Индикатор температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K11/16 

(Л

С

Использование: в качестве датчика для визуальной индикации и сигнализации о достижении объектом заданной температуры. Сущность изобретения: индикатор содержит п закапсулированных жидкокристаллических термочувствительных элементов (ТЧЭ) на основе неориентированны нема- тиков, закрытых защитной пленкой. Каждый из ТЧЭ размещен между двумя поляроид- ными пленками и снабжен электродами, подключенными к входам соответствующего блока измерения импеданса, соединенного с дешифратором. На поверхности одной из поляроидных пленок каждого ТЧЭ нанесено светоотражающее покрытие, контактирующее с защитной пленкой, которое может являться электродом. ТЧЭ размещены напротив прорезей в виде цифровых символов, выполненных в теплоизолирующей прокладке, контактирующей с подложкой из оптически прозрачного материала.2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для контроля за достижением заданной температуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является индикатор температуры, содержащий п изготовленных на основе неориентированных нематиков закапсулированныхжидкокристаллическихтермочувствительных элементов, закрытых защитной пленкой и расположенных напротив щелевых прорезей в виде буквенных или цифровых символом, выполненных в теплоизолирующей прокладке, контактирующей с подложкой из оптически прозрачного материала, причем каждый термочувствительный элемент снабжен двумя поляроидными пленками со скрещенными осями поляризации, размещенными по обе стороны термочувствительного элемента, и светоотражающим покрытием, нанесенным на поверхность одной из поляроидных пленок и контактирующим с защитной пленкой.

Недостатком известного индикатора являются ограниченные эксплуатационные возможности. Во многих случаях температура контролируемого объекта, к примеру, биологического, не должна превышать заданного значения, что требует постоянного визуального контроля со стороны оператора за показаниями индикатора, размещаемого к тому же зачастую на плохо просматриваемых поверхностях объекта, выбор которых определяется в первую очередь параметрами самого объекта, а не исходя из соображений удобства считывания показаний индикатора, что резко сужает его

VI

2

Ю

N

область применения, В ряде случаев - при нагреве анизотропных, либо многослойных объектов с участками различной теплопроводности необходим постоянный контроль температурного поля в нескольких точках объекта, что при использовании нескольких индикаторов лишь обостряет вышеописанную ситуацию.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет обеспечения преобразования температуры в электрический сигнал.

Поставленная цель достигается тем, что в известный индикатор температуры, дополнительно введены п блоков измерения импеданса и дешифратор, а каждый из термочувствительных элементов снабжен электродами, расположенными по обе его стороны и подключенными ко входам соответствующего блока измерения импеданса, выход которого совместно с выходами остальных блоков соединен со входом дешифратора. В качестве одного из электродов каждого термочувствительного элемента может быть использовано светоотражающее покрытие, а также защитная пленка. Наряду с визуальной сигнализацией о достижении объектом заданной температуры в предлагаемом индикаторе одновременно в цифровой либо аналоговой форме выдается информация о температуре объекта, благодаря чему обеспечивается возможность принятия оперативных мер, позволяющих, к примеру, при нагреве (размораживании) биологических объектов исключить недопустимый перегрев и предотвратить порчу и гибель этих объектов.

На фиг.1 изображен предлагаемый индикатор, разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - схема включения электрических элементов индикатора.

Индикатор температуры содержит подложку 1 из оптически прозрачного материала (например, стекла), теплоизолирующую прокладку 2 со щелевыми прорезями 3 в виде буквенных или цифровых символов, образующих окна, пленочные закапсули- ровзнные жидкокристаллические термочувствительные элементы 4 температура фазового перехода нематической жидкий кристалл-изотропная жидкость каждого из которых соответствует определенному цифровому или буквенному символу и которые размещены между поляроидными пленками 5 и 6 со скрещенными осями поляризации и снабжены электродами 7 и 8, расположенными по обе стороны термочувствительного элемента 4 на непросматриваемых через щелевые прорези 3 участках и выполненными, к примеру, из тонких полосок токопроводящей резины, светоотража- щее покрытие 9, в качестве которого может служить прикрепленный к поляроидной пленке б по размеру окна кусочек алюминиевой фольги, фиксируемый с помощью липкой защитной пленки 10, обеспечивающей наряду с защитными функциями и механическое соединение составных частей индикатора. Электроды 7 и 8 каждого из

0 термочувствительных элементов 4 подключены ко входам блока 11 измерения импеданса, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора. В качестве нижнего электрода 7 каждо5 го из термочувствительных элементов 4 может быть использовано светоотражающее покрытие 9, а также защитная пленка, выполненная, например, из липкой металлизированной аппликации. В последнем случае

0 нижние электроды всех термочувствительных элементов соединены электрически между собой, что в ряде случаев упрощает как конструкцию механической части индикатора, так и подключение его электрических элементов.

5 Щелевые прорези 3 образуют воздушный зазор, выполняющий роль дополнительного термосопротивления. Толщина теплоизолирующей прокладки 2 должна быть такой, чтобы в воздушном зазоре про0 резей 3 отсутствовала конвекция воздуха между подложкой 1 и поляроидной пленкой 5.

Устройство работает следующим образом.

