Кристалооптичний спосіб вимірювання температури

Кристалооптичний спосіб вимірювання температури, який включає використання в якості чутливого датчика оптично прозорого кристала, поміщення кристала в зону вимірювання температури між схрещеними ніколями, освітлення кристала 37789 сної реперної точки, і тому при виконанні цього способу необхідне застосування інших способів для вимірювання початкової температури при кожному запланованому і випадковому виключення джерела світла, а також застосування інших способів для перевірки градуювальної кривої в процесі використання способу. Спосіб за винаходом усуває недоліки прототипу і забезпечує вищу точність вимірювання, завадостійкість і надійність у використанні. В основу винаходу покладено завдання створити новий спосіб дистанційних вимірювань температури в широкому діапазоні, який володіє високою точністю, надійністю і завадостійкістю, може використовува тися в умовах радіації, агресивних середовищ і сильних електромагнітних полів. Технічний результат досягають тим, що в якості чутливого елемента використовують двозаломлюючий кристал з власною реперною температурною точкою, поміщають його між схрещеними поляризаторами, освітлюють монохроматичним паралельним світловим променем, при зміні температури реєструють імпульси інтенсивності монохроматичного світла, що пройшло через кристал, вимірюють реверсивним лічильником кількість імпульсів фотостр уму, початок відліку яких встановлюють у власній реперній точці чутливого елемента, і за кількістю зареєстрованих імпульсів фотострум у з проградуйованого графіка визначають температуру. При реалізації запропонованого способу висока точність вимірювань, завадостійкість, нечутливість до зовнішніх електромагнітних полів досягається тим, що він не зв'язаний з кількісними вимірюваннями інтенсивності світла чи сили фот оструму, а реєструють лише якісні зміни інтенсивності світла - кількість екстремумів інтенсивності світла і, відповідна їм кількість імпульсів фотострум у, тому нестабільність інтенсивності джерела світла не впливає на точність вимірювань. Розширення діапазону вимірювання температури досягають тим, що, на відміну від відомого способу, вимірювання температурних змін фотоструму проводять не в межах одного екстремуму, а використовують реєстрацію необмеженої кількості екстремумів фотостр уму за допомогою реверсивного лічильника імпульсів. Діапазон вимірювання температури в запропонованому способі практично обмежується лише властивостями кристалічного датчика. Надійність запропонованого способу досягають тим, що використовують власну реперну температурну точку кристалічного датчика для стабільної прив'язки до шкали температур, чим забезпечують дієздатність способу при випадкових і запланованих виключеннях джерела світла і можливість перевірки градуювання датчика без застосування інших допоміжних способів вимірювання температури. При проведенні заявником патентно-інформаційного пошуку знайдене технічне рішення, яке містить ряд суттєви х ознак, спільних із заявленим (див.: Акцептованная заявка Японии № 48-13477 С, № 6-377, кл. G01К11/ 00): використання двовісного кристала, поміщеного в діагональне положення між схрещеними ніколями, освітлення його монохроматичним світлом від джерела з сталою довжиною хвилі і вимірювання залежної від температури інтенсивності світла, що пройшло через кристалічний датчик. Однак цих суттєви х ознак недостатньо для одержання технічного результату, який забезпечує спосіб за винаходом. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак співпадали з ознаками способу за винаходом, не знайдено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію винаходу "новизна". В джерелах патентної та науково-технічної інформації не знайдено відомостей про способи вимірювання температури, які б містили ознаки, що відрізняють заявлений винахід від прототипу: використання в якості чутливого елемента двозаломлюючого кристала з власною реперною температурною точкою, реєстрація при зміні температури кількості імпульсів інтенсивності монохроматичного світла, що пройшло через кристал, вимірювання реверсивним лічильником кількості імпульсів фотоструму, використання за початок відліку кількості імпульсів фотострум у власної реперної точки, при якій здійснюють запуск реверсивного лічильника, відсутність кількісних вимірювань інтенсивності світла і, відповідно, можливість використання нестабілізованих джерел світла, визначення температури за якісними показниками - кількістю імпульсів фотостр уму. Отже, технічне рішення за винаходом не випливає явним чином з досягнутого рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність рішення за винаходом критерію винаходу "винахідницький рівень". Спосіб за винаходом може бути використаний у галузі термометрії, промисловості, зокрема - в техніці вимірювання температури в звичайних умовах та в місцях з підвищеною небезпекою, а саме для вимірювань температури при наявності радіації, сильних електромагнітних полів, в агресивних середовищах, у вибухо- і пожежонебезпечних зонах, і тому відповідає критерію "промислова придатність". Таким чином, технічне рішення за винаходом є новим, промислове придатним і має винахідницький рівень, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності винаходу відповідно до ст.6 II Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" № 3687-XII. Реалізацію винаходу здійснюють таким чином. Встановлюють чутливий елемент в зону вимірювання температури, пропускають через нього поляризований, паралельний, монохроматичний світловий промінь, наприклад лазерний промінь, в реперній температурній точці запускають реверсивний лічильник імпульсів, реєструють кількість імпульсів, за якими з проградуйованого графіка визначають температуру. Для практичної реалізації способу як чутливий елемент використовували кристали сингеніту (СН) та кристали натрій-амоній-тартрату- тетрагідрату (АСС). З даних кристалів вирізали плоскопаралельні пластинки товщиною 10 мм, площею 1 см 2, які володіють властивістю інверсії знаку двозаломлення при фіксованих значеннях довжини хвилі і температури, що використовується в даному способі в якості природної реперної точки. 