Устройство для измерения температуры

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

>827986

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.02.79 (21) 2726077/18-10 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень ¹ 17 (45) Дата опубликования описания 24.07.81 (51) М.Кл.з 6 01 К 11/12

Государственный комитет ло делам изобретений и открытий (53) УДК 536 532 (088.8) ч: 1

Ю. P. Войцехов и М. М. Чернякова -;.„

t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области термометрии и может быть, использовано в различных отраслях науки и техники, в частности для контроля тепловых режимов при исследовании, настройке, тепловой дефектоскопии,» ремонте радиоэлектронной аппаратуры.

Известны устройства для индикации температуры на основе плавления веществ и изменения внешнего вида, состоящие из прозрачной крышки и основания с наружным клеевым слоем, образующим полость, в которой расположена таблетка термочувствительного вещества, так называемые герметичные термоиндикаторы и термоэтикетки (1).

Недостатком этих устройств является необратимость процесса индикации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для,измерения температуры, содержащее термоиндикатор, заключенный в прозрачную кювету, состоящую,из дна и герметизирующей крышки, и отражающее покрытие,,наклеенное на наружную поверхность (2).

Однако необходимость искусственного возврата устройства в исходное состояние после каждого перехода через температуру индикации (при помощи включения генератора) не всегда возможна и удобна. Устройство не показывает собственной температуры после перехода через точку индикации, что, как правило, необходимо, например, при использовании устройства при наладке аппаратуры. Возврат устройства в первоначальное состояние неудобен, так как требует специального электронного прибора (генератора) и цепей коммутации, что зачастую не представляется возможным, например, при расположении объекта внутри климатической камеры.

Цель изобретения — повышение эргоном и ч ности.

Для достижения этого внутренние поверхности дна и крышки выполнены активированнымп, а термонндикатор выполнен из монотропного нематика, находящегося в твердом состоянии. Предпочтительно, чтобы крышка по периферии была снабжена выступаю@ими участками, образующими расширительный объем.

На фиг. 1 — предлагаемое устройство до нагрева объекта измерения; на фиг. 2— устройство после перехода через температуру индикации; на фиг. 3 — то же, послс понижения температуры ниже температуры индикации.

Устройство для измерения температуры представляет собой единую конструкцию, 827986 состоящую из прозрачной кры цкц 1, гыполнснную из поляроидцой пол!.мс I«A пленки (например, поляроид К-типа), имеющей профиль, образующий на псриферци крышки расширительный объем 2, прозрачного дна 8 (бесцветная полимерная пленка), образующего вместе с I:.Hышкой плоскопараллельную кювету, в которой расположена таблетка 4 цематического мопотропного вещества. На,Но устройства нанесено наружное зеркальное покрыт.!е б (например, нацылен тонкий слой алюминия). На зеркальный слой наносится высокотемпературный клеевой слой б. црн цо мощи которого датчик крепится к объекту 7 измерения.

Луч света 8, падающий на устройство, отражается от него (вернее рассеивается на матовой структуре твердого нематика), образуя отраженный луч 9. При переходе через температуру,:индикации (температура устройства выше температуры пн !нкации) луч 9 проходит сквозь устройство без рассеяния:и Отражается зеркальным слоем 5 (луч 9! ца фиг. 2). После перехода;ерез температуру индикации (температура устройства ниже температуры индикации) падающий луч 8 расщепляется на 2 ортогональных поляризованных луча 9ц и 9, которые,,интерферируя, образуют цветной отраженный .-.у:. 9ш (см. фцг. 3).

Устройство работает следующим образом.

Тсрмочугствцтсльное устройство устанавливают ца объекте 7 при помощи клеевого слоя б (клеевой слой при храненш! устройств защищается тонкой предохранительной пленкой, которая на чертеже не показана).

Матовая поверхность твердой таблстк.l устройства превращает падающий на устройство луч 8 белого света в рассеянный луч 9 caela и наблюдатель видит поверхность устройства матово-белой. При повышении температуры устройства в момент равенства его температуры температуре лавлсцця таблетки нематика последний раоплавлястся, образуя изотроппожидкую фазу. Луч 8 света, пройдя сквозь крышку 1 и тсрмочувствительное вещество 4 и дно

8 Отражается зеркальным покрытием 5 1 цаблюдатслю (луч 9 ) .и устройство кажется ",åðêà71íûì, т. е. достижение температуры индикации сопровождается появ7с11цсм зеркал!.ного блеска устройств7. Прц пошикеццц температуры устройства ниже температуры индикации тсрмочувствптельцос вещество переходит в жидкокрцсталлцческоe состояHие, и так как Внутpснн1lc поверхности крышки и дна активированы, молекулы вещества ориентиру!Отся крышками, превращая его в нематцческую одцоосцую монокристаллическую текстуру. В связи с тем, что нематическцм монокристаллам присуще двупреломление, которое зависит

От температуры, то структура-по.7яризатор, цсматичсскцй монокрцстал 7, зсрка льный

«тражатсль Образует тсрмочувствцтель-!