5Индикатор температуры прикладывается к исследуемой поверхности со стороны защитной пленки 10, В исходном состоянии, когда температура поверхности контролируемого объекта меньше нижнего предела

0 заданного диапазона температур, все термочувствительные элементы 4 находятся в нематической фазе, обладающей анизотропными свойствами (т.н. двулучепреломле- нием формы), благодаря чему падающий на

5 оптически прозрачную подложку 1 свет проходит через поляроидную пленку 5, термочувствительный двулучепреломляющий элемент 4, поляроидную пленку 6, отражается от светоотражающего покрытия 9 и,

0 будучи в общем случае эллиптически поляризованным, проходит в обратном направлении через элементы 6, 4 и 5, обуславливая засвечивание всех цифровых или буквенных символов, причем цвет поверхности тепло5 изолирующей прокладки 2 выбирается таким, чтобы при высвечивании символов последние были неразличимы на фоне поверхности прокладки 2. Двулучепреломле- ние формы в большинстве

неориентированных нематиков начинает проявляться при толщине слоя более 20 мкм, обуславливая прохождение через термочувствительный элемент практически всех спектральных составляющих падающего света, и в этих условиях поверхность прокладки 2 должна быть белого света.

При нагреве контролируемой поверхности и повышении ее температуры, к примеру, до нижнего предела заданного диапазона, в соответствующем термочувствительном элемен е 4 происходит резкий фазовый переход нематический жидкий кристалл-изотропная жидкость, в результате чего условия прохождения света через поляроидную пленку 6 в любом направлении исчезают и соответствующей символ, например, 32 затемняется, становясь хорошо различимым на светлом фоне поверхности прокладки 2.

Дальнейший нагрев контролируемой поверхности приводит к затемнению последующих символов, причем последний из этих символов и соответствует у величине измеряемой температуре поверхности объекта, в то время как динамика высвечивания символов позволяет визуально контролировать значения температуры контролируемой поверхности на этапе подхода к заданной величине.

Фазовый переход нематический жидкий кристалл-изотропная жидкость в термочувствительном элементе 4 при достижении соответствующей температуры приводит не только к качественному изменению поляризационно-оптических свойств элемента 4, но и одновременно обуславливает резкое изменение импеданса {емкости, проводимости, тангенса угла потерь, сопротивления переменному току и т.п.). этого элемента, регистрируемого с помощью блока 11 измерения импеданса (см, фиг.З). К примеру, для 4-пентилфенилового эфира анисовой кислоты перепад по емкости либо тангенсу угла потерь в точке фазового перехода НЖК изотропная жидкость (42°С) составляет не менее 20% для неориентированного слоя толщиной 20-30 ммкм и без особых затруднений регистрируется с помощью простой мостовой схемы, являющейся входной измерительной цепью блока 11 измерения импеданса, На электроды 7 и 8, включенные в измерительную ветвь мостовой схемы, при этом подается измерительный низкочастотный сигнал (100 Гц - 10 кГц), уровень которого лежит значительно ниже порога ориентации НЖК, не превышая, к примеру, 40 мВ.эфф.

С многоразрядного выхода блока 11 измерения импеданса снимается комбинация

электрических сигналов, однозначно соответствующая температуре контролируемой поверхности исследуемого объекта С помощью дешифратора 12 данная комбинация преобразуется в сигнал, поступающий

на исполнительное устройство для подэчи сигнала аварии при угрозе недопустимого превышения температуры объекта, для отключения режима нагрева и включения режима охлаждения и т.д.

0 При охлаждении контролируемого объекта и падении его температуры ниже заданного значения в соответствующем термочувствительном элементе 4 происходит обратный фазовый переход изотропная

5 жидкость - нематический жидкий кристалл, обуславливающий не только просветление символа и изменение показаний индикатора, но и соответствующее изменение импе- данса, что приводит к изменению

0 комбинации электрических сигналов на выходе блока (11) и, соответственно, сигнала на выходе блока (12), т.е. к изменению команды, подаваемой на то или иное исполни- тельное устройство (на чертеже не

5 показано).

При контроле температуры неметаллических поверхностей в качестве нижнего электрода 7 может быть использовано светоотражающее покрытие 9 или ззщитная

0 пленка 10, выполненная, например, из липкой металлизированной аппликации, что по- зволяет упростить технологию изготовления индикатора.

Предлагаемый индикатор может рабо5 тать как в чисто пассивном режиме с только визуальной сигнализацией о достижении заданной температуры, так и дополнительно в качестве датчика температуры, включаемого в цепь регулирования температуры

0 или используемого для аварийной сигнализации.

Формула изобретения 1. Индикатор температуры, содержащий п закрытых защитной пленкой закапсу5 лированных жидкокристаллических термочувствительных зпементов на основе неориентированных нематиков, каждый из которых размещен между двумя поляроид- ными пленками со скрещенными осями по0 ляризации, напротив щелевые прорезей в виде буквенных или цифровых символов, выполненных в теплоизолирующей прокладке, контактирующей с подложкой из оптически прозрачного материала, при этом

5 на поверхность одьой из поляроидных пле: нок каждого термочувствительного элемента нанесено светоотражающее покрытие, контактирующее с защитной пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения преобразования температуры в электрический сигнал, в него введены п блоков измерения импеданса и дешифратор, а термочувствительные элементы размещены между введенными электродами, подключенными к входам соответствующих блоков измерения импеданса, к объединенным выходам которых подключен дешифратор.

/// / / / /

/////////Ш&

V лЧхччУУуЛУ

V//VX

/

Г2

тт

CU

Ш&

V лЧхччУУуЛУ

V//VX

ft/if

Ј

ГТ

Фм.г

. /г uMWt/me/iwdHj/

/СЩЮУСЯф