Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01J5/50 

746207

чёской система, от зажёнкый; свёт поттайаёт на систему цветовых фильтров и фб ЪД5§тёктс1рбв,Сигналы с Дёфёкторов поступают в преобразоваТ ё; йа BHkofle kbfopcro пройзвбдятся электрические сигналы, пропорцШнальные измеряемой величине, выраженные ,-в трех1 ветншс 9}т:ё:т у

X, у, 2. Выхода пр еобраз ов ат ел я соеди1р1ёныС сетью линейных преобразова- телей, которые выдают на выходы сигналы, например, напряжения, пропор 13 ирнальные откорректированным трех lUBefMaKi ;элё1мёнтам. Ни йыХйре TaRtfJb устройства могут буть установлёнй ka,k блок индикации, так и новый блок обработки трехцветных координат, например, в температуру поверхности измеряемого объекта.

Однако такой способ измерения температуры при помсяци жидкокристалЙйЧёскйх тёрмойндикатороч Вуй ::Шеть р1Щ сЩесТвенных недостатков, к йим ОТйЬЬятей -; натф-ййер, -сложйоетгв; Ш- ; ЙтёШ трвхцв Т:йых фйльт ров недостаточная термостабильность фотоэлектрического детектора , непостоянство спектральной характерйстйки источни ка с вета.- . . Все это приводит к сложности коррекции спектральной чувствительности системы фотодетектора - фильтра, 1г.еу спектральной чувствител1 ности всего устройства.

Наиболее близким по технической СУИ1.НОСТИ является способ дистанци онногр измерения температуры, заклю ающнйся в Ьпрёдёлёвгйи положения спектральной полосы установленногЬ на объекте Термойндуктора и нахождении температуры пь температурноспектральной характеристике термоиндуктора при наблюдении его сквозь интерференционный клиновидный светофильтр. Для повышения точностей и з йерения температуры на заднюю стенк термои едикагор наносят кднтрастный рисунок (миру) и интерференционный клиновидный светофильтр перемещают относительно диафраггла, огра ййчйвающёй спектральную область фйлlrfSsrrГff бЖrcna ( го ровпадает по ширине с полосой пропусзкания термоиндикатора Si . . Этот способ зйачитёльно прседе способа определения температуры, связанного с применением устройств определения трехцветных координат ё Шщгйе о Г1Ш шв 1яйй от шшадшс;; п 5вёрхностёЙ,нО г-Ьчной ё йёвй jOKS K otpct доля-, ми градуса, в то 1грёмя как жгщко- кристаллические термоиндйкаторы могут о(5еспечить такую точность при визуальном способе йзмёрё JpHTr - -- - --- ::::-:--: .-----:--:

Целью изобрёТёнйя ЕвЛяё Т ;я;Т1ШШаёниё точности измерения температур.

Поставленная цель достигается тем, что избирательно отраженный от жидкокристаллического термоиндикатора свет подвергают вторичному отражению от аналогичного термоиндикатОра, спектр отражения которого Шнйют во времени от исходного значения до совпадения спектров и измеряют, время изменения спектра , пропорциональное температуре.

Спектральная область проявления гермохромных свойств жидких кристаллов зависит,, от шага Р геликробразЙб упорядоченной структуры.жидкого кристалла. Рассеиваемое излучёние жидкого кристалла, т. е. длина отраженной волны, удовлетворяет следующему соотношению:

:

где./ - средний показатель преломления жидкого кристалла в направлении оптической оси. Поскольку шаг сильно зависит от температуры, функцией температуры является и,д.. Ширина спектра света/ отражаемого жидкокристаллйческой структурой обычно составляет 200 А при освещении структуры белым светом. Спектр видимого света занимйет промежуток от 3800 до 7800 А

т.е. ширина полосы видимого света , равна 4000 А. Если жидкокристаллический индикатор перекрывает диапазон видимого света за 1°С (ширина мезрфазы , то од;евидно, что при разрешении 4 Д 200 А, можно.получить погрешность измерения температуры

О,. Выбирая ширину зоны мезофазы жидкбго кристалла от 10°С до 0,1С,мОжйо менять погрешность измерения температура от 0,5 до 0,.

