствующих излучению с разных исходных уровней, более коротковолновая компонента спектра затухает по закону, близкому к экспоненциальному, а более длинноволновые в начале разгораются, а затем затухают с временами жизни, значительно превышающими время затухания коротковолновой компоненты. При возбуждении более низкочастотного уровня соответствующая длинноволновая компонента затухает по экспоненциальному закону, а более коротковолновые в начале разгораются, а затем затухают.

5

0

5

0

Вид кинетических кривых данного вещества определяется его свойствами: расстоянием между исходными для люминесценции уровнями, природой этих

уровней, температурой. Экспериментально показано, что, в частности, период времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения люминесценции в выделенном спектральном ин0 тервале зависит от температуры. Эта зависимость определяет сущность изобретения и объясняется зависимостью от температуры процессов переноса энергии вверх с длинноволнового на более коротко5 волновый уровень.

На фиг, 1 изображена упрощенная схема уровней энергии молекулы люминесцирующего вещества, схема селективного возбуждения, перераспределения энергии

0 между уровнями и излучения с этих уровней; на фиг. 2 - кинетические кривые излучения аммонийуранилпропионата после возбуждения световым импульсом с длительностью 1 мкс (1 - линия 475,1 нм (12048 см 11 2 5 475,4нм(21034см 1);3-475,6нм (21026см 1) t Т - 4,2 К); на фиг. 3 - кинетические кривые излучения натрийуранилацетата после возбуждения лазерными импульсами длительностью 2 мкс (1 - линия 21110 ,

0 2-21145 см при лазерном возбуждении с частотой 21140см 1; 3 - линия 21110 4-21145 см при лазерном возбуждении с частотой 21110 Т 8 К); на фиг. 4 - градуировочные кривые, представляющие зависимость времени разгорания люминесценции с определенного уровня от температуры Т (1 - кривая получена для уровня 21110см натрий/ранилацетата, возбуждаемого лазером с частотой 21140 см ; 2 - кривая получена для уровня 21145 на- трийуранилацетэта, возбуждаемого лазером с частотой 21110 ).

Способ осуществляют следующим образом.

Пример.В качестве люминесцирующего вещества датчика берут аммонийура- нилпропионат в кристаллическом или поликристаллическом состоянии и приводят в контакт с объектом измерения. Если люминесцирующее вещество имеется в виде поликристаллического порошка, то его прессуют в таблетку и затем приводят в контакт с объектом. В молекуле вещества имеются три исходных для излучения уровня энергии: 21048, 21034, 21026 . Возбуждают люминесценцию излучением импульсного перестраиваэмсго лазера на красителе Кумарин-102 с плавной перестройкой частоты в диапазоне 465-510 нм. длительностью вспышки 2 мкс и полушириной полосы гене5

рации 3 . Выбирают из диапазона генерации частоту, соответствующую возбуждению коротковолнового уровня, т.е. 21048 . Выделяют спектральный интервал, соответствующий излучению с уровня 21026 , с помощью монохрома- тора ДСФ-12 (обратная линейная дисперсия при длине волны 450 нм 0,5 нм/мм). Измеряют время от начала импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции с помощью измерителя временных интервалов гразг - 0,5,и с и по градуировочной кривой 1 (фиг. 4) судят о температуре объекта. Т 16 К.

ПримерЗ. В качестве люминесциру- ющего вещества берут то же соединение, что указано в примере 2. Возбуждают его люминесценцию лазерной частотой, GOOIветствующей возбуждению длинноволнового уровня, т.е. 21110 . Выделяют спектральный интервал, соответствующий излучению с уровня 21140 см , с помощью монохроматора. Измеряют время от начала импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции в этом спектральном интервале Гразг 0,2,« с и по градуировочной кривой 3 (фиг. 4) судят о температуре объекта. Т

18 К.

Использование: дистанционное измерение температуры. Сущность изобретения: на объекте контроля размещают термочувствительный элемент из соединения урани- ла. Импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона возбуждают его люминесценцию. Измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции до достижения максимального значения ее интенсивности в выделенном спектральном интервале, по которому определяют искомую температуру. 4 ил

Пример 2. В качестве люминесциру- ющего вещества берут натрийуранйлацетат в кристаллическом или поликристаллическом состоянии и приводят в контакт с объектом измерения. В молекуле этого вещества выяв- лены три исходных для излучения уровня энергии: 21142, 21139, 21110 . Возбуж- даютлюминесценцию излучением импульсного лазера на .красителе Кумарин-102 с частотой, соответствующей возбуждению коротковолнового уровня, т.е. 21140 см . Выделяют спектральный интервал, соответствующий излучению с уровня 21110 см , с помощью монохроматора ДФС-12. Измеряют время от начала импульса возбуждения до достижения максимальной интенсивности люминесценции в этом спектральном интервале гра3г 0,4 /и с и по градуировочной кривой 2 (фиг. 4) судят о температуре объекта. Т 10 К.

И

Формула изобретения Способ определения температуры, включающий приведение термочувствительного элемента в тепловой контакт с объектом и воздействие на термочувствительный элемент импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона до возбуждения его люминесценции, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона, в качестве материала термочувствительного элемента используют соединения уранила, измеряют период времени с момента возбуждения люминесценции соединений уранила до достижения максимального значения интенсивности люминесценции в выделенном спектральном интервале и по величине этого периода определяют температуру объекта.

И

Ь

I/iюн., отн-вд.

0,6

to

XtfiOH., + o/ntt.ed.

w

t.n

TpC(ЈZ.,-MC