SU877358A1

SU877358A1 - Device for measuring temperature

Info

Publication number: SU877358A1
Application number: SU802880336A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Гудименко; Николай Семенович Данилин; Сергей Александрович Кононенко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6891
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1981-10-30

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(54) DEVICE FOR TEMPERATURE MEASUREMENT

II

Изобретение относитс к области терн мометрии, а именно к устройствам дл , измерени температур по изменению цвета измepитfeлъkoгo элемента, и может быть использовано дл дистанционного измерени локальных температур и температурньк полей труднодоступных деталей и узлов.The invention relates to a terrain area, namely, devices for measuring temperatures by changing the color of a measurement element, and can be used to remotely measure local temperatures and temperature fields of hard-to-reach parts and assemblies.

Известны, устройства дл измерени температуры, в .которых изменение цвета термочувствительного элемента наблюдаетс в свете, отраженном от его задней стенки, наход щейс в тепловом контакте с поверхностью исследуемого объекта, конструктивно представл ющие собой кювету с термочувствительным элементом , на заднюю стенку которой нанесено зеркальное покрытие, отража сь от которого световой поток проходит через оптически неоднородную смесь дважды 1 .Temperature measuring devices are known, in which the color change of the temperature sensitive element is observed in the light reflected from its back wall, which is in thermal contact with the surface of the object under study, structurally representing a cell with a temperature sensitive element, on the back wall of which a mirror coating is applied. reflecting from which the light flux passes through an optically inhomogeneous mixture twice 1.

Действие известного устройства основано на рассеивающем свойстве оптически неоднородной смеси (изооптичес/The action of the known device is based on the scattering property of an optically inhomogeneous mixture (iso-optical /

кой системы) дл света .всех длин волн, дл которых показатели преломлени компонентов смеси отличаютс между собой, и прозрачности ее дл света, длине волны которого соответствует равенство показателей преломлени компонентов смеси. Измерение температуры основано на спект ральном смещении полосы пропускани термочувствительного элемента и соот ветствующем изменении его цвета в за )0 висимости от температуры.system) for light. all wavelengths for which the refractive indices of the components of the mixture differ from each other, and their transparency for light, the wavelength of which corresponds to the equality of the refractive indices of the components of the mixture. The temperature measurement is based on the spectral shift of the passband of the thermosensitive element and the corresponding change in its color depending on the temperature.

Недостатком этих устройств вл етс очень мала точность измерени и узка область применени вследствие того, что при наблюдении света, отраженного от The disadvantage of these devices is very low measurement accuracy and narrow scope due to the fact that when observing light reflected from