Следует отметить, что при последовательном отражении от двух поверхностей термоиндикаторов полоса отраженвого света может быть доведена до 20 А, хотя при этом будет определен7 нов ослабление отраженного сигнала. В таких случаях погрешность измере:ния температуры практически может быть снижена уже при .одноградусном |те1 мойндикатрре до О, О О 5° с. Погреш; ноет ь может быть еще ме н ьше и пр и использовании термоиндикаторов с более узкой шириной мезофазы. Для большинства же практических измерений приемлема погрешность 0,1 С.. Как следует из вышесказанного, с помощью термоиндикаторрв холестерического типа можно измерять температуру с погрешностью около 0,001 С. Изобретение поясняется чертежом. Устройство для осуществления способа содержит источник белого света 1, оптически связанный с жидкокристаллическим термойндикатором 2, который крепится .на объекте измерения 3, жйДкокристсШлический термоиндикатор 4, оптически связанный с термойндикаторЪм. 2 и фбтоприемнйком 5, блок перестройки спектра отражения б.

термически связанный с термоиндикатором 4 и электрически с блоком управления измерениями 7, который электрически связан с фотоприемником 5 и блоком считывания 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Свет источника 1 света освещает жидкокристаллический термоиндикато

2,находящийся на объекте измерений

3.Под воздействием температуры объекта 3, жидкокристаллический термоиндикатор 2 приобретает определенный хшеКтр отражения, соответствующий определенной температуре объекта. Селективно отраженный свет от жидкокристаллического термоиндикатора 2 падает на аналогичный жидкокристаллический термоиндикатор 4. При включении устройства на измерение с блока 7 поступает команда одновременно на блок б и блок 8.

Блок 8 начинает отсчет времени. Блок 6 изменяет во времени спектр отражения жидкокристаллического термоиндикатора 4, начиная с некоторого исходного состояния. При совпадении спектров отражения жидкокристаллических термоиндикаторов 2 и 4 на входе фотоэлемента 5 появляется сигнал, который поступает в блок 7, Блок 7 одновременно подает команду на блоки б и 8. Блок б прекращает воздействие на жидкокристаллический термоиндикатор 4, а блок 8 останавливает отсчет времени и преобразует это время в отсчет температуры. Исполнительным органом блока б для изменения спектра жидкокристаллического термоиндикатора 4 может служить термоэлемент, температура которого может изменяться в широких пределах, например, термобатарея Селен.

Использование способа дистанционного измерениятемпературы жидкими кристаллами обеспечивает по .сравнению с существующими способами следующие преимущества: - исключает сложную оптическую систему, не требует многозвенных фильтров, что позволит создать технологичное в изготовлении и простое в эксплуатации устройство;

- позволяет использовать дешевые, обладающие малой теплоемкостью и

высокой разрииающей способностью термоиндикаторы;

- позволяет создать измерительное устройство температуры с погрешностью измерения температуры около 0,0б1с.

Формула изобретения

1. Способ дистанционного измерения температуры, заключающийся в определении положения спектральной полосы установленного на объекте термоиндикатора и нахождении темпераТу ы по температурно-спектральной характеристике термоиндикатора, отличающийся тем, что, с целью повьаиения точности измерения температура, избирательно отраженный

от жидкокристаллического термоиндикатора свет подвергают вторичному отражению от аналогичного термоиндикатора, спектр отражения которого меняют во времени от исходного значения до совпадения спектров и измеряют

время изменения спектра, пропорциональное температуре.

2. Устройство для реализации способа по п,1, содержащее источник белого света, оптически связанный, с

термоинднкатором, и фотоприемник, о т л и ч -а ю щ е е с я тем, чтов него введены второй аналогичный термоиндикатор, оптически связанный с фотоприемником, блок перестройки

спектра отражения второго термбиндккатора, содержащий термоэлемент,блок управления и блок считывания, причем оба термоиндикатора выполнены жидко- кристаллическими и оптически связаны между собой, а блок управления соединен с блоком считывания, фотоприемником и блоком перестройки спектра отражения второго термоиндикатора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Приборы и системы управления, № 3, 1974, с.40.

2,Патент Франции № 2231958, кл. G 01 J 3/48.

3. Авторское свидетельство СССР 445853, кл. G 01 J 3/00, 1974 (прототип).