Способ измерения абсолютной температуры в прозрачных изотропных средах Советский патент 1980 года по МПК G01K11/18 

Изобретение относится к технике измерения и задания абсолютной температуры в изотропньи прозрачных средах, например в объеме крностатов, автоклавов, кристаллизаторов, в агрессивных средах, в условиях вибрации и при необходимости дистанционных измерений. Известные способы измерения и задания температуры основьшаются на разнообразных физических законах: излучение черного тела, законы идеального таза, температурные зависимости объема, цвета и сопротивления материалов, электродвижущей силы термопар, вращение осей оптической индикатрисы tU - 3J Однако известные способы требуют тонких изм рений длины, сопротивления, тока, угла и т.п. или приращений зтих величин и поэтому не обладают достаточной помехоустойчивостью. На измеряемьк величины накладьшаются побочные эффекты, связанные с градиентами температур в подводящих проводниках, с контактной разностью потенциалов, с нестабильностью источников излучения и др. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату при использовании является оптический способ измерения температуры, заключающийся в размещении двуосного кристалла в диагональное положение между скрещенными николями, освещении и монохроматическим светом от источника с постоянной длиной волны, измерении величины интенсивности прощедиюго светового потока, зависящего от температуры 4. Недостатком известного способа является то, что он связан с количественными измерениями фототока, с необходимостью стабилизации источника излучения монохроматического (жета и поэтому не обладает достаточной помехоустойчивостью, а также сложны средства, используемые для реализации. Цель изобретения - повыщекие помехоустойчивости и упрощение аш1ара1урной реализации способа. Эта цель достигается тем, что кристалл, обладающий свойством перехода из оптически двуосного в оптически одноосный, освещают

вдоль острой биссектрисы источником света с переменной длиной волны, фиксируют значение длины волны, при котором регистрируют качественные изменения интенсивности прошедшего света или качественные изменения вида наблюдаемой коноскопической фигуры и, исшольэуя предварительную градуировку, по зафиксированной длине волны определяют измеряемую температуру.

На фиг. 1 показано сечение оптической

индикатрисы отрицательного кристалла(Х :оп51) и соответствующий вид коноскопической фигуры при различных температурах; на фиг. 2 приведена температурная зависимость угла между оптическими осями кристаллов натрий-аммоний-тартрата-тетрапщрата (аммониевая сегнетона соль) при двух зна ениях длины волны; 1,1 X 632,8 нм; 2,2- X 441,6 им.

Кристалл устанавливают в диагональное положение между скрещенными николями, освещают вдоль острой биссектрисы светом переменной длины волны. Находят длину волны света X при которой наблюдают качественные изменения интенсивности прошедшего света, либо качественные изменения вида коноскошпеских фигур. Для измерения температуры используется соответствие температуры перехода TO определенной длине волны света X, при которой имеют место описанные выше изменения интенсивности света либо вида коноскопической картины. Используя спектральный прибор, набор интерференционных фильтров либо излучение лазеров, можно измерять непрерьшные либо дискретные значения температуры в определенном интервале. Интервал и точность измерения температуры зависят от типа кристалла, применяемого в качестве термочувствительного элемента и от характеристик спектрального прибора (дисперсия, диапазон длин. волн).

При осуществлении данного способа измерения температуры толщина образца, применяемого в качестве термочувствительного злемента, должна удовлетворять условия:

d(ng-nn,)KX 0,25Х (Пд - максимальная, п - средняя оси индикатрисы кристалла) В этом случйе IX становится однозначной, а порядки К 1 - неактуальными.

реализадии данного способа в качестйе термочувствительного элемента используют кристаллы натрий-аммоний-тартрата-тетрагидрата. Перпендикулярно острой биссектрисы этого кристалла вырезают образец толщиной 0,5 мм, площадью 2 см и обрабатьгеают поверхности больших граней. Затем образец устанавливают в диагональное положение между скрещенными николя и помещают в измеряемую среду. Образец освещают от источника света переменной длннь волны X и устанавливают то значение X, при котором наблюдают

качественные изменения (уменьшение до минимума) регистрируемой интенсивности прошедшего светового потока или вида и ориентации коноскопических фигур. По найденной длине волны, используя предварительную градуировку, определяют измеряемую температуру. В частности, для X 632,8 нм температура перехода t -124°С, а для X 441,6 н t -60° С (фиг. 2). При этом с

dX 191,2 нм

IC у , т.е. при точности задания длины вол3 нм

НЬ1 ЛХ 0,1 им, точность определения температуры при данной градуировке составляет ± 0,03° С.

При работе только в видимой области спектра (400-700 нм) измеряют температуру в пределах от +. 40 до - 130°С. Интервал измерения температуры расширяется работой в более широкой области спектра и применением в качестве термочувствительного элемента других кристаллов.

Таким образом, предлагаемый способ не связан с количественными измерениями фототока, не требует стабилизации интенсивности источника излучения. Причем средства регистрации (глаз, фытоэлемент, фотоумножитель) минимума интенсивности светового потока слабо влияют на точность определения температуры, поскольку для измерения используется качественный эффект (минимум интенсивности который позволяет измерять абсолютную температуру в отсутствие механического контакта с регистрирующими приборами, обладает более высокой помехоусточивостью, простотой технического решения, дешевизной технических средств осуществления.

Формула изобретения

Способ измере1шя абсолютной температуры в прозрачных изотропньи средах, включающий освещение кристалла, помещенного в диагональное положение между скрещенными николями и регистрацию интенсивности прошедшего светового потока, отличающийся тем что, с целью повышения помехоустойчивости и упрощения аппаратурной реализации способа, кристалл, обладакнций свойством перехода из оптически двуосного в оптически одноосный, освещают вдоль острой биссектрисы источником света с переменной длиной Волны, фиксируют значение длины волны, при котором регистрируют качественные изменения прощедщего света или качественные изменения вида наблюдаемой коноскопической фигуры н, используя предварительную градуировку, по зафиксированной длине волны определяют нзме.ряемую температуру.