15 задней стенки термочувствительного элемента , часть белого света от источника, освещающего термочувствительный элемент , отражаетс от его передней стенки , т. е. создает белый фон, затрудн ю20 щий опредаление цвета термочувствительного элемента; тепловой контроль непрозрачных объектов путем сквозного просвечивани невозможен как в силу конст руктивных особенностей изделий, так и их оптической непроэрачности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс устройство дл контрол температуры, содержащее кювету с термочувствительной смесью, многослойный элемент, расположенный между термочувствител ,ьным элементом и исследуемым объектом и соединенный с возбудителем излучени . 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 провод щего отражающего покрыти . Возбудитель излучени выполней в виде источника переменного напр жени Недостатками устройства вл ютс низка точность измерени и узка область применени , обусловленные нестабютьностью характеристик излучени элек1 ролкиминофора и недостаточной эффективно тью при измерении локальных температур вследствие того, что материалы, из которых выполнены электроды многое л ойнс о элемента, обладают значительными коэффициентами теплопроводности и нарушают исходное распределение темперагур , Цель изобретени - повышениеточности узмеренп и расширение области применени устройства. Эта цель достигаетс тем, что в известном устройстйе многослойный элемент выполнен в виде структуры оптически согласованных диэлектрических пле ной и содержащей последовательно прилегак цие друг к другу, начина от границы с термочувствительным элементом, сс гласующий, рассеивающий, световодный отражающий и защитный слои Дл уменьшени тепловой инерционное гй согласующий слой многослойного элемента находитс в непосредственном конTaKje с оптически неоднородной смесью. Дл упрощени конструкщга и уменьшени теплоемкости многослойного элементна , рассеивающий слой вьшолнен от ражающим и расположен между световодным и защитным сло ми. Дл ослаблени взаимного вли ни 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 дл измерени температуры и функциональные узлы обеспечивающие его работоспособность; на фиг, 2 - конструктивное выполнение све- товодного сло многослойного элемента. Конструкци устройства, включает . в себ термочувствительный элемент 1, вьшолненный в виде прозрачной кюветы 2, заполненной оптически неоднородной смесью органической жидкости 3 и стекл нного порощка 4,-многослойный элемент 5, расположенный между термочувствительным элементом 1 и исследуемым объектом 6 и соединенный с возбудителем 7 излучени . Многослойный элемент 5 вьшолнен в виде структуры диэлектрических пленок из материалов с различными показател ми преломлени , содержащей последовательно прилегающие друг к другу, начина от границы с термочувствите ьным 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 (пор дка 1,6-1,8) показателем преломлени , например изт желого 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 (просветл ющий) слой 8 выполнен в виде группы диэлектрических пленок из материалов, величины показателей преломлени которых последовательно измен ютс от величины показател преломлени рассеивающего сло 9 до величины показател преломлени оптически неоднородной смеси, с которой согласующий слой 8 находитс в непосредственном контакте. Отражающий слой 11 выполнен в виде группы чередующихс между собой диэлектрических пленок из материалов с большим и малым показател ми преломпени . 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 св зан с возбудителем 7 излучени , выполненным в виде осветител , содержащего источник 13 света, например, стабильную спектрометрическую лампу, инфракрасный фильтр 14 и узеп 15 оптической св зи, 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 преломлени (пор дка 1,1-1,3), Световодный слой 10 многослойного .элемента 5 (фиг, 2) вьтолнен из параллельно расположенных волоконных световодов 18, разделенных светоизолирук ци- ми прслойками 19, показатель преломпе- ни которых меньше показател преломле ни волоконных световодов 18, Устройство работает следующим образом . Световой поток от источника 13 света через 1шфрак расный фильтр 14, где теплова составл юща спектра световог потока отфильтровываетс и не оказьшает вли ни на точность измерени температуры , поступает на оптический узел 15 св зи и по световодным волокнам 16 поступает в световодный слой Ю многослойного элемента 5, Распростран сь с световодном слое. 10,световой поток, последовательно отража сь от диэлектрического зеркала 11 и рассеивающего сло 9, проходит. через рассеивающий слой 9 и согласующий слой 8 в направлении термочувствительното элемента 1. Необходима эффективность вьтода света из световодного сло 1О достигаетс подбором параметров оптической неоднородности рассеивающего сло 9. Диэлектрическое зеркало 11 обеспечивает создание оптимальных условий дл распространени светового потока, по световодному слою Юн дл повышени эффективности освещени , так как отражает свет, рассе нный слоем 9, в направлении исследуемого объекта 6, Защитный слой 12 обеспеч1шает заидату многослойного элемента 5 от механических повреждений и воздействи окружающей среды. Согласующий слой 8 обеспечивает эффективный ввод светового потока, рассе нного на неоднородност х рассеивающего сло 9, в Оптически неоднородную смесь Оптически неоднородна смесь, заполн юща кювету 2 термочувствительного элемента 1, рассеивает свет во всем спектральном диапазоне, в котором показатели преломлени стекла 4 и жидкости 3 отличаютс между собой, в беспреп тственно пропускает свет той длины волны, дл которой показатели преломлени компонентов смеси совпадают при данной температуре. При изменении температуры полоса пропускани оптически неоднородной смеси смещаетс 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- нени термочувствительного элемента 1 вл етс 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 теплова инерционность термочувствительного элемента 1, Конструкци многослойного элемента 5 упрощаетс за счет исключени из его состава отражающего сло 11 и помеще- ни на его место (т, е между световодным 1О и защитным 12 сло ми) рассеивающего сло 9, Он совмещает в себе функции отражающего 11 и рассеивающего 9 слоев, тем самым у.