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

Изобретение относится к теплотех ническим измерениям и предназначено, главным образом, для измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей, например, в труднодоступных участках силовых трансформаторов, электродви гателей и других электрических маши и аппаратов. Известно устройство для измерения температуры, содержащее источни света и фотоприемник, подключенные через волоконные световоды к термочувствительному элементу, выполненному в виде полупроводниковой пластины, прикрепленной одной сторо ной к торцу световодов, на другой стороне которой укреплена стеклянная поворотная призма с отражающим покрытием 1 . Такое устройство обладает низкой точностью измерения температуры вследствие нестабильности источника света и всего оптического тракта передачи информации. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для дистанционного измерения температуры, содержащее источник света с блоком регулировки, два фотоприемника, подключенные через двухканальную электронно-измерительную схему к регистратору и управляющему входу блока регулировки, и термочувствительный элемент, соединенный световодами с источником света и фотоприемниками, и выполненный в виде полупроводниковой пластины, размещенной на части основания стеклянной поворотной призмы, на другой части которого расположена стеклянная пластина t2. Однако данное устройство не обладает высокой точностью измерения температуры, особенно в процессе длительных и непрерывных измерений, что обусловлено целым рядом факторов.

Изменения спектрального состава светового потока источника света (например, сдвиг максимума спектра излумения светодиода) при изменениях температуры окружакхцей среды в процессе естественного старения, а также при изменении тока, через источник света сказываются на сигналах измерительного и опорного каналов по-разному, так как в измерительном канале спектр излучения источника света ограничен краем полосы поглощения пластины полупроводника датчика температуры, а в опорном канале не ограничен.

Малый диапазон регулировки мощности источника света изменением тока через него так же является существенным недостатком известного устройства с. Например, для светодиода АЛ 108А по паспорту максимальный постоянный ток оставляет 100 мА. Изменения же светопропускания оптического тракта передачи на практике оказываются столь значительным, что происходит перегрузка источника света и быстрый выход его из строя. Тем же недостатком обладают и широкополосные источники света, например лампы накаливания.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры в условиях длительной эксплуатации устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство введен отрезающий светофильт, установленный между фо-. топриемником, включенным в канал управления источником света электронноизмерительной схемы, и торцом световода, соединенного со стеклянной пластиной

(1ричем источник света с блоком регулировки содержит светодиод, подключенный к выходу управляемого генератора импульсов, а оба канала электронно-измерительной схемы содержат последовательно соединенные усилител и интегрируюсчий операционный преобразователь«

Кроме того, электронно-измерительная схема снабжена блоком термостатирования с датчиком температуры, подключенным в ЦЕПЬ регулировки коэффициента усиленигС одного из усилителей

Установка отрезающего светофильтра меиаду фотоприемником канала управления источником света (опорном канале) и торцом световода, соединенного со стеклянной пластиной датчика, устраняет погрешность измерения, вызванную изменениями спектра излучения источника света, так как при

наличии этой пластины изменения в спектре источника света (например, сдвиг максимума спектра излучения светодиода) оказываются идентично как в измерительном, так и в опорном

каналах.

Введенный в устройство управляемый генератор импульсов с регули-г ровкой либо частоты его импульсов при заданных их длительности и амплитуде, либо с регулировкой амплитуды импульсов при заданных их длительности и частоте, позволяет значительно расширить пределы регулировки изменения светопропускания оптическоQ го тракта передачи информации, так как максимальный импульсйый ток светодиодов много больше максимального постоянного тока.

На чертеже приведена схема уст5 роиствао

Устройство содержит светодиод 1, подключенный к выходу управляемого генератора 2 импульсов и соединенный световодом 3 с полупроводниковой k и стеклянной 5 пластинами, которые размещены на основании стеклянной поворотной призмы 6 и соединены световодами 7 и 8 с фотоприемниками 9 и 10, отрезающий светофильтр 18, установленный между торцом световода 8 и фотоприемником 10, двухканальную электронно-измерительную схему в составе последовательно соединенных усилителей 11 и 12 и интегрирующих операционных преобразователей 13 и Т и блока 15 термостатирования с датчиком 16 температуры и регистратор 17

Устройство работает следующим образом.

