Пристрій для вимірювання температури

Изобретение относится к области термометрии, в частности, к изооптическим термодатчикам и предназначено для дистанционного измерения температуры. Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник белого света и термочувстви тельный элемент на основе оптически неоднородной смеси веществ [1]. При каждом значении температуры в пределах рабочего диапазона термочувствительный элемент беспрепятственно пропускает свет с той длиной волны, для которой совпадают показатели преломления компонент смеси, и рассеивает свет иного спектрального состава из-за их различия. При изменении температуры показатели преломления компонент совпадает для света иной длины волны различия температурных коэффициентов показателей преломления компонент смеси, соответственно изменяется спектральный состав света, прошедшего без рассеяния, в результате, изменяется цвет термочувстви тельного элемента. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры [2], содержащее последовательно размещенные источник света, положительную линзу, часть которой является термочувстви тельным элементом, выполненным на основе оптически неоднородной смеси вещества с близким показателем преломления и различным температурным коэффициентом показателя преломления, закрепленную вместе с зеркалом, установленным перпендикулярно оптической оси, в корпусе, имеющем вид усеченного конуса, причем линза установлена на его большем основании на расстоянии от зеркала, состоящем (1,05-1.15)×f, f - фокусное расстояние линзы. Недостатком известных устройств является относительно низкая дистанционность измерения температуры, ограниченная небольшой входной угловой апертурой устройства, что усложняет наведение источника света на термочувствительный элемент при больших расстояниях между ними. Кроме того, термочувстви тельный элемент достаточно массивен, контактирует с корпусом объекта лишь по боковой кромке, что ухудшает его тепловой контакт с контролируемым объектом и повышает тепловую инерционность устройства. В основу изобретения поставлена задача создать устройство для измерения температуры, обеспечивающее увеличение дистанционности измерения температуры при одновременном уменьшении его тепловой инерционности, т.е. повышении быстродействия устройства. Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для измерения температуры, содержащем размещенные вдоль оптической оси источник света и закрепленные в корпусе положительную линзу, термочувствительный элемент на основе двухкомпонентной оптически неоднородной смеси веществ с близкими показателями преломления и различными температурными коэффициентами показателей преломления, и зеркало, установленное в конце корпуса перпендикулярно оптической оси, согласно изобретению, положительная линза выполнена в виде четвертьволнового градана, установленного в корпусе, снабженном элементами крепления его на объекте, между термочувствительным элементом и зеркалом, и контактирующего с ними своими торцами, а корпус устройства выполнен в виде болта. Выполнение положительной линзы в виде четвертьволнового градана приводит к существенному уменьшению габаритов термодатчика благодаря миниатюрности градана, имеющего форму цилиндра диаметром 1,5 мм, высотой 7 мм. Это, в свою очередь, обеспечивает малую тепловую инерционность. Увеличение дистанционности измерений обусловлено увеличением угловой апертуры устройства т.е. величины телесного угла, в пределах которого луч света, направленный на термодатчик, возвращается к источнику. Увеличение угловой апертуры, в свою очередь, обусловлено установкой термочувствительного элемента на переднем торце градана. Угловая апертура градана прямо пропорционально показателю преломления nо среды, граничащей с его торцевой поверхностью. У прототипа световой луч падает на линзу сквозь окружающую атмосфер у, т.е. n о = 1, а термочувствительный элемент установлен за линзой. В предложенном устройстве свет падает на передний торец градана сквозь термочувствительный элемент, показатель преломления которого для полезного сигнала составляет 1,5-1,7, т.