леньщаетс его толщина и, соответственно, теплоемкость . Конструкци световодного сло 10 обеспечивает возможность построчного сканировани светового луча путем последовательного освещени отдельных волоконньрс световодов 18, чем ослабл етс взаимное вли ние световых потоков, излучаемых различными участками Tei мочувствите ьного элемента 1, Построчное сканирование светового луча позвол ет примен ть предлагаемое устройство в тех случа х, когда в качестве вторичной измерительной аппаратуры используютс приборы с построчным съемом информации . Это расщир ет область применени устройства ввиду возможности его использовани дл измерени локальных температур, визуализации тепловых полей объектов и дл регистрации распределени температур по поверхности объектов . Таким образом, предложенное ус- ройстБо , обеспечивает большую точность15 of the rear wall of the temperature-sensitive element, a part of white light from the source illuminating the temperature-sensitive element is reflected from its front wall, i.e. it creates a white background making it difficult for the color of the temperature-sensitive element to be detected; Thermal control of opaque objects through through-screening is impossible both by virtue of the design features of the products and their optical opacity. The closest to the technical essence and the achieved result to the proposed is a device for temperature control, containing a cuvette with a temperature-sensitive mixture, a multilayer element located between the temperature sensor, the ny element and the object under study and connected to the exciter of radiation. Moreover, the multilayer element contains a transparent electrode deposited on one of the external walls of the cell, an adjacent layer of electroluminescent powder with a white luminescence, on top of which a second electrode is applied in the form of a conductive reflective coating. The exciter is made in the form of an alternating voltage source. The drawbacks of the device are low measurement accuracy and narrow scope due to the unstable radiation characteristics of an electric roller and insufficient efficiency in measuring local temperatures due to the fact that the materials from which many electrodes are made are required. , have significant thermal conductivity coefficients and violate the initial distribution of temperagur. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the bonds erenp and expanding the field of application of the device. This goal is achieved by the fact that in a known device the multilayer element is made in the form of a structure of an optically matched dielectric film and successively adheres to each other, starting from the border with a temperature sensitive element, with matching, scattering, light-reflecting and protective layers. The matching layer of the multilayer element is in direct contact with the optically inhomogeneous mixture. To simplify the construction and reduce the heat capacity of the multilayer element, the scattering layer is reflective and located between the light guide and the protective layer. To attenuate the mutual influence of the light flux emitted by different parts of the temperature-sensitive element, the light-guide layer is made of parallel-arranged fiber lights of 8,584 fabricators separated by light-insulating interlayers. Fig. 1 shows the constructive implementation of a device for measuring temperature and functional units ensuring its operability; FIG. 2 shows the structural design of the light-water layer of the multilayer element. The design of the device includes. The thermo-sensitive element 1, made in the form of a transparent cuvette 2, filled with an optically inhomogeneous mixture of organic liquid 3 and a glass powder 4, is a multilayer element 5 located between the temperature-sensitive element 1 and the object under study 6 and connected to the exciter 7 radiation. The multilayer element 5 is made in the form of a structure of dielectric films of materials with different refractive indices, containing successively adjacent to each other, starting from the border with a temperature-sensitive element 1, matching 8, scattering 9, light guide 10, reflecting 11, protective layers 12, Light guide The layer 10 is made in the form of a dielectric film of a material with a large (on the order of 1.6-1.8) refractive index, for example, of flint. The scattering layer 9 is made, for example, in the form of a dielectric, film with a frosted surface, obtained as a result of ion bombardment or rubbing with an abrasive powder and having as a result of this periodic inhomogeneity of optical characteristics. Matching (antireflection) layer 8 is made as a group of dielectric films of materials whose refractive index values consistently vary from the refractive index of the scattering layer 9 to the refractive index of the optically inhomogeneous mixture with which the matching layer 8 is in direct contact. The reflective layer 11 is made in the form of a group of alternating dielectric films of materials with high and low refractive indexes. The protective layer 12 is made in the form of a dielectric film of a material having a high mechanical npo4i capacity, for example, polyethylene terephthalate, a multilayer element. 