Термоиндикатор Советский патент 1981 года по МПК G01K11/12 

1

Изобретение относится к термомет рии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры объектов, работаквдих в труднодоступных условиях.

Известны термоиндикаторы, которые при достижении определенной температуры изменяют свой внешний вид, в частности, цвет, прозра- ность, форму III .

Из известных термоиндикаторов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является термоиндикатор, содержащий смесь органической жидкости и вердого порсяикообразного ингредиента - измельченного стекла, причем твердым ингредиентом является особое стекло, жидким - раствор двух терпен-углеводородов. Термоиндикатор , являясь смесью двух разнородных материалов, представляет собой оптически неоднородную систему с присущей ей спектральной избирательностью для проходящего сквозь него белого света 12.

При каждом значении температуры в пределах рабочего температурного диапазона термоиндикатор беспрепятственно пропускает свет лишь в

узком спектральном интервале, рассеивая остальные составляющие проходящего светового потока. При изменении телтературы соответственно изменяется спектральный состав свободно проходящего света, что проявляется как изменение света термоиндикатора.

Недостатком известного термоиндикатора является низкая точность измерения температуры, вызванная низкой спектральной избирательностью устройства, невозможность измерения с высокой точностью температуры в диапазоне 28-58 С, низкая надежность вследствии необходимости герметизации термоиндикатора.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры в диапазоне 28-58 С.

Поставленная цель достигается тем что термоиндикатор содержит твердели ингредиент - оптическое стекло ЛК4, измельченное до фракции 60-200 мкм и жидкий ингредиент ( -ксилол в следующих соотношениях, вес.%:

Оптическое стекло марки

ЛК460-74

4- КСИЛОЛ26-40 Ингредиенты термоиндикатора обра зуют физическую- смесь. При зтом химический состав стекла ЛК4 однознач но определяется его маркой. На чертеже представлена температурно-спектральиая характеристика термоиндикатора, определяющая смещение его максимума пропускания све та с длиной волны Aj)B зависимости от температуры. Температурно-спектральная характе ристика связывает свет тёрмоиндикато ра с температурой и определяется такими термооптическими параметрами ин гредиентов,как п -показатель прелом ления, соответствующий длине волны Л D . При этом точность измерения температуры тем выше, чем контраст нее изменение цвета термоиндикатора в соответствий с изменением темпера туры. Термоиндикатор является оптическ неоднородной смесью. Ингредиенты с си выбраны таким образом, что в рабочем температурном диапазоне они имеют близкие показатели преломлени но различные средние дисперсии 4 р(;. температурные коэффициенты показате лей преломления. Ввиду -различия Др дисперсионные кривые п f (Л) ингредиентов имеют разную крутизну и ввиду близости по казателей преломления в интервале д графики п f (Л) и nj f (Л), соответствующие жидкому и твердому ингредиентам , пересекаются в некото рой точке, для которой п ( Лр ) i { Л.о)г т.е. показатели преломлени ингредиентов совпадают. Свет с длиной волны А о беспрепятственно пропу скается термоиндикатором. Для всех остальных длин волн ввиду того, что п. i А) frty ( Л.)/ вещество ведет се бя как оптически неоднородная рассеи вающая система. Длина волны света A для которой термоиндикатор прозрачен, определяет его цвет. Термочувствительность термоиндика тора обусловлена различием температурных коэффициентов показателей пре ломления ингредиентов. По величине ксилола более, чем на два .порядка превышает. ЛК4,1 .и температурным изменением п твердого ингредиент а можно пренебречь по сравнению с жидким. У .jw ксилола п существенно изменяется с температурой. При повышении температуры дисперсионная, кривая 0 f { А. ) опу скается, а при понижении - поднима ется . В результате этого при изменении температуры изменяется длина волны А-О, которая соответствует точк /пересечения дисперсионных кривых п ( ) и Пэ.(Л) ингредиентов смеси и соответственно изменяется цвет вещества. Рабочий температурный диапазон дТ термоиндикатора охватывает температурный интервал, в пределах которого Л. о смещается в пределах видимой области спектра, и соответственно цвет вещества изменяется от красного до фиолетового. Насыщенность и контрастность цвета термоиндикатора определяется его рассеивающей способностью как оатически неоднородной смеси и характеризуется полосой пропускания П, измеряемой на уровне 0,5 его контура пропускания. Чем больше толщина слоя вещества Z, чем больше частиц твердого ингредиента (оптических неоднородностей) встречается на пути луча и чем больше различие показателей преломления в окрестности длины волны АрСчем больше отличаются Др,- ингредиентов), тем уже полоса пропускания, выше спектральная избирательность и тем соответственно контрастнее цвет термоиндикатора. При уменьшении размера частиц Д твердого ингредиента П увеличивается. Однако при выборе Д сталкиваются два противоречивых требования. С одной стороны, для того, чтобы предлагаемый термоиндикатор действительно выполнял функции светофильтра необходимо, чтобы на своем пути луч света встречал достаточно большое количество оптически неоднородных включений (рассеивание должно быть многократным) , с другой стороны, при ограниченной толщине слоя 2 это приводит к необходимости уменьшения размера частиц Л , что, в свою очередь, приводит к ухудшению спектральной избирательности. Для того, чтобы не происходило существенного искажения температурного поля объекта и резкого понижения точности измерения, толщина термоиндикатора Z не должна превышать 1 мм. При Z 41 мм размер частиц твердого ингредиента следует ограничить интервалом Д 60-200 мкм, в этом случае на своем пути луч света встречает не менее 5 частиц, и смесь является многократно рассеиваквдей системой. Исследования показали,что оптимальная спектральная избирательность соответствует случаю плотной упаковки частиц твердого ингредиента в термоиндикаторе, когда жидкий ингредиент заполняет лишь поры между частицами. Это соответствует оптимальному объемному соотношению с ингредиентов ( отношение суммарного объема твердого ингредиента к объему смеси). При Д 60 мкм оптимальная спектральная избирательность термоиндикатора наблюдается при весовом содержании стекла ЛК4 , равном 60%, JL -ксилола - 26%.

Изменение Л и d не сказывается на температурно-спектральной характеристике термоиндикатора t f (АдГ а отражается только на насыщенности его цвета, т.е. на ширине .его полосы пропускания.

При Z о 1 мм, Ло 0,55 мкм термоиндикатор при л 60 мкм имеет П 0,0495 мкм, а при Д 200 мкм Z 1 мм, ,55 мкм имеет П 0,0270 мкм.

Термоиндикатор позволяет с высокой точностью измерять температуру в интервале 28-58°С. Использование одной жидкости в качестве жидкого ингредиента вместо раствора двух упрощает технологию изготовления термоиндикатора, повышает его надежность.

Формула изобретения

Термоиндикатор, содержащий смесь органической жидкости и твердого порошкообразного ингредиента - измельченного стекла, отличающийс я тем, что, с целью повышения, точности измерения температуры в диапазоне 25 - 58 С, он содержит тверд(А ингредиент- оптическое стекло ЛК4, измельченное до фракции 60 -.200 мкм и жидкий ингредиент JJ -кснлол в сшвдующих количествах вес.%:

Оптическое стекло ЛК4 60-74 JU -ксилол 26-40

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Абрамович Б. Г. Термоиндикаторы и их применение. М7, Энергия, 1972,, с. 9-14.

2.Патент Великобритании № 1134027, кл, G 1 D, опублик.

20.11.68 (прототип).

WO tSO BOO SW SSQ SS& SSO 700Л,Ни