Устройство для измерения температуры перегрева Советский патент 1982 года по МПК G01K11/12 G01N21/25 

(Б) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕВА

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для изме рения температуры перегрева с помощью жидких кристаллов, и может быть использовано для дистанционного измерения локальных температур и температурных полей радио- и электрюаппаратуры, работающей в сложных условиях, например под высоким электри ческим потенциалом или в полях СВЧ, а также труднодоступных деталей и сред. Известны устройства для измерения температуры, содержащие термохромный индикатор, оптиковолоконные передающие и приемные каналы, фотоприемник и источник светового излучения. Прин цип действия таких устройств состоит в изменении спектра отражения термохромного индикатора в зависимости от температуры П Т Недостатком таких устройств является низкая точность измерения температуры, обусловленная нестабильностью фотоприемника. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры перегрева, включающее термохромный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения и с регистратором, содержащим фотоприемник и блок регистрации 2j, . Недостатком устройства является низкая точность измерения температуры обусловленная малым разрешением в области максимумов спектра отражения жидкокристаллического вещества при изменении температуры, а также неравномерностью спектральной характеристики фотоприемника. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Эта цель достигается тем, что в устройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блок запоминания и сравнения, счетчик, упраэляемый источник напряжения логический блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромный индикатор оптически связанный с источником светового излучения через дефлектор а через спектроскоп - с фотоприемНИКОМ, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока че рез компаратор, блок запоминания и сравнения, счетчик, аналоговый комм татор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника, а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового ком мутатора, блока запоминания и срав(чения, счетчика и управляемого источника напряжения, выход которого соединен с входами нагревательного элемента и регистрирующего блока. На чертеже приведена схема выполнения устройства для измерения температуры. Схема включает в себя термохромные индикаторы 1 температуры, выполненные на основежидкокристаллического вещества и находящиеся в тепловом .контакте с объектом 2 контроля, тепловой эталон 3, управляемый источник k напряжения, оптические передающие каналы 5, дефлектор 6, осветитель 7 оптический приемный канал 8, спектроскоп 9, многоэлементный фотоприемник 10, коммутатор 11, логический блок 12, счетчик 13, компаратор И, блок 15 запоминания и сравнейия, регистрирующий блок 1б. При этом в качестве теплового эт лона 3 используют резистор, подключенный к управляемому источнику k напряжения. Температура теплового эталона 3 определяется напряжением управляемого источника Ц напряжения Термохромный индикатор 1 посредством передающего оптического канала 5 связан через дефлектор 6 с осветителем 7, а посредством приемного оптического канал 8 через спек троскоп 9 - с многоэлементным фотоприемником 10. Спектроскоп 9 выполнен а виде дифракционной решетки. Оптические каналы 5 и 8 представ ляют собой жгуты оптического волокна , каждый из которых имеет два оп. тически независимых входа и два оптически независимых выхода, путем разделения обоих жгутов оптических вотюкон на две части со сторюиы вхо да и на две части со стороны выхода . Одна часть оптических волокон, образующих передающий оптический канал 5, со стороны входа расположена вблизи дефлектора 6 таким образом, что дефлектор 6 в первом рабочем положении связывает их с осветителем 7, а со стороны выхода - вблизи, участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля. Вторая часть оптических волокон, образующих пе редающий оптический канал 5, со стороны входа также расположена вблизи дефлектора 6, а именно таким образом, что дефлектор 6, находясь во втором рабочем положении, связывает их с осветителем 7. Со стороны выхода вторая часть оптических воло.кон передающего оптического канала 5 расположена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3Первая часть оптических волокон приемного оптического канала 8, со стороны входа размещена вблизи участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с объектом 2 контроля, а со стороны выхода - через спектроскоп 9 оптически связана с многоэлементным фотоприемником 10. Вторая часть оптических волокон приемного оптического канала 8 со стороны входа расположена вблизи участка термохромного индикатора 1 , находящегося в тепловом контак,те с тепловым эталоном 3, а со стороны выхода через спектроскоп.9 оптически связана с многоэлементным фртоприемником 10. В качестве осветителя 7 может . быть использован любой источник белого света в спектре рассеяния 00-700 нм термохромного индикатора 