2 37789 Як джерело світла вибрали гелій-неоновий лазер з фіксованою довжиною хвилі 632,8 нм. Для цього значення довжини хвилі реперна точка кристалів СН знаходиться при t=150,2°С, а для кристалів АСС при t =- 112,5°С. Датчики з кристалів СН використовували для вимі-рювання температури в діапазоні +200...-100°С, а датчики з кристалів АСС - в діапазоні +40...-250°С. Використали чутливий елемент з кристалу СН для вимірювання в діапазоні додатних температур в муфельній печі. Освітили чутливий елемент лазерним променем з довжиною хвилі випромінювання 632,8 нм, після чутливого елемента встановили аналізатор, фотоприймач і реверсивний лічильник електричних імпульсів, включили реверсивний лічильник імпульсів. Поступово переміщаючи чутливий елемент в зону високої температури у власній реперній температурній точці кристалу СН при t =150,2°С встановили на нуль покази реверсивного лічильника імпульсів. Перемістили чутливий елемент в центральну частину печі, лічильник імпульсів показав число к=25 імпульсів. З проградуйованого графіка (фіг. 1) визначили температуру t=+248,4°C. Перемістили чутливий елемент на край печі. Лічильник показав к=12 імпульсів, з проградуйованого графіка для цих показів лічильника визначили температур у t=+226,3°С. Використали чутливий елемент з кристалу АСС для вимірювання в діапазоні від'ємних температур в азотному кріостаті з оптично прозорими вікнами. Використали для освітлення кристала АСС гелій-неоновий лазер з довжиною хвилі ви промінювання 632,8 нм та аналогічну оптичну схему, що описана вище. При заповненні кріостата рідким азотом, температура понижується. При досягненні реперної температурної точки чутливого елемента t=-112,5°С встановили покази реверсивного лічильника на нуль. Продовжили заповнення кріостата рідким азотом. Лічильник імпульсів показав к = -12 імпульсів, з проградуйованого графіка (фіг. 2) визначили температуру t=-145,4°С. Змінили температуру в кріостаті шляхом випаровування азоту. Лічильник імпульсів показав к=+24 імпульси, з проградуйованого графіка визначили температуру t=-68,0°С. Таким чином, спосіб за винаходом, порівняно з прототипом, забезпечує вимірювання температури в ширшому діапазоні, який залежить від типу кристалічного датчика. Наприклад, використовуючи в якості чутливого елемента кристали звичайної сегнетової солі можна вимірювати температур у в діапазоні +30...-250°С, а кристали тіогалату кадмію - в діапазоні –100...+500°С. Важливою особливістю способу за винаходом є те, що він не зв'язаний з вимірюваннями кількісних значень чутливи х до електромагнітних перешкод електричних і оптичних величин, не вимагає стабілізації джерела світла і тому має більшу завадостійкість. Наявність внутрішньої температурної реперної точки в способі за винаходом забезпечує стабільну прив'язку до шкали температур, надійністьвимірювання температури і контроль градуювання без використання додаткових допоміжних способів вимірювання температури. Таблиця Порівняльна таблиця операцій, що виконуються при вимірюванні температури за допомогою прототипу та способу за винаходом № П /П 1 2 3 4 5 6 7 Операції, що виконуються за допомогою прототипу Використання як чутливого елемента кристалічного датчика температури Поміщення чутливого елемента в зону вимірювання температури між схрещеними ніколями Освітлення датчика монохроматичним світлом Вимірювання кількісних змін інтенсивності світлового потоку, що пройшов через кристалічний датчик, і відповідних змін фотоструму Стабілізація джерела світла обов'язкова Прив'язка до шкали температур за допомогою іншого додаткового способу вимірювання температури при кожному запланованому і випадковому виключенні джерела світла чи електричної мережі Контроль стабільності градуювання датчика за допомогою іншого способу 3 Операції, що виконуються за допомогою способу за винаходом Використання як чутливого елемента кристалічного датчика температури з внутрішньою реперною температурною точкою Поміщення чутливого елемента в зону вимірювання температури між схрещеними ніколями Освітлення датчика монохроматичним світлом Вимірювання кількості екстремумів для світлового потоку, що пройшов через кристалічний датчик, і відповідної їм кількості фотоімпульсів Стабілізація джерела світла не обов'язкова Для прив'язки до шкали температур використовується внутрішня реперна температурна точка Т0 кристалічного датчика при кожному запланованому і випадковому виключенні джерела світла чи електричної мережі Контроль стабільності градуювання за допомогою внутрішньої реперної точки кристалічного датчика 37789 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4