Способ измерения температуры Советский патент 1979 года по МПК G01K11/16 

Изобретение относится к теплоизмерению и может быть применено для измерения температуры бесцветных и прозрачных жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, например для измерения температуры хладагентов в системах охлаждения радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство, реализующее способ измерения температуры, которое содержит два несмешивающихся вещества с известными дисперсионными свойствами, представляющими собой состав с зависимым от температуры показателем преломления, и которое образовано введением в одно вещество инородного нерастворяющегося в нем вещества (стекла) с близким показателем преломления и отличающимся температурным коэффициентом показателя преломления 1.

Однако использование в качестве инородного нерастворяющегося вещества стекла позволяет измерять температуру при установке устройства на исследуемом объекте либо в исследуемой среде лищь с использованием кюветы, необходимой для предотвращения попадания в измерительную систему твердого компонента. Кювета ухудщает быстродействие устройства.

Известно также устройство для измерения температуры, реализующее подобный способ, в котором термоиндикатор из смеси оптически неоднородных веществ, показатели преломления которых зависят от длины света, а температурные коэффициенты показателей преломления отличны по знаку (или величине), помещен внутрь объекта измерений, что дает возможность непрерывно определять тепловое состояние объектапри минимальной инерционности измерений 2.

Однако применять подобное устройство для измерения температуры потоков при высоком быстродействии измерителя температуры нельзя, так как требуется дополнительная кювета, исключающая попадание в по1ток твердого компонента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в измерении температуры по цвету смеси двух компонентов с близкими, показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, при освещении смеси параллельным пучком белого света 3.

Недостатком известного способа является относительно большая тепловая инерция измерительного элемента.

Цель изобретения - повышение быстродействия процесса измерения температуры.

Дляэтого по предлагаемому способу измерения температуры по цвету смеси двух компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, при освещении смеси параллельным пучком белого света, непосредственно в поток жидкости, который является первым компонентом и температура которого измеряется, вводят инородную жидкость, являюшуюся вторым компонентом, и перемешивают их до получения равномерной эмульсии.

На фиг. 1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - кривые дисперсии жидкостей при различных температурах.

В рабочую жидкость 1, например хладагент, текущую по трубопроводу 2, вводят не растворяющуюся в ней жидкость 3 с близким показателем преломления и отличающимся температурным коэффициентом показателя преломления.

С помощью эмульгатора; роль которого может выполнять установленная в трубопроводе рещетка 4, образуется оптически неоднородная эмульсия 5, цвет которой определяется .ее температурой т.е. температурой хладагента..

Цвет эмульсии 5 наблюдают при освещении ее источником 6 белого света через прозрачную вставку 7 в трубопроводе 2.

По Цвету эмульсии определяют температуру хладагента.

Измерение температуры может быть произведено визуально либо с помощью любого спектроразлагающего прибора.

В качестве инородной жидкости.используют прозрачную бесцветную не растворимую в хладагенте жидкость с близким показателем преломления, но отличающуюся от хладагента величиной температурного коэффициента показателя преломления.

При большой скорости хладагента отпадает необходимость в эмульгаторе, установленном в трубопроводе перед прозрачной вставкой 7, а перемешивание рабочей и инородной жидкостей до получения равномерной эмульсии производится насосом.

Предлагаемый способ измерения температуры основан на селективном пропускании света оптически неоднородными системами. При этом полоса пропускания оптически неоднородной системы смещается по спектру в зависимости от температуры.

Роль оптически неоднородной системы выполняет эмульсия, полученная при смешивании двух нераствори.мых бесцветных и прозрачных жидкостей с близклми показателями преломления.

Известно, что все материалы, в том числе жидкости, характеризуются оптической дисперсией, определяемой зависимостью показателя преломления от длины волны. С 5 увеличением длины волны показатель преломления уменьшается.

Показатель преломления веществ зависит также от температуры. В частности, жидкости характеризуются отрицательным температурным коэффициентом показателя пре0 ломления.

Ниже приводится пример осуществления способа при добавлениии к этиленгликолю бромистого пропила.

При увеличении температуры кривая дисперсии жидкости смещается вниз, оставаясь практически параллельной самой себе, как показано на фиг. 2, где кривые 9, 10, 12 и 13 соответствуют этиленгликолю при 25, 30, ЗВ и 40°С, а кривые 8, 11, 14 и 15 - бромистому пропилу при тех же температу0 pax.