1, близкой к равномерной. Многоэлементный фотоприемник 10 так расположен относительно спектроскопа 9, что на каждый элемент фотоприемника 10 проецируется определенный участок спектра. Кроме того, каждый элемент многоэлементного фотоприемника 10 электрически связан с одним из коммутируемых входов аналогового коммутатора 11, Управляющий вход коммутатора 11 связан с счетчиком 13, а разрешающий - с логическим блоком 12. Выход аналогового ком5мутатора 11 связан с входом компара тора Т, выход которого соединен с логическим блоком 12. Логический блок 1,2, кроме того, связан с счетчиком 13 блоком 15 запоминания и сравнения, дефлектором 6 и входом регулируемого источника напряжения, с. которым непосредственно связан регистрирующий блок 16 для фиксации измерительных значений температуры. Устройство для измерения темпера туры перегрева работает следующим образом. В начальный, момент времени дефле тор 6 находится в первом рабочем положении и световой поток от осветителя 7 по передающему оптическому каналу 5 попадает на участок термохромного индикатора 1, находящийся в тепловом ,контакте с объектом 2 ко троля. Отраженный от термохромного индикатора 1 световой поток по приемному каналу 8 подается на спектро скоп 9, причем спектральная характе ристика отраженного потока зависит от температуры участка термохромного индикатора 1, находящегося в теп ловом контакте с объектом 2 контроля, т.е. от температуры объекта 2 контроля. Спектроскоп 9 разлагает световой поток в спектр и подает на многозлементный фотоприемник 10.Каж дый элемент фотоприемника 10 воспри нимает свой определенный участок . спектра, причем первый элемент воспринимает участок спектра в области коротких волн, и выходные напряжения этих элементов определяются интенсивностями соответствующих спектральных составляющих отраженного светового потока. Напряжения с элементов фотоприемника 10 поступают соответственно на коммутируемые входы аналогового коммутатора 11. В коммутаторе 11 ос ществляется соединение одного из ко мутируемых входов с выходом, причем номер соединяемого входа соответствует коду счетчика 13 поступающему на управляющий вход аналогового ком мутатора 11. В исходном состоянии счетчик 13 содержит код первого вхо да аналогового коммутатора 11, соот ветственно первого элемента фотоприемника 10. Увеличение содержимого сметчика 13 на единицу соответствуе подключению следующего элемента фотоприемника 10. По внешнему сигналу Начало измерения поступающему на вход логического блока 12, последний выдает на разрешающий вход аналогового коммутатора 11 сигнал Разрешение коммутации и напряжение от первого элемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступает на вход компаратора . В компараторе I напряжение от первого элемента фотоприем ника 10, соответствующее интенсивнойти спектральной составляющей отраженного света в области коротких волн, сравнивается с опорным напряжением, соответствующим уровню интенсивности светового потока, на котором анализируется ширина спектра отраженного светового потока. Если напряжение от первого элемента фотоприемника 10 меньше опорного напряжения компаратора 1, то с компаратора 14 на логический блок Л2импульс не поступает, последний выдает импульс на вход счетчика 13 содержимое счетчика 13 увеличивается на единицу. В результате к выходу аналогового коммутатора 11 подключается следующий коммутирующий вход и соответственно на вход компаратора 14 поступает напряжение от следующего элемента фотоприемника 10, соответствующее интенсивности спзктральной составляющей отраженного светового потока в области более длинных волн. Процесс поочередного подключения элементов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор 11 к компаратору 1 продолжается до тех пор, пока напряжение от очередного элемента „фотоприемника 10 не превысит опорное напряжение компаратора I. 8 этом случае с выхода компаратора Т на логический блок 12 поступает сигнал по которому логический блок I2 выдает команду в блок 15 запоминания и сравнения на запоминание кода счетчика 13, соответствующего номеру элемента фотоприемника 10 (соответственно определенному участку спектра отраженного светового потока, напряжение которого превысило опорное напряжение компаратора Н. Таким образом, запоминается нижняя граница спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности отраженного светового потока.; Процесс подключения следующих элементов фотоприемника 10 через аналоговый коммутатор 11 к компаратору И 79 продолжается до тех пор, пока напря жение от очередного элементафотоприемника 10 не понизится ниже опор ного напряжения компаратора I, Как только это произойдет, с компаратора 14 на логический блок 12 сигнал не поступает, логический блок 12 снимает с разрешающего входа аналогового коммутатора 11 сигнал Разрешение коммутации, выдает команду в блок 15 запоминания и сравнения на запоминание кода счетчика 13, со ответствующего номеру элемента фотоприемника 10, напряжение которого ниже опорного напряжения компаратора Т, Таким образом, запоминается верхняя граница спектра рассеяния. После запоминания границ спектра с логического блока 12 поступает сигнал на вход счетчика 13 и на уп равляющий вход дефлектора 6. По этому сигналу счетчик 13 возвращается в исходное состояние, т.