H„l ццтерф рсцц11оццыи по 71!Оцзац1;О 11-;ь!й фильтр.

Луч 8 света, поляризованный крыш oL, один распадается в монокристаллцческой структуре 4ц на,!ва ортогона IbHQ полярцзованных луча 9ц и 9 . Эти лучи интерферируют между собой, образуя на выходе устройства цветной луч 9ц . Цвст луча 9", выходящего цз устройства, однозначно связан с толщиной монокристаллической пленки, величиной двупреломления (т. с. сортом нсматического вещества) и температурой, а при известном веществе iH толщине нем;:тцчсской пленки — только температурой устройства.

Всегда можно выбрать такую толщину кюветы устройства, при которой цвет выходного луча будет меняться от фиолетового (прц температуре в районе температуры ццд: кацци) до красного (в области комнатных температур). Таким образом, при охлаждении устройства от температуры выше точки индикации, устройство снача."2 имеет зеркальный блеск, а при охлаждении ниже цн,цгкаци!! появляется цвет, который при понижен!и! температ ры меняется от фиолетового,;о красного в области комнатной температуры. При понижении температуры ниже комнатной (прц медленном охлаждении) нематцческое ве1цество переходит в твердое состояние (поликристал.-;чческое), имеющее матовую структуру, т. е. возврат индикатора в первоначальное состояние происходит путем медленного охлаждения от комнатной температуры до температуры фазового перехода жидк:.й кристалл — твердое тело.

Таким образом, если подобрать набор цсматических веществ с необходимымц температурами фазового перехода нематик — изотропная жидкость (точка индикации) и температурами фазового перехода нематик — твердое тело прц температуре ниже комнатной, что обеспечивает, во-первых, запоминание при возвращении к комнатной температуре того, что переход через точку индикации состоялся, а во-втоpl Ix, возможность искусственного восстановления устройства путем медленного охлаждения.

Любой цз переходов в индикаторе может осуществляться неоднократно. В монотропцых термочувствительных нематическцх веществах для характерного в механике тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры диапазона 15 — 150 С можно, например, использовать нематцческце лереваты

С()Н!д С О Сзл7 (11

827986

20 температура фазового перехода твердое тело — пзотропная жп,!кость Т„,, = 22 С и жидкий кристалл — твер.-,ос течо Т,,„, =

= 11 С. O! О

С и — — с — 0- . л- Сбнд (2)

1 е

Т.„,„— 14 С, T„,c.— 34 С

cí,c-©- н=е-Я- н,н, 13) Т„, = 58,5 С Т,,= 9,3 С н-©- н=к-©- c- c-QO (4!

Т„,„= 146 С Т.„, = 14 С и т. д., т. е. может быть подобран ряд монотропных нематиков с интервалом в 5 — 10 С для всего рабочего диапазона (до 150 С).

Активация внутренних поверхностей кюветы устройства для ориентации жидкого кристалла (создание монокристаллической пленки) в принци не может быть осуществлена любым известным методом (натиран ие, обработка поверхностно-активными веществами, т. н. сурфакантами, либо напылением тонких ориентированных пленок) . Наиболее простым и эффективным способом является ориентированное натирание этих поверхностей (направление натирания на крышке и дне одинаково) полировочной пастой.

Можно сказать, что при помощи такого устройства в принципе (при соответствующем выборе толщины) Возможна однозначная индикация температуры. Для монокристаллических нематическп. структур величина двупреломления находится в диапазоне Лп=0,2 — 0.3 .-.ри комнатной температуре, при температурах, близких к фазовому, эта величина составляет (в среднем)

An — 0,1 — 0,2 (для средней длины волны

ВИДИМОГО СПЕКтра i.c =- 540 НЛ1).