Импульсы светового потока от источника 1 света через световод 3 поступают к полупроводниковой k и стеклянной 5 пластинам и далее через поворотную стеклянную призму 6, вновь пройдя полупроводниковую А и стеклянную 5 пластины, выходят по световодам 7 и 8, Импульсный световой поток, вышедший из световода 5 8, соединенного со стеклянной пластиной 5, проходит светофильтр 18 и поступает на фотоприемник 10. Импульсный световой поток, вышедший из световода 7, присоединенного к полупроводниковой пластине , посту пает непосредственно на фотоприемник 9. Пропорциональные этим световым потокам электрические импульс на выходе фотоприемников 9 и 10 уси ливаются усилителями 11 и 12, а затем преобразуются в постоянные напряжения интеграторами 13 и И, при чем на выходе интегратора 14 присутствует постоянное напряжение, не зависящее от измеряемой температуры, но зависящее от различных дестабилизирующих факторов, а на выходе интегратора 13 присутствует постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, которое поступает на регистрирующий прибор 17. Выходной сигнал интегратора If поступает на управляющий вход генератора 2, при этом стабили зация измерительного сигнала за сче компенсации дестабилизирующих факторов может быть осуществлена следующими методами: регулировкой частоты импульсов генератора 2, а зна чит частоты включений источника 1 света, при заданных длительности и амплитуде этих импульсов (например, частотно-импульсная модуляция); регулировкой длительности импульсов генератора 2 (источника 1 света) пр заданных частоте и амплитуде этих импульсов (например, широтно-импуль ная модуляция) и регулировкой ампли туды импульсов генератора 2 {источника 1,света) при заданных частоте; и длительности этих импульсов (н пример, амплитудно-импульсная модуляция) . Так как постоянное напряжение на выхрде интегратора в определенных пределах пропорционально частоте, длительности и амплитуде импульсов, приходящих на его вход, то стабилизация измерительного сигнала осуществима в предлагаемом устройстве любым из этих методов,причем в широких пределах. Изменения спектрального состава источника света (например, сдвиг максимума спектра излучения светодиода), возникающие в результате естественного старения источника св та, а также в результате изменений электрического -сигнала через него, также как и изменения светопропускания оптического канала передачи, благодаря наличию в опорном канале 6 отрезающего светофильтра 18, влияют на измерительный и опорный сигналы в равной степени и компенсируются одной из указанных регулировок импульсов генератора 2а Отражающий светофильтр 18 для достижения высокой точности измерения может быть выполнен в виде полупроводниковой пластины, аналогично полупроводниковой пластине термочувствительного элемента. Для снижения влияния изменения температуры окружающей среды источник 1 света, фотоприемники 9 и 10, светофильтр 18 и узлы электронноизмерительной схемы могут быть размещены в теплоизолирующем корпусе 19 постоянство температуры внутри которого обеспечивается блоком 15 термостатирования. При этом выходной сигнал датчика 16 температуры поступает также на вход регулировки коэффициента усиления одного из усилителей, например 11, чем обеспечивается компенсация малых изменений температуры внутри корпуса 19. Для обеспечения надежнойзащиты световодов при длительной эксплуатации они могут быть помещены в чехол из фторопластовой пленки 20. Предлагаемое устройство обеспечивает точность измерения температуры не менее ±1,5 при непрерывном решений работы 1 год. Это позволяет создать оптимальный режим работы силовых трансформаторов, так как точный и непрерывный контроль температуры опасной зоны позволяет эксплуатировать тр ансформаторы с повышенной нагрузочной мощностью, а также повзоляет вводить оптимальные конструктивные решения в трансформаторе и экономить дорогостоящие материалы, что приводит к соответствующему экономическому эффекту . Формула изобретения 1. Устройство для дистанционного измерения температуры, содержащее источник света с блоком регулировки, два фотоприемника, подключенные через двухканальную электронно-измерительную схему к регистратору и управляющему входу блока регулировки, и термочувствительный элемент, соединенный световодами с источником света и фотоприемниками, и выполненный в виде полупроводниковой пластины, размещенной на части основания стеклянной поворотной приз мы, на другой части которого расположена стеклянная пластина, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях длительной эксплуатации, в него введен отрезающий светофильтр установленный между фотоприемником, включенным в канал управления источником света электронно-измерительной схемы, и торцом световода, соединенного со стеклянной пластиной.

2. Устройство по п. 1, отличающийся тем, что источник света с блоком регулировки содержит светодиод, подключенный к выходу управляемого генератора импульсов, а

5(828

оба канала электронно-измерительной схемы содержат последовательно соединенные .усилитель и интегрирующий операционный преобразователь. -5 3. Устройство по пПо 1 и 2, отличающееся тем, что двухканальная электронно-измерительная схема снабжена блоком термостатирования с датчиком температуры, подключенным в цепь регулировки коэффициента усиления одного из усилителей.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 669221, кл. G 01 К 11/12, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2793296/18-10,

кл„ G 01 К 11/12, .07.79.

13

X

20

X

го