Этиленгликоль и бромистый пропил и.меют близкие показатели преломления и различные температурные коэффициенты показателей преломления (у бромистого пропила температурный коэффициент показателя преломления в два раза выще, чем у этиленгликоля) .

Если в Этиленгликоль (часто используемый в качестве хладагента) добавить бромистый пропил, то ввиду разной плотности 0 эти жидкости рассеются. При встряхивании этой смеси образуется оптически неоднородная эмульсия.

Оптическая неоднородность этой эмульсии обусловлена тем, что, например, при 30°С для всего спектрального диапазона левее ЛВ {A.J - длина волны, соответствующая точке пересечения «Ь кривых 10 дисперсии этиленгликоля и бромистого пропилaJ превышает показатель преломления этиленгликоля (для Л .j ), а для спектрального диапазона правее Xj { A.g ) показатель преломления этиленгликоля превышает показатель преломления бромистого пропила.

Таким образом, эмульсия, полученная на основе смеси этиленгликоля и бромистого 5 пропила ,при 30°С, рассеивает свет в спектральном диапазоне ;(,g$ Xg , что соответствует всему спектру белого света за исключением длины волны б.

Для света с длиной волны показатели g преломления компонентов эмульсии совпадают, и этот свет беспрепятственно проходит сквозь нее при 30°С. При этом эмульсия окрашивается в цвет, соответствующий длине волны Xg.

При изменении температуры, например увеличении ее до 35°С, кривые дисперсии смещаются. Этиленгликолю соответствует кривая 12, а бромистому пропилу - кривая 14.

Кривые 12 и 14 пересекаются в точке «б, которой соответствует уже другая длина волны б , т. е. эмульсия становится прозрачной для света с длиной волны Яб при 35°С и оптически неоднородной для всего остального спектрального диапазона белого света.

На примере эмульсии, полученной при добавлении к этиленгликолю бромистого про.пила, показано -свойство селективного пропускания света оптически неоднородными эмульсиями и смещение полосы прозрачности эмульсии по спектру в зависимости от температуры. В частности, для указанной эмульсии при изменении температуры от 25 до 40°С цвет меняется от красного до фиолетового, непрерывно проходя через все цвета спектра белого света.

На фиг. 2 приведен также пример осуществления способа, по которому эмульсия получена на основе смеси нитрометана и н-гептана, где кривые 16, 1.9, 21 и 23 соответствуют н-гептану при 90, 95, 100 и 105°С, а кривые 17,18, 20 и 22 - нитрометану при тех же температурах.

При изменении температуры в диапазоне 90-105°С полоса пропускания этой эмульсии сдвигается из красной области в фиолетовую, проходя через весь спектр белого света.

Выбор компонентов смеси для любого заданного температурного диапазона как в положительной, так и отрицательной температурных областях легко производят по таким физическим параметрам, как показатель преломления, относительная дисперсия и температурный коэффициент показателя преломления.

Выбирая те либо иные добавки к определенному хладагенту можно смещать температурньш диапазон, в котором эмульсия изменяет свой свет в зависимости от температурь,в положительной и отрицательной температурных областях.

В частности, термочувствительные эмульсии, изменяющие свой цвет в зависимости, от температуры, можно получить при добавлении в незначительном количестве во фреон 114 бензола либо сероуглерода, во фреон 11 либо 21 - хлористого натрия, во фреон 12 либо 22 - бен.зола и т.д.

Так как термодатчиком является сам хладагент, измерение температуры производится безынерционно и не требует введения в поток дополнительного термодатчика.

15

Формула изобретения

Способ измерения температуры по цвету с-меси двух компонентов с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателя преломления, при освещении смеси параллельным пучком белого света, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия процесса измерения температуры, непосредственно в поток жидкости, который является первым компонентом и температура которого измеряется, вводят инородную жидкость, являющуюся вторым компонентом, и перемещивают их до получения равномерной эмульсии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1134027, кл. G 1 D 7, 20.11.68.

2.Авторское свидетельство №. 267129, кл. G 01 К 7/16, G 01 К 11/12,04.10.68.

3.Авторское свидетельство № 253408, кл. G 01 К 11/16, Л-12.67.

фиг./

1AW

М15

1ЛЗО

;Л25

1360

U55

I,3J

l,3fS

(,зад

Фиол. Ст. Гол зел. Жл Ор Красный

Ля

л Фиг.г