Устройство для измеренияТЕМпЕРАТуРы Советский патент 1981 года по МПК G01K11/18 G01N21/21 

1

Изобретение относится к технике измерения температуры и может найти применение при измерении температуры в условиях действия сильных электромагнитных помех.

Известны устройства для измерения температуры, содержащие источник белого свата, термочувствительный элемент с зависящим от температуры показателем преломления и регистратор 1 .

Эти устройства обладают высокой помехозащищенностью, но имеют низкую точность измерений. .

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее последовательно размещенные источник монохроматического излучения, два скрещенных линейных поляризатора, между которыми размещен термочувствительны двулучепреломляющий кристалл, и-фотоприемник 2.

. Недостатком данного устройства является узкий диапазон измеряемых температур.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур. .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения,

температуры, содержащее последовательно размещенные источник монохроматического излучения, два скрещенных линейных пол.яризатора, между которыми размещен термочувствительный двулучепреломляющий кристалл, и ф6топриемник, введены оптический компенсатор разности фаз, установленный между одним из поляризаторов и дву0лучепреломляющим кристаллом, узкополосный светофильтр, установленный перед фотоприемником, а также нульиндикатор и счетчик импульсов, подключенные к выходу фотоприемника.

5

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - характер зависимости интенсивности излучения на выходе устройства от температуры; на фиг.Зградуировочная кривая для устройст0ва с двулучепреломляющей пластинкой из кристалла сингенита.

Устройство для измерюния температуры содержит источник 1 монохроматического излучения, поляризато5ры 2 и 3, датчик 4 (термочувствительный двулучепреломляющий кристалл), узкополосный светофильтр 5, фотоприемник б, счетчик 7 импульсов, нульиндикатор 8, конденсатор 9 разнос0ти фаз. Устройство работает следующим образом Параллельный монохроматический световой поток от источника 1 проходит через поляризатор 2, компенсатор 9, кристаллическую пластинку 4, поляризатор 3, затем через узкополосный светофильтр 5 попадает на приемник б излучения.Термочувствительный двулучепреломляющий кристалл, для которого установлен начальный минимум фототока, помещают в среду с измеряемой температурой, определяют прирост разности фаз, пр шедшей через термочувствительный элемент световой волны при установленном с помощью компенсатора минимуме фототока, и по предварительной градуировке в координатах температура - разность фа находят искомую температуру среды; прирост разности фаз, кратный 2к , определяют по числу минимумов фототока, а оставшуюся его часть, меньшую , определяют по разности показаний компенсатора, отвечающих начальному и конечному минимумам фо тотока. Регистрируемую приемником интенсивность света I{t)мoжнo предста,2 V к 2 вить в виде 3 5Ш S4n ,n-«-i a, ili( где k также может являться: функцией температуры t. Видно, что некоторой величине фототока отвечает набор те ператур (mT+t), где ,+1,+2 ...,Т характерный для избранного датчика (кристалл, ориентация граней датчика относительно кристаллофизических осей, толщина датчика) интервал тем ператур, при прохождении которого интенсивность света изменяется в пр делах одного периода. В связи с эти указанный интервал температур можно условно назвать периодом температур При k const,T4T(t), при (t) пер од Т зависит от температуры. Зависи мость T(t) учитывается при градуировке. В этом отношении неудобными могут показаться материалы, обладающие в рабочем диапазоне фазовыми переходами, в районе которых, как правило, имеют место значительные температурные аномалич, усложняющие градуировку и вид градуировочной кривой. В свою очередь, при создании приборов узкоцелевого назначени подобные резкие аномалии могут оказаться полезными. Искомаятемпература среды может представлена такими слагаемыми +шТ+ Д +А Л, где t - известная исходная темпера тура запуска (настройки) прибора, отвечающая и га - число минимумов фототока, зарегистрированных при изменении температуры датчика от исходной tg до искомой t; Т - период температуры датчика (отвечает фазе, кратной 2ft; &tiT- температура, отвечающая разности показаний компенсатора, установленного на минимум фототока в начальной и конечной стадии измерения (отвечает фазе, меньшей 211) ;А - постоянная прибора (угловой наклон прямой на фиг.З); Д - обусловленная изменением температуры датчика разность фаз. Чувствительность предлагаемого устройства для измерения температуры зависит от физических свойств кристалла, применяемого для изготовления атчика, толщины датчика и длины волны используемого излучения. При меньшении периода Т чувствительность озрастает в соответствии с уменьшением цены деления компенсатора, грауированного в единицах температуры; /N, где Т - период температуры, Nисло делений компенсатора, отвечаюее изменению фазы на 2lt (периоду Т) . В простейшем случае, когда (t) , ЛЯ где учтено, что для большинства материалов./ . .,,91 Таким образом, из формулы (2) следует, что в качестве термочувствительного элемента следует применять кристаллы с большой температурной зависимостью двупреломления, а для освещения использовать источник, излучающий по возможности малую длину волны. Период Т можно уменьшить, увеличивая толщину термочувствительного элемента, однако, при этом возрастает тепловая инерционность датчика и нежелательные градиенты температур. При небольших толщинах датчиков их эффективную толщину можно увеличить путем многократного прохождения луча в кристаллической пластинке. При использовании компенсатора Берека удается измерить разность фаз до 0,01 полосы, так что точность измерения температуры равна 0,01 Т. Пример . Датчик изготовлен из кристалла сингенита. Он имеет форtuy прямоугольной плоскопараллельной пластинки размерами 10x10x0,5 мм, вырезанной перпендикулярно острой

биссектрисе оптической индикатрисы кристалла. Большие поверхности крис-i таллической пластинки полированы. В качестве источника излучения использован лазер ЛГ-56 (,8 нм). Приемником излучения служил фотоэлемент Ф5, был использован стандартный счетчик импульсов и компенсатор Берека. При градуировке устройства кристгшлическая пластинка помещалась в термокамеру, температура которой контролировалась термопарой. Результаты градуировки показаны на фиг.З, из которой видно, что для рассматриваемого датчика (сингенит) разность фаз изменяется с температурой линейно, так что период Т не зависит .от температуры.

При высоких температурах, когда становится -интенсивность свечения изучаемого объекта, по ходу лучей следует ставить узкополосный фильтр, пропускающий только излучение применяемого источника излучения. Это уменьшит общий фототок и улучшит контраст интерференционной картины.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять температуру в значительно более широком интервале.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее последовательно расположенные источник монохроматического излучения, два скрещенных линейных поляризатора, между которы0ми размещен термочувствительный двулучепреломляющий кристалл, и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур, в него

5 введены оптический компенсатор разности фаз, установленный между одним из поляризаторов и двулучепреломляющим кристаллом, узкополосный светофильтр, установленный перед фотоприемником, а также нуль-индикатор и

0 счетчик импульсов, подключенные к выходу фотоприемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 № 590617, кл. G 01 К 11/12, 1976.

2.Заявка Японии 48-13477 IIIE8, опублик.1973 (прототип).

3, отн. ед

.1 200 tC