5 the input end is optically coupled to a radiation exciter 7, made in the form of an illuminator containing a source of light 13, for example, a stable spectrometry lamp, an infrared filter 14 and an optical communication unit 15, for example, in the form of a set of optical fibers 16, to the opposite end of the multilayer element 5, a reflective coating 17 in the form of a dielectric strip with a low refractive index (on the order of 1.1-1.3) is applied. The optical fiber layer 10 of the multilayer element 5 (FIG. 2) is made of parallel-arranged optical fibers 18, pa The cylinder divided svetoizoliruk E prsloykami 19 prelompe- audio index less than the index of refraction or optical fibers 18, The apparatus operates as follows. The light flux from the light source 13 through 1frame is the advanced filter 14, where the heat component of the spectrum of the light flux is filtered out and does not affect the accuracy of temperature measurement, goes to the optical communication node 15 and enters the optical fiber layer 10 of the multilayer element 5 through the fiber optic fiber 16 Spread with light guide layer. 10, the luminous flux, successively reflected from the dielectric mirror 11 and the scattering layer 9, passes. through the scattering layer 9 and the matching layer 8 in the direction of the heat-sensitive element 1. The required efficiency of the light from the light-guide layer 1O is achieved by selecting the parameters of the optical inhomogeneity of the scattering layer 9. The dielectric mirror 11 provides the creation of optimal conditions for the propagation of the light flux through the fiber Yun to increase the efficiency illumination, as it reflects the light scattered by layer 9 in the direction of the object under study 6, the protective layer 12 ensures the formation of a multilayer layer element 5 from mechanical damage and environmental exposure. Matching layer 8 provides effective input of the light flux scattered on inhomogeneities of the scattering layer 9 into the Optically Inhomogeneous Mixture The optically non-uniform mixture filling the cuvette 2 of the sensing element 1 scatters light in the entire spectral range, in which the refractive indices of the glass 4 and the liquid 3 they differ from each other, in which the wavelength for which the refractive indices of the components of the mixture coincide at a given temperature, freely passes light. When the temperature changes, the bandwidth of the optically inhomogeneous mixture shifts across the spectrum, which leads to a change in the color of the sensing element 1. By changing the color of the sensing element 1, it is possible to unambiguously judge the temperature of the object 6 under investigation. A special feature of the constructive design of the thermosensitive element 1 is that the layer 8 of the multilayer element 5, which is tightly attached to the section of the cuvette 2 and fixed on it, directly contacts the optically inhomogeneous mixture. Due to this, the thermal inertia of the thermosensitive element 1 is reduced. The construction of the multilayer element 5 is simplified by eliminating the reflecting layer 11 from its composition and placing it in its place (t, e between the light guide 1O and the protective 12 layers) of the scattering layer 9, It combines in itself, the functions of a reflective 11 and a scattering 9 layers, thereby reducing its thickness and, accordingly, its heat capacity. The design of the light guide layer 10 enables the progressive scanning of the light beam by successive illumination of individual fibers of the optical fibers 18, which attenuates the mutual influence of the light flux emitted by different parts of Tei of the sensing element 1. The line scanning of the light beam allows the proposed device to be used when devices with line-by-line information acquisition are used as secondary measuring equipment. This clears the field of application of the device due to the possibility of its use for measuring local temperatures, visualizing the thermal fields of objects and for recording the temperature distribution over the surface of objects. Thus, the proposed device provides greater accuracy

Claims

Claim

1. A device for measuring temperature, containing a thermosensitive element made in the form of a transparent cuvette filled with an optically heterogeneous mixture, a multilayer element located between the thermosensitive element and the test object and connected to the radiation pathogen, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurement and expansion scopes, the multilayer element is made in the form of a structure of optically matched dielectric films and containing successively adjacent to each other uh huh, starting .0¼ 'border thermosensitive element matching, the scattering, the light guiding reflecting and protective layers.

2. The device according to π. 1, r. I mean that, for the purpose of clever-

877358 8 of thermal inertia, the matching layer of a multilayer element in direct contact with an inhomogeneous mixture.

₍₍

3. The device according to π. 1, in general, in order to simplify the design and reduce the heat capacity of the multilayer element, the scattering layer is made reflective and is located ¹ 10 between the light guide and protective 'layers.' located optically between the fiber and protective layers. '

4. The device according to π. 1, with the fact that, in order to weaken. Nia mutual interference of light fluxes emitted from different portions of the temperature sensor, the light guiding layer is made of parallel fibers, again _{with the} divided light-blocking layers.