е. он содержит код, соответствующий перво му входу аналогового коммутатора 11 соответственно первому элементу фотоприемника 10, а дефлектор 6 переходит во второе рабочее состояние. При этом световой поток от осветителя 7 по передающему оптическому каналу 5 попадает на участок термохромного индикатора 1, находящийся в тепловом контакте с тепловым эталоном. Тепловой эталон 3 в это время имеет температуру окружающей среды. Отраженный световой поток по приемному каналу 8 через спектроскоп 9 попадает на многоэлементный фотоприемник 10. Так как сметчик 13 находится в исходном состоянии, то в аналоговом коммутаторе 11 к коммутации подготовлен первый коммутируемый вход коммутатора 11. По разрешающему сигналу от логическогр блока 12 происходит коммутация первого входа коммутатора 11 и напряже ние от первого элемента фотоприемника 10 через коммутатор 11 поступа ет на вход компаратора 1. Аналогич но предыдущему определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на выбранном уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные гра -ницы сравниваются с ссютветствуЮ1цим границами, ранее определенными для светового потокаJ. отраженного от участка термохромного индикатора 1 находящегося в тепловом к.онтроле с объектом 2 контроля и определяются разницы кодов соответственно нижних и верхних границ. Если совпадения с точностью до единицы разницы кодов соответственно нижних и верхних границ не произошло, то из логического блока 12 на управляющий вход управляемого источника напряжения поступает си1- нал Разрешение приращения и выходное напряжение источника k напряжения, а соответственно и температура теплового эталона, увеличиваются на некоторую величину. Для новой температуры теплового эталона 3 вновь определяются нижняя и верхняя границы спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности светового потока, отраженного от участка термохромного индикатора 1, находящегося в тепловом контакте с тепловым эталоном 3. В блоке 15 запоминания и сравнения найденные границы вновь сравниваются с соответствующими, границами, определенными для объекта 2 контроля. Процесс повторяется до тех пор, пока в блоке 15 запоминания и сравнения не произойдет такого соотношения кодов соответственно нижних И верхних границ спектра рассеяния, при котором разница кодов не будет превышать единицы. Как только это происходит и ошибка сводите к минимуму за счет симметризации спектра, с блока 15 запоминания и сравнения на логический блок 12 поступает сигнал, по которому логический блок 12 выдает сигнал Конец измерения и прекращает подачу сигнала Разрешение приращения на управляющий вход управляемого источника k напряжения. Связанный с источником Ц напряжения регистрирующий блок 6 дает при этом информацию не только о температуре теплового эталона 3, но и о равной ей температуре объекта 2 контроля. То обстоятельство, что в предлагаемом устройстве для измерения температуры перегрева измерению подлежит не положение максимума интенсивности отраженного светового потока, а ширина спектра рассеяния на некотором уровне интенсивности, позволило избавиться от ошибки, связанной 99 с разрешением в области максимума. Кроме того, в предлагаемом устройстве температура перегрева объекта контроля оценивается по напряжению управляемого источника напряжения, определяющегося температуру теплового эталона в момент совпадения спектров рассеяния, вызванных на термохромном индикаторе объектом контроля и тепловым эталоном, что исключило погрешность измерения, св занную в известном устройстве с неравномерностью собственной спектрал ной характеристики фотоприемника.. Изобретение обеспечивает большую точность измерения температуры. Формула изобретения Устройство для измерения темпера туры перегрева, включающее термохро ный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения и с регистратором, содержащим фотопрй емник и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в устройство введены аналоговый коммутатор, компаратор, блок запоминания и сравнения, счетчик, управляемый источник напряжения, логический блок, дефлектор, спектроскоп и дополнительный термохромный индикатор, оптически связанный с источником светового излучения через дефлектор, а через спектроскоп с фотоприемником, выполненным многоэлементным, при этом входы логического блока через компаратор, блок запоминания и сравнения, счетчик, аналоговый коммутатор соединены с выходами многоэлементного фотоприемника , а его выходы соединены соответственно с входами дефлектора, аналогового коммутатора, блока запоминания и сравнения, счетчика и управляемого источника напряжения, выход которого соединен с входами нагревательного элемента и регистрирующего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 4016761, кл. G 01 К 11/12, 1977. 2.Патент ГДР № , кл. G 01 К 11/12, 1976 (прототип).