Способ измерения температуры иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01K11/18 

Изобретение относится к термометрии и предназначено, главным образом для дистанционного измерения темпера туры объектов в условиях воздействия сильных электромагнитных полей, например труднодоступных участков силовых трансформаторов, злектродвигателей и других электрических машин. Известен способ дистанционного из мерения температуры, основанный на изменении цвета измеряемого объекта Однако точность измерения температуры таким способом невелика. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ измерени температуры, заключающийся в размеще нии полупроводникового термочувствительного элемента в исследуемой обла ти, освещении его монохроматическим излучением с длиной волны, расположенной в области температурного смещения края полосы поглощения полупро водника. Способ основан на сдвиге края полосы поглощения полупроводника в зависимости от температуры. Способ реализуется устройством, содержащим источник света с блоком литания, световод, термочувствительный элеьюнт в виде полупроводниковой пластины,- которая одной стороной прикреплена к торцу световода, а на другой ее стороне укреплен отражатель в виде зеркала или призмы, фатоприемник и регистратор. Спектр излучения монохроматического источника света, например светодиода, располагается в непосредственной близкости от края полосы поглощения полупроводника. При изменении температуры изменяется коэффициент поглощения на длине волны источника света следовательно ампли.туда сигналана выходе фотоприемникаГ2. Однако как данный способ, так и устройство для его реализации обладают существенными недостатками.Поскольку о величине температуры судят по изменению интенсивности светового потока, а на величину этой интенсивности оказывает влияние не только . спектральный сдвиг полосы поглощения полупроводника, но и возникгиощие со временем дефекты термочувствительного элемента, точность при длительной работе оказывается недостаточной, так как градуировка возможна лищь один раз при монтаже датчика и весь последующий дрейф целиком входит в погрешность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что полупроводниковый термочувствительный элемент дополнительно освещают монохроматическим излучением с Илиной волны, лежащей в области окна прозрачности полупроводника, а о величине температуры судят «по отношению интенсивностей прошедших через полупроводник световых потоков.

На фиг. 1 показана спектральная характеристика коэффициента поглощения в зависимости от длины волны X (сплошная кривая соответствует некоторому значению температуры Т, , пунктир ная - Тд Т, ) на фиг. 2 блок-сх ема устройства .для реализации предлагаемого способа.

Световой поток, прошедший через термочувствительный элемент и тракт передачи информации и имеющий длину волны излучения Л, , соответствующую краю полосы поглощения полупроводника, пропорционален произведению f, (T)-F, (t,xj, где f, (Т) - светопропускание самого полупроводника как функция температуры, F, (t,x,;) - светопропускание тракта передачи информации как (ункикя времени и различных помехf нестабильностей и т.д. Монохроматический световой поток, прошедший по тому же пути, но имеющий длину волны А. -i f лежащую в пределах окна прозрачности полупроводника, пропорционален произведению f j (Т) F {t,) где функции f и Fj аналогичны по физческому f, и Fj . Поскольку светопропускание самого полупроводника на длине волны Л практически не зависит от температуры, f (T)const. Длина волны излучения Л выбирается в непосредственной близкости к краю полосы поглощения., так что разница между Л, и Л невелика м функция помехи F, практиГески совпадает с Fj , т.е. F, (t,X(; ) Fg (t,x ) . Отношение же световых потоков с длинами волн А и A.J пропорционально, следовате/.ьно, только f, (Т), т.е. дает неискаженную информацию о температуре.

Практически для нахождения отношения интенсивностей световых потоков целесообразно вначале преобразовать каждый сетовой поток в пропорциональный электрический сигнал и после этого определить величину отношения.

Отличие устройства, реализующего предлагаемый способ, состоит в том, что в него введены второй источник света, временной селектор, информа-ционный вход которого через усилитель подключен к выходу фотоприемника,и схема отношений, соединенная с регистратором, к двум входам которого через интеграторы подключены выходы временного селектора, соединенного двумя

управляющими входами с блоком питания источников света.

Блок питания содержаит задающий генератор, выполненный в виде мультивибратора, один выход которого подключен к первому источнику света и к одному из управляющих входов временного селектора, а второй выход подключен ко второму источнику света и второму управляющему входу временного селектора.

Устройство содержит источники света 1 и 2 с. общим блоком 3 питания,два волоконных световода 4 и 5, термочувствительный элемент 6, отражатель 7, фотоприемник 8, усилитель 9, временной селектор 10, интеграторы 11 . и 12, схему 13 отношений и регистратор 14.

Генератор импульсов вырабатывает импульсы таким образом, что каждый нечетный (условно) импульс создается на выходе 1 и Возбуждает источник монохроматического света 1 с длиной волны излучения Л,. Каждый четный импульс поступает на выход 2 и возбуждает источник монохроматического света 2 (опорный) с длиной волны излучения Л„. Эти же импульсы с выходов генератора (вых. 1 и вых.-, 2) подаются на управляющие входы временного селектора 10 и открывают соответствующие выходил таким образом, что в момент свечения источника 1 света открывается выход на интегратор 11, а в момент свечения источника 2 света открывается выход на интегратор 12. Интеграторы сглаживают последовательности импульсов, на выходе образуется медленно меняющийся электрический сигнгш, пропорциональный световому потоку, попадающему на фотоприемник 8 от источников света 1 и 2. Отношение таких сигналов дает неискаженную информацию о температуре, поэтому выходы интеграторов подключены к входам схемы 13 отношений, выход которой подсоединен непосредственно к регистратору 14.

Выход интегратора 12, на который приходят импульсы, пропорциональные световому потоку, попавшему на фотоприемник 8 от опорного источника 2 света, может быть подключен к входу АРУ усилителя 9 (связь показана на фиг. 2 пунктирной линией). В этом случае сигнал на выходе интегратора 12 будет поддерживаться на постоянном уровне и схема отношений 13 может быть выполнена просто в виде согласующего каскада.

Таким образом, исключение из результатов измерений погрешностей, связанных с наличием помех и нестабильностей в тракте передачи информации, приводит к повышению точности измерения. Формула иэое ретения 1.Способ измерения температуры, заключающийся в размещении полупроводникового термочувствительного элемента в исследуемой области, освещении его монохроматическим излучением с длиной волны, расположенной в области температурного с лещения края полосы поглощения полупроводника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, полупроводниковый термочувствительный элемент дополнительно освещеиот монохроматическим излучением с длиной йол ны, лежащей в области окна прозрачности полупроводника, а о величине температуры судят по отношению интен сивностей прошедошх полупровод ник световых потоков. 2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее источник света с блоком питания, световод,тер мочувствительный элемент в виде полупроводниковой пластины, которая од ной стороной прикреплена к торцу све товода, а на другой ее стороне укреп лен отражатель в виде зеркала или призмы, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что в него введены второй источник света, временной селектор/ информационный вход которого усилитель подключен к выходу фотоп иемника, и схема отношений, соединенная с регистратором, к двум входам которого через интеграторы подключены выходы временного селектора, соединенного двумя управляющими входами с блоком питания источников света. 3.Устройство по п.2,о тл и чающееся тем, что блок питания содержит задгиощий генератор, выполненный в виде мультивибратора, один выхол которого подключен к первому источнику света и к.одному из управляющих входов временного селектора, а второй выход подключен ко второму источнику света и второму управляйщему входу временного селектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.Авторское- свидетельство СССР 243889, кл. G 01 К 11/12, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР 574631, кл. G 01 К 11/12, 22.07.75 (прототип).

.