Устройство для измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K11/12 G01K11/00 G01N21/43 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для контроля температурй при наличии в измеряемой области НЧ-, ВЧ- или СВЧ-электромагнитных полей.

Известно устройство для измерения температуры, работа которого 6с-. нована на использовании магнитооптического эффекта Керра. Температура объекта, измеряемая с помощью та- кого устройства, определяется величиной угла вращения плоскости поляризации света, отраженного от намагниченного материала магнитопровода размещенного на контролируемом обьт акте 1.

Наличие в указанном устройстве проводящих и магнитных материалов делает его чувствительным к электромагнитным ВЧ-, СВЧ- и НЧ-полям и к постоянному магнитному полю, что уменьшает точность измереьА1я.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержа щее источник плоскополяризованнога света, фотоэлектрический измерительный блок, состоящий из компенсатора.

модулятора, анализатора и фотоприемника, и расположенный между источНИКОМ света и измерительным блоком термочувствительный элемент, выпол-. ненный из одноосного кристалла, вырезанного параллельно главной оптической оси с ориентацией главных направлений кристалла под углом 45 к плоскости поляризации падающего света и главным направлениям компенсатора фотоэлектрического блока.

Работа указанного устройства ос нована на использовании зависимости двулучепреломпения одноосного кристалла от температуры.При прохождении через одноосный кристалл плоскополяризованный свет преобразуется в эллиптический поляризованный.Эллиптичность прошедшего через кристалл света, однозначно связанная с его температурой, измеряется компенсатором и преобразуется в электрический сигнал фотоприемника 2,

Недостатком данного устройства является необходимость точной ориентировки термочувствительного кристалла относительно осей компенсатора и источника плоскополяризованного све.та, 4Tq усложняет измерение температуры и значительно снижает точность измерения в условиях вибрации. При Изменении температуры объекта разни ца в тепловом расширении термочувс вительного кристалла и элементов е крепления может привести к нарушению точной рриентировки кристалла, что увеличивает погрешность измере температуры. Кроме того, наличие двух подвиж ных элементов - компенсатора и ана лизатора, в измерительной системе усложняет устройство. Цель изобретения - повьпцение точ ности измерения в условиях электромагнитных полей и вибрации, а также увеличение чувствительности при одновременном упрощении конструкции устройства. Указанная цель, достигается тем. что в устройстве для измерения тем-пературн, содержащем источник плоск поляризованного света, монокристаллический термочувствительный элемен и фотоэлектрический измерительный блок, термочувствительный элемент выполнен из оптически активного кри талла дифосфида или дифосфада кадмия. Оптическая активность кристаллов дифосфида цинка ZnP или дифосфида кадмия CdPj проявляется при прохожДании света вдоль главной оптической оси кристалла и любые сдвиги термочувствительного элемента вокруг ости не влияют на угол поворота плоскости поляризации проходящего света. Это упрощает юстиров-ку устройства, повышает его устойчивость к вибрациям и сдвигам, обусловленным, например разницей в термическом расширении деталей держателя термочувствительного эпемеята, В данном устройстве свет, после прохождения дерев термочувствительный кристалл, изменяет плоскость своей поляризации, но остается при этом плоскополяризованным, поэтому отпадает необходимость в компенсаторе, преобразующем эллиптически поляризованный свет в плоскополяризованный, 4fo упрощает конструкцию устройства, уменьшает число под вижных деталей в нем и тем самым по вышает его надежность. При большом удельном сопротивлен (Ю Ом/см) термочувствительная пластина из ZnP или CdPj не будет нагреваться ВЧ- и СВЧ-полем, что позволяет использовать данное устройство для измерения температуры в зоне действия этих полей,а отсутствие подводящих проводов делает его устойчивым к низкочастотным электро магнитным наводкам и тем самым позволяет использовать устройство для измерения температуры токоведущих частей электрических машин. На чертеже приведена схема устройства для измерения температуры. Устройство содержит источник: плоскополяризованного света 1, например лазер, термочувствительный элемент 2, представляющий собой расположенную в зоне измерения кристаллическую пластинку, оптическая активность которой изменяется с температурой и фоточувствительный измерительный блок, состоящий из анализатора 3 и фотоприемника 4. Работа устройства основана на свойстве оптически активных кристаллов ZnPj и CdP менять свою оптическую активность с изменением температуры, причем зависимость вращательной способности плоскости поляризации от температуры является линейной. При прохождении плоскополяризованного света через термочувствительный элемент 2, расположения в зоне изменения температуры, свет изменяет плоскость своей поляризации на некоторый угол относительно первоначального азимута. Величина вращения плоскости поляризаций связана с температурой термочувствительного элемента следующим соотношением: +)3T)-S; где АО удельная оптическая активность вещества при -С- толщина пластинки термочувствительного элемента; |3- температурный коэффициент оптической активности; Ж - температура, С. Угол поворота плоскости поляризации измеряется фотоэлектрическим блоком, проградуированным по температуре. Величина |3 дифосфида цинка составляет 2, 3 см К для света волны 600 нМ в Температурном интервале 300-700 К; величина Э лля дифосфида кадмия - 5.74 .нля света с длиной волны 612 НМ в температурном интервале 300-500 К, Температурный диапазон измерения, практически неограниченный в области низких температур, в области высоких температур ограничен точкой испарения для CdP, и температурой 575 К для ZnPa. Выполне|ние в .данном устройстве термочувс11вительног.о элемента из оптически активных кристаллов позволяет использовать, изобретение при измерениях температуры с высокой точностью в условиях ВЧ-, СВЧ- и НЧэлектромагнитных полей и вибрации, ля контроля темпёратуры живых ткаей при лечений опухолей СВЧ-прогрёвом, для измерений в объемах, где атруднен или нежелателен вывод элекрических П1ЭОВОДОВ, например, в вауумных камерах.

Чувствительность .предлагаемого устройства благодаря применению оп тически активных кристаллов с большим термическим коэффициентом удельной оптической активности повышаетсй до 1СГЧ С.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее источник плоскополяризованного света, монокристаллический термочувствительный элемент и фотоэлектрический измерительный

блок, отличающееся тем, что, с целью повышений точности измерения в условиях электромагнитных полей и вибрации, в нем термочувствительный элемент выполнен изоптически активного кристалла дифосфида цинка или дифосфида кадмия.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 608064, КЛ.G 01 К 13/08, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР MS 499508, КЛ. G 01 К 11/00, 1973.

Г

о h

L..I

-