Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K11/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

I

Изобретение относится к области терн мометрии, а именно к устройствам для , измерения температур по изменению цвета измepитfeлъkoгo элемента, и может быть использовано для дистанционного измерения локальных температур и температурньк полей труднодоступных деталей и узлов.

Известны, устройства для измерения температуры, в .которых изменение цвета термочувствительного элемента наблюдается в свете, отраженном от его задней стенки, находящейся в тепловом контакте с поверхностью исследуемого объекта, конструктивно представляющие собой кювету с термочувствительным элементом, на заднюю стенку которой нанесено зеркальное покрытие, отражаясь от которого световой поток проходит через оптически неоднородную смесь дважды 1 .

Действие известного устройства основано на рассеивающем свойстве оптически неоднородной смеси (изооптичес/

кой системы) для света .всех длин волн, для которых показатели преломления компонентов смеси отличаются между собой, и прозрачности ее для света, длине волны которого соответствует равенство показателей преломления компонентов смеси. Измерение температуры основано на спект ральном смещении полосы пропускания термочувствительного элемента и соот ветствующем изменении его цвета в за)0 висимости от температуры.

Недостатком этих устройств является очень малая точность измерения и узкая область применения вследствие того, что при наблюдении света, отраженного от

15 задней стенки термочувствительного элемента, часть белого света от источника, освещающего термочувствительный элемент, отражается от его передней стенки, т. е. создает белый фон, затрудняю20щий опредаление цвета термочувствительного элемента; тепловой контроль непрозрачных объектов путем сквозного просвечивания невозможен как в силу конст руктивных особенностей изделий, так и их оптической непроэрачности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для контроля температуры, содержащее кювету с термочувствительной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствител,ьным элементом и исследуемым объектом и соединенный с возбудителем излучения. Причем многослойный элемент содержит прозрачный элект- род, нанесенный на одну из наружных стенок кюветы, прилегающий к нему слой электролюминофора с белым свечением,., поверх которого нанесер второй электрод в виде проводящего отражающего покрытия. Возбудитель излучения выполней в виде источника переменного напряжения Недостатками устройства являются низкая точность измерения и узкая область применения, обусловленные нестабютьностью характеристик излучения элек1 ролкиминофора и недостаточной эффективно тью при измерении локальных температур вследствие того, что материалы, из которых выполнены электроды многое л ойнсяо элемента, обладают значительными коэффициентами теплопроводности и нарушают исходное распределение темперагур, Цель изобретения - повышениеточности узмеренпя и расширение области применения устройства. Эта цель достигается тем, что в известном устройстйе многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлектрических пле ной и содержащей последовательно прилегакяцие друг к другу, начиная от границы с термочувствительным элементом, ссягласующий, рассеивающий, световодный отражающий и защитный слои Для уменьшения тепловой инерционное гй согласующий слой многослойного элемента находится в непосредственном конTaKje с оптически неоднородной смесью. Для упрощения конструкщга и уменьшения теплоемкости многослойного элементна, рассеивающий слой вьшолнен от ражающим и расположен между световодным и защитным слоями. Для ослабления взаимного влияния световых потоков, излучаемых различными участками термочувствительного элемента, световодный слой выполнен из параллельно расположенных волоконных све 8 584 товодов, разделенных светоизолирующими прослойками. На фиг, 1 доказано конструктивное выполнение устройства для измерения температуры и функциональные узлы обеспечивающие его работоспособность; на фиг, 2 - конструктивное выполнение све- товодного слоя многослойного элемента. Конструкция устройства, включает . в себя термочувствительный элемент 1, вьшолненный в виде прозрачной кюветы 2, заполненной оптически неоднородной смесью органической жидкости 3 и стеклянного порощка 4,-многослойный элемент 5, расположенный между термочувствительным элементом 1 и исследуемым объектом 6 и соединенный с возбудителем 7 излучения. Многослойный элемент 5 вьшолнен в виде структуры диэлектрических пленок из материалов с различными показателями преломления, содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начиная от границы с термочувствитеяьным элементом 1, согласующий 8, рассеивающий 9, световодный 10, отражающий 11, защитны 12 слои, Световодный слой 10 выполнен в виде диэлектрической пленки из материала с больщим (порядка 1,6-1,8) показателем преломления, например изтяжелого флинта. Рассеивающий слой 9 