SU859838A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к термомет-рии . Известно устройство дл  измерени  температуры, содержащее источник светового излучени , соединенный световодом с фотоприемником, термочувствительный элемент СО Однако известное устройство не обладает требуемой чувствительностью из-за больших потерь излучени  внутри термочувствительного элемента, а . также из-за того, что свет в нем распростран етс  расход щимс  пучком Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  температуры содержащее источник светового излучени , соединенный волоконным световодом с фотоприемником, термочувствитег льный элемент ГзЗ . Устройство обладает более высокой чувствительностью, однако она  вл етс  недостаточной из-за потерь светового излучени  в полупроводниковом термочувствительном элементе, который повьшает и инерционность устройства. Цель изобретени  - повышение чувствительности при одновременном сни - жении инерционности устройства. Дл  достижени  цели термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один.изгиб с радиусом кривизны R, определ емым соотношением « .и 2-- Р (1) где Пд - показатель преломлени  материала сердцевины световода; ГЦ - показатель преломлени  материала оболочки световода; Р - радиус кривизны сердцевины световода; г - внешний радиус кривизны оболочки световода. На внешнюю поверхность изогнутого частка световода нанесено покрытие, ыполненное из материала, показатель прелог1лени  которого мен етс  от тем пературы. Дл  низкотемпературного диапазона в качестве материала покрыти  световода используетс  силиконова  резина а дл  высокотемпературного - пленка хлористого натри . Изогнутый участок световода выпол нен в виде спирали. На фиг. 1 изображено схематически устройство, общий вид; на фиг. 2 термочувствительный участок световод на фиг. 3 - термочувствительный элемент; на фиг. 4 - зависимость выходного сигнала устройства от температу ры измер емого объема. Устройство содержит источник J св тового излучени , фотоприемник 2, ос ветительный 3 и измерительный 4 уча ки световода, термочувствительный элемент 5, вьтолненный в виде изогнутого участка световода, покрытие 6, выполненное из материала, показатель преломлени  которого сильно зависит от температуры, сердцевину 7 волоконного световода, оболочку На фиг. 4 представлены экспериментальные зависимости выходного сигнала устройства от температуры измер емого объекта, например керосина , дл  различных радиусов изгиба термочувствительного элемента, выполненного в виде изогнутого учас ка световода. Устройство работает следующим образом. Световое излучение от источника 1 поступает в осветительный участок 3 световода из оптического волокна с сердцевиной 7 и оболочкой 8 и рас простран етс  преимущественно по сердцевине 7 за счет  влени  полног внутреннего отражени  на границе сердцевина-оболочка. На участке 5 с изгибом, радиус R которого удов летвор ет указанному выше соотношению , световое излучение выходит из сердцевины 7 и распростран етс  по .оболочке 8. В оболочке 8 световое излучение распростран етс  веером лучей, пада щих на границу оболочка 8 - внешн   среда 9 (фиг. 2), в некотором диапа зоне углов. Те лучи, которые падают на указанную границу под углом, меньшим угла полного внутреннего отражени  дл  данной внешней среды и при данной температуре, выход т из оболочки 8 во внешнюю среду 9. 4 Остальные лучи, отразившись на границе раздела оболочка - внешн   среда, в силу симметрии световода и принципа обратимости светового луча, возвращаютс  назад в сердцевину 7 и распростран ютс  по измерительному участку 4 (фиг. 1 и 3) волоконного световода к фоТоприемнику 2. Если температура внешней среды 9 измен етс , например повьниаетс , то измен етс  показатель преломлени  внешней среды 9. Повьшшние температуры чаще всего приводит к уменьшению показател  преломлени  внешней среды 9. Такое уменьшение показател  преломлени  измен ет величину угла полного внутреннего отражени . При этом часть лучей, которые выход т из оболочки 8 во внешнюю среду 9, отражаютс  от указанной границы раздела и возвращаютс  в сердцевину на измерительном участке 5 волоконного световода. Это увеличивает световой поток, падающий на фотоприемник 2, т.е. увеличиваетс  сигнал поступающий с ус1ройства. Если температура внешней среды уменьшаетс , это приводит к увеличению - внешн   среда и, следовательно , к выходу во внешнюю среду части излучени , ранее остававшеес  в световоде. Таким образом, световое излучение, падающее на фотоприемник , уменьшаетс , пропорционально ему уменьшаетс  и сигнал устройства дл  измерени  температуры. Мен   радиус R изгиба участка 5 волоконного световода, при условии выполнени  соотношени  (1), можно измен ть диапазон углов падени  на границу раздела оболочка - внешн   среда тех лучей, которые распростран ютс  в оболочке 8, И, следовательно , мен ть диапазон измерени  температуры в конкретной внешней среде 9. Так как дл  измерени  температуры используетс  физическое свойство (показатель преломлени ) тела, температура Которого измер етс , то не требуетс  дополнительного времени дл  того, чтобы термометр пришел в тепловое равновесие с внешней средой 9. Дл  измерени  температуры жидких и газообразных веществ, показатель преломлени  которых в данном интервале температур мен етс  с изменением температуры незначительно, а также

дл  измерени  температуры твердых тел, поверхность изогнутого участка 5 световода покрыта материгшом 6 (фиг. 1) с показателем преломлени , сильно мен ющимс  в зависимости от температуры в измер емом интервале температур. В качестве материала покрыти  используютс  различные марки силиконовой резины дл  температурного диапазона -60 - +150 С, и дл  высокотемпературного 700-80(ГС пленка хлористого натри .

Дл  измерени  температур| 1 веществ показатель преломлени  которых мал (близок к l) термочувствительный участок световода выполн етс  в виде спирали (фиг. 3). В этом случае устройство работает аналогично описанному .

Claims (4)

1. Устройство дл  измерени  температуры , содержащее источник светового излучени , соединенный волоконным световодом с фотоприемником и термочувствительный элемент, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности при одновременном уменьшении инерционности , термочувствительный элемент выполнен в виде участка волоконного световода, имеющего по крайней мере, один изгиб с радиусом кривизны R, определ емым сЪстношением

Пл + Пх

:где по -.показатель преломлени  материала сердцевины световода; .

п - показатель преломлени  оболочки световода;

Я - радиус кривизны сердцевины световода;

г - внешний радиус кривизны оболочки световода.

2.Устройство по п. I, о т д ича1ощеес  тем, что, с целью расщирени  класса измер емых веществ, на внешнюю поверхность изогнутого участка световода нанесено покрытие, выполненное из материала, показатель

5 преломлени  которого мен етс  от температуры .

3.Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что в качестве материала покрыти  световода дл 

0 низкотемпературного диапазона используетс  силиконова  резина, а дл  высокотемпературного - пленка хлористого натри .

4.Устройство по п. 1, о т л и 5 чающеес  тем, что изогнутый участок световода выполнен в виде спирали.

Источники информации,

0 прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 574631, кл. G 01 К 11/12,30.09.32.

2.Авторское свидетельство СССР

5

№ 609979, кл. G 01 К П/12, 05.06.78 (прототип).

..

fPu9. 1