е. в этом случае nо =1,5-1,7, соответственно угловая апертура устройства для измерения температуры увеличивается по сравнению с прототипом в 1,5-1,7 раза. Увеличение угловой апертуры упрощает наводку на термодатчик вторичного прибора, в котором осветитель совмещены приемным устройством, и позволяет увеличить дистанционность измерения температуры. Выполнение положительной линзы в виде четвертьволнового градана обеспечивает устройству нечувствительность к вибрации. Последнее связано с тем, что четвертьволновой градан фиксирует световой пучок на своей задней торцевой поверхности, в результате, вибрация не приводит к "расфокусировке" термодатчика. У прототипа световой поток фокусируется на зеркале, отделенном от термочувствительного элемента воздушным промежутком, и для него вибрация и другие механические воздействия опасны. Заключение термочувствительного элемента в корпус, выполненный в виде элемента крепления его к объекту, а именно в виде болта, ввинчиваемого в контролируемый объект, улучшает тепловую связь между объектом и термодатчиком, соответственно повышается быстродействие устройства. На фиг. 1 приведен ряд конструктивных модификаций предлагаемого устройства для измерения температуры; на фиг. 2 показана схема дистанционного измерения температуры с помощью предложенного устройства. В предложенном устройстве термочувствительный элемент выполнен на основе четвертьволнового градана 1, на торцевой поверхности которого обращенной к источнику света, помещена оптически неоднородная смесь в виде плоскопараллельного слоя 2, на противоположную торцевую поверхность нанесено зеркало отражающее покрытие 3 На боковую поверхность градана нанесено светопоглощающее покрытие 4. Термочувствительный элемент заключен в корпус, который, как показано на фиг. 1. а выполнен в виде болта 5 с шестигранной головкой 6. Корпус термочувствительного элемента на фиг. 1, б выполнен в виде гильзы 7 с фланцем 8, в котором имеются крепежные отверстия 9. Термочувствительный элемент 10 установлен на объекте 11 (к примеру, ввинчен в токоподводящую шину электрораспределительной системы). Источник света 12 выполнен на основе лампы накаливания 13 и коллиматорной линзы 14. Источник света 12, удаленный от объекта 11, обеспечивает параллельный пучок света 15, направляемый на термочувствительный элемент 10. Достигнув термочувствительного элемента, световой пучок 15 приходит сквозь оптически неоднородную смесь 2 и фокусируется граданом 1 на его задней торцевой поверхности. Отразившись от зеркального покрытия 3, нанесенного на эту поверхность, свет возвращается в градан, проходит сквозь него, вновь пронизывает оптически неоднородную смесь 2 и в виде параллельного пучка света 16 возвращается к источнику света, совмещенному со вторичным устройством, на фиг. 2 не показанном. Проходя сквозь оптически неоднородную стр уктур у 2, пучок 15 распадается на две световых составляющих. Одна из них сформирована светом узкого спектрального состава, для которого совпадают показатели преломления компонент смеси при данной температуре термочувствительного элемента объекта. Этот свет по законам геометрической оптики фокусируется граданом на торцевой поверхности и отражается зеркалом. На обратном пути свет преобразуется четвертьволновым граданом вновь в параллельный пучок, который вторично беспрепятственно проходит сквозь смесь 2 и в виде параллельного пучка 16 возвращается к источнику света 12. Вторая составляющая включает в себя свет, рассеянный оптически неоднородной структурой 2 вследствие различия показателей преломления ее компонент. Рассеянный свет частично поглощается светопоглощающим покрытием на боковой поверхности градана 1, частично выходит из термочувстви тельного элемента 10, отразившись от зеркала и испытав повторное расстояние в пределах оптически неоднородной структуры 2. Вы ходной рассеянный световой пучок распределен в пределах широкого телесного угла, и на обратном пути практически не достигает источника света, т.е. не оказывает влияния на выходной сигнал устройства для измерения температуры. При этом термочувствительный элемент визуально наблюдается как равномерно окрашенный диск, цвет которого однозначно определяется температурой контролируемого объекта. При изменении температуры изменяется длина волны света, для которого совпадают показатели преломления компонент изооптической структуры, соответственно изменяется спектральный состав светового п учка 16 и наблюдаемый цвет термочувстви тельного элемента. Увеличение дистанционности измерений, достигаемое с помощью предложенного устройства, при связи между измерительной аппаратурой и контролируемым объектом, осуществляемой световым лучом, имеет большое значение при тепловом контроле объектов, работающих в особо сложных и тр уднодоступных условиях - в зоне действия электромагнитного поля, при контроле объектов, находящихся под высоким электрическим напряжением, в условиях пожаро-взрывоопасного производства и т.д.