вьшолнен, например, в виде диэлектрической, пленки с матированной поверхностью, полученной-в результате ионной бомбардировки или рбрабо-гаи абразивным порошком и обладающей в результате этого периодической неоднородностью оптическ11х характеристик. Согласующий (просветляющий) слой 8 выполнен в виде группы диэлектрических пленок из материалов, величины показателей преломления которых последовательно изменяются от величины показателя преломления рассеивающего слоя 9 до величины показателя преломления оптически неоднородной смеси, с которой согласующий слой 8 находится в непосредственном контакте. Отражающий слой 11 выполнен в виде группы чередующихся между собой диэлектрических пленок из материалов с большим и малым показателями преломпения. Защитный слой 12 выполнен в виде диэлектрической пленки из материала, обладающего высокой механической npo4i ностью, например из полиэтилентерефта- пата, Многослойный элемент. 5 входным кон цом оптически связан с возбудителем 7 излучения, выполненным в виде осветителя, содержащего источник 13 света, например, стабильную спектрометрическую лампу, инфракрасный фильтр 14 и узеп 15 оптической связи, например, в виде набора световодных волокон 16, На противоположный конец многослойного элемента 5 нанесено отражающее покрытие 17 в виде диэлектрической пле ки с малым показателем преломления (порядка 1,1-1,3), Световодный слой 10 многослойного .элемента 5 (фиг, 2) вьтолнен из параллельно расположенных волоконных световодов 18, разделенных светоизолирукяци- ми прслойками 19, показатель преломпе- ния которых меньше показателя преломле ния волоконных световодов 18, Устройство работает следующим образом. Световой поток от источника 13 света через 1шфрак расный фильтр 14, где тепловая составляющая спектра световог потока отфильтровывается и не оказьшает влияния на точность измерения температуры, поступает на оптический узел 15 связи и по световодным волокнам 16 поступает в световодный слой Ю многослойного элемента 5, Распространяясь с световодном слое. 10,световой поток, последовательно отражаясь от диэлектрического зеркала 11 и рассеивающего слоя 9, проходит. через рассеивающий слой 9 и согласующий слой 8 в направлении термочувствительното элемента 1. Необходимая эффективность вьтода света из световодного слоя 1О достигается подбором параметров оптической неоднородности рассеивающего слоя 9. Диэлектрическое зеркало 11 обеспечивает создание оптимальных условий для распространения светового потока, по световодному слою Юн для повышения эффективности освещения, так как отражает свет, рассеянный слоем 9, в направлении исследуемого объекта 6, Защитный слой 12 обеспеч1шает заидату многослойного элемента 5 от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Согласующий слой 8 обеспечивает эффективный ввод светового потока, рассе янного на неоднородностях рассеивающего слоя 9, в Оптически неоднородную смесь Оптически неоднородная смесь, заполняющая кювету 2 термочувствительного элемента 1, рассеивает свет во всем спектральном диапазоне, в котором показатели преломления стекла 4 и жидкости 3 отличаются между собой, в беспрепятственно пропускает свет той длины волны, для которой показатели преломления компонентов смеси совпадают при данной температуре. При изменении температуры полоса пропускания оптически неоднородной смеси смещается по спектру, что приводит к изменению цвета термочувствительного элемента 1, По изменению цвета термочувствительного элемента 1 можно однозначно судить о температуре исследуемого объекта 6, Особенностью конструктивного вьшол- нения термочувствительного элемента 1 является то, что согласующий слой 8 многослойного элемента 5, плотно прилегак щий к срезу кюветы 2 и закрепленный на ней, непосредственно конт 1ктйрует с оптически неоднородной смесью. За счет этого снижена тепловая инерционность термочувствительного элемента 1, Конструкция многослойного элемента 5 упрощается за счет исключения из его состава отражающего слоя 11 и помеще- ния на его место (т, е между световодным 1О и защитным 12 слоями) рассеивающего слоя 9, Он совмещает в себе функции отражающего 11 и рассеивающего 9 слоев, тем самым у.леньщается его толщина и, соответственно, теплоемкость. Конструкция световодного слоя 10 обеспечивает возможность построчного сканирования светового луча путем последовательного освещения отдельных волоконньрс световодов 18, чем ослабляется взаимное влияние световых потоков, излучаемых различными участками Tei мочувствитеяьного элемента 1, Построчное сканирование светового луча позволяет применять предлагаемое устройство в тех случаях, когда в качестве вторичной измерительной аппаратуры используются приборы с построчным съемом информации. Это расщиряет область применения устройства ввиду возможности его использования для измерения локальных температур, визуализации тепловых полей объектов и для регистрации распределения температур по поверхности объектов. Таким образом, предложенное ус- ройстБо, обеспечивает большую точность