Причем для примера следующие величины для минимальной температуры Лп =

= 0,25, для максимальной An = 0,15 и рассчитаем толщину кюветы, позволяющей вести однозпачпыс визуальные 11змеренпя температуры. Определим толщину кюветы, исхо,чя пз известной формулы для оптической разности, когда в одноосных двупреломля101цпх пластпl!ках (какОВОЙ 1 яВлястся монокрпстальньгй нематпческпй слой) где à — оптическая разность хо;а;

d — толщина слоя (кюветы);

Хп — двупреломленпе слоя (1псперсией двупреломления для упро25

á5 расчета можно пренебщенпя речь) ..

Выберем для визуализации температуры Во всем . Iallaaolle самые яркие интерфсренцпопныс цвета 2 п 3 порядка. Для индикации самой высокой температуры выберем фиолетовый цвет (возникающий прп разности хода 850 - 10 л!), тогда

2Г 2.850 10 "

d = =11,2 10 ".м

Ьи 0,15 т. е. оптимальная толщина слоя около

3 мкм, что обычно для пленочных индикаторов.

Определим разность для самой низкой температуры Кп = 0,25

Г=- d(An) 11>2 10 0 2О = 3ОО 1О-

Это разность, которая дает красный свет

3-го порядка.

Цвет устройства меняется в следующем порядке. Самая низкая температура— красный (Г = 1300 10--" л!), далее желтый (Г = 1150 10 - л!), далее зеленый (1100 10 м), далее голубой (950. 10 м), далее синий (910 1 0 — - м) !и, наконец, при самой высокой температуре — фиолетовый (850 10 9л!), т. е. мы имеем натуральный ряд цветов и визуальное определение температуры может проводиться однозначно.

Особо следует отметить, что с целью получения наибольшего цветового контраста устройства активирование внутренних поверхностей (например, натирание) проведено таким образом, что создает монокристаллическую структуру термочувствптельного вещества с ориентацией осей, составляющих 45 с направлением пропусканпя крышки — поляризатора.

По сравнению с известным устройством описываемое устройство является запоминающим индикатором (наличие цвета прп любой температуре ниже температуры индикации является признаком состоявшегося превышения температуры) . Устройство является искусственно восстанавливаемым индикатором, который восстанавливается более простым способом, чем прототип (охлаждение до температуры псрехода жидкий кристалл — твердое тело. а нс включснпс генератора). Кроме того, устройство обладает свойством многократной индикации превышения температуры (бсз восстановления устройства), так как персходустройства через точку перехода жидкий крисTd.;,I — пзотропная жпд! .Ость может совеpшаться неОдпокр атно, ITo Особспно Важно прп ремонтных,п наладо пых работах, когда по пнд;!катору следят за тепловым состоя-! гнем объекта, режим которого подбирается мО кпО k(0 снимая (п не по 1клlОчая, как аналог) устройства многократно наблю827986

Формула изобретения

Составитель В. Копаев

Техред А Камышникова

Корректор С Файн

Редактор Е. Гончар

Заказ 772/761 Изд. № 398 Тираж 915 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» дать состояние работы объекта (даже если он снова перегревается выше температуры индикации). Устройство позволяет по. цвету определять температуру объекта (возможна цветовая индикация с точностью Tlo- 5 рядка 0,5 — 5 С в зависимости от диапазона измерений, т. е. для устройств, работающих в диапазоне 20 — 50 С возможна индикация с точностью 0,5 С, а для устройств с диапазоном измерения 20 †1 С 10 порядка 3 — 5 С без применения специальной аппаратуры, т. е. визуально).

Таким образом, ап исываемое устройство более эргономично, по сравнению с известным, так как позволяет резко расши- 15 рить область применения и получить значительно больше метрологической информации при сокращении времен и на измерен ия, 1. Устройство для измерения температуры, содержащее термоиндикатор, заключонный в прозрачную кювету, состоящую из дна и герметизирующей крышки и отражающее покрытие, нанесенное на наружную поверхность дна, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эргономичности, внутренние поверхности дна и крышки выполнены активированными, а термоиндикатор выполнен из монотропного нематнка, находящегося в твердом состоянии.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что крышка по периферии снабжена выступающими участками, образующими расширительный объем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Абрамович Б, Г. и др. Цветовые индикаторы температуры.— М.; Госэнергоиздат, 1978, с. 154 — 158.

2. Авторское свидетельство СССР

М 402764, кл. G 01 К 11/12, 1971 (прототип).