Устройство для измерения температуры Советский патент 1993 года по МПК G01K11/12 

Изобретение относится к термометрии и предназначено для теплового контроля объектов, находящихся под электрическим напряжением, работающих в электромагнитном поле в условиях повышенной пожа- ровзрывоопасности и т.д.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона при контроле температуры высоковольтных объектов, а также в условиях воздействия СВЧ-полей.

На фиг. 1-3 схематически показаны примеры выполнения устройства; на фиг.2 - его термометрическая характеристика.

Устройство для измерения температуры содержит в качестве источника света свето- диод 1 (источник света узкого спектрального состава), соединенный с одножильным световодом 2, В качестве фотоприемника использован фотодиод 3, область спектральной чувствительности которого (И«-диапазона) совпадает со спектром излучения светодиода. Фотодиод соединен со световодом 4, выполненным из одножильного кабеля.

Между световодами 2 и 4 расположен термочувствительный элемент (ТЧЭ) 5, выполненный в виде оптически неоднородной структуры типа смеси компонентов 6 и 7, один из которых измельчен и равномерно распределен во втором компоненте 7. Смесь находится в оболочке 8, не отражающей (пропускающей либо поглощающей) световой поток источника 1.

В варианте на фиг.2 использован световод 9 с разветвителем 2 и 4. На основание 10 ТЧЭ 5 нанесено покрытие, отражающее

00

о ь. о о

со

световой сигнал обратно в световод 9 и далее через ответвление 4 к фотоприемнику 3.

В варианте на фиг.З ТЧЭ 5 соединен с одним световодом, одновременно направляющим к нему свет от источника 1 и выходной сигнал к фотоприемнику 3 с помощью светоделительного кубика 11с полупрозрачным отражающим покрытием 12. Схемы питания светодиода, фотодиода и электронной обработки выходного сигнала не показаны.

При работе устройства свет источника 1 направляется световодом 2 к ТЧЭ 5. Проходя сквозь структуру, составленную из компонент с неровными показателями преломления, он рассеивается. Угловая апертура выходного пучка возрастает с увеличением разности показателей преломления компонент, которая изменяется в соответствии с температурой вследствие отличия температурных коэффициентов показателей преломления компонент. Выходной сигнал ТЧЭ 5 воспринимается световодом 4 в пределах его входной апертуры и передается к фотоприемнику 3. В соответствии с изменением температуры и сопутствующим ему изменением апертуры выходного пучка ТЧЭ изменяются относительная часть его, передаваемая выходным световодом 4 к фотоприемнику 3, и выходной сигнал устройства.

Приведенная на фиг.4 термометрическая характеристика соответствует устройству, выполненному на основе кремниевой оптоэлектронной пары: светодиода марки ЗЛ107А и-фотодиода марки ФД263, одно- жильных световодов типа КП с кварцевой жилой, диаметром 600 мкм. Термочувствительный элемент 5 выполнен на основе кремнийорганического каучука марки СКТФВ с показателем преломления 1,46, наполненного порошком кварцевого стекла фракции 40-10 мкм, при массовом соотношении наполнителя и связующего 1,5:1. Толщина оптически неоднородной структуры ТЧЭ 3 мм. Использование в качестве одного Vis компонентов термочувствительной структуры того же материала, из которого выполнена жила световода (кварц), обеспечивает непрерывность светового канала для проходящего сетевого потока, исключая паразитные потери на переотражение света границами термочувствительный элемент - световоды, что способствует повышению светосилы устройства.

При соответствующем выборе источника света и фотоприемника устройство может работать в ультрафиолетовой, видимой либо инфракрасной спектральной области. При

изменении температуры от 50 до 160° выходной сигнал устройства изменяется от 10 до 0,5 В. Ширина рабочего температурного диапазона устройства составляет 110°С, что в несколько раз больше, чем у известных

устройств.

Заявленное устройство без предварительного усиления выходного сигнала с фотодиода имеет чувствительность в среднем 100 мВ , что более чем на 3 порядка

превосходит такие широко распространенные термопреобразователи как термопары. Благодаря отсутствию гальванической связи с контролируемым объектом, обеспечивается безопасность теплового контроля

объектов, работающих под электрическим напряжением, в СВЧ-полях.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее источник света и фотоприемник, связанные с входным и выходным торцами световодов, соединенных со свето- рассеивающим трмочувствительным элементом, размещенным в оболочке, выполненной из материала, не отражающего излучение источника света, и соосной со световодами, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего температурного диапазона при контроле температуры высоковольтных объектов, а также в условиях воздействия СВЧ-полей, термочувствительный элемент выполнен в виде оптически неоднородной структуры из смеси компонентов, прозрачных для излучения источника света, с разными показателями преломления, отличными друг от друга в пределах рабочего температурного диапазона для всего спектра излучения источника

света.

g глф

Использование: термометрия объектов, находящихся под электрическим напряжением, в условиях воздействия СВЧ-полей. Сущность: устройство содержит светорас- сеивающий термочувствительный элемент (ТЧЭ) в оболочке, соединенный со световодами, входной торец одного из которых связан с источником света, а выходной торец другого-с фотоприемником. ТЧЭ выполнен в виде оптически неоднородной структуры из смеси компонентов, прозрачных для излучения источника света, с разными показателями преломления, отличными друг от друга в пределах рабочего температурного диапазона для всего спектра излучения источника света. Оболочка ТЧЭ выполнена из материала, не отражающего излучение источника света. 2 ил. Ё

/г/70

109 Ш1

и,ь

10

50 90 90 UQ 1ЬО i50 170 i90 210 t/C

фиг.4