СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
METHOD FOR REMOTE MEASUREMENT OF TEMPERATURE

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры, например в автоматических системах кондиционирования воздуха для дистанционного измерения температуры в зонах комфорта.
Известен способ измерения температуры, включающий подачу потока излучения на термочувствительный элемент и определение температуры путем анализа спектра излучения [1].
Недостатками данного способа являются:
- сложность аппаратурной реализации способа и его автоматизации;
- необходимость применения проводной линии связи датчика и анализатора.
Прототипом является способ дистанционного измерения температуры [2].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции, реализующей способ;
- необходимость применения проводной линии связи между датчиком и регистратором;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что регистратор может обслуживать только один датчик, а показания можно считывать только с регистратора и под определенным углом зрения.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение удобства в эксплуатации и расширение функциональных возможностей.
Задача решается тем, что в способе дистанционного измерения температуры, включающем подачу через световод потока излучения на термочувствительный элемент, изменение им величины потока, преобразование его с помощью фотоприемника в электрический сигнал, трансформирование сигнала в пропорциональный температуре параметр и фиксирование последнего регистратором, часть потока посылают на регистратор, изменение величины потока производят путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, при этом трансформированием получают параметр частоты, которой модулируют поток.
Посылаемый на регистратор поток рассеивают. Поток излучения подают периодически. Жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры. Панель выполняют в виде солнечной батареи. Соответствие температуры определенному диапазону отображают индикатором. Обеспечивают возможность изменения направления посылаемого на регистратор потока излучения относительно термочувствительного элемента.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении удобства в эксплуатации и расширении функциональных возможностей.
Сущность изобретения отражают операции:
- часть потока посылают на регистратор, изменение величины потока производят путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, при этом трансформированием получают параметр частоты, которой модулируют поток;
- посылаемый на регистратор поток рассеивают;
- поток излучения подают периодически;
- жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры;
- панель выполняют в виде солнечной батареи;
- соответствие температуры определенному диапазону отображают индикатором;
- обеспечивают возможность изменения направления посылаемого на регистратор потока излучения относительно термочувствительного элемента.
Подача части потока на регистратор, изменение величины потока путем рассеяния его в жидкости, которую используют в качестве термочувствительного элемента, и получение трансформированием параметра частоты, которой модулируют поток, способствуют повышению эксплуатационных возможностей. Датчик и регистратор не имеют при этом проводной линии связи, благодаря чему датчик легко можно размещать практически в любом месте и при необходимости изменять место установки потребителем. Применение жидкости в качестве термочувствительного элемента упрощает конструкцию, делает датчик более надежным и дешевым, что снижает затраты на изготовление и ремонт. Частотное модулирование потока повышает надежность передачи информации и упрощает конструкцию, так как источник излучения выполняет сразу две функции - обслуживает чувствительный элемент и передает информацию на регистратор.
Рассеивание посылаемого на регистратор потока повышает эксплуатационные возможности, делая диаграмму направленности более широкой, что позволяет увеличить зону размещения регистратора по отношению к излучателю.
Периодическая подача потока излучения способствует экономии энергии, затрачиваемой излучателем, следовательно, увеличивает срок службы источника питания и делает его замену более редкой, что повышает эксплуатационные возможности.
Помещение жидкости в трубку и установка ее на панели со шкалой температуры позволяют выполнить датчик в виде обычного термометра, что расширяет функциональные возможности, поскольку информацию о температуре можно считывать не только с регистратора, но и с датчика.
Выполнение панели в виде солнечной батареи повышает эксплуатационные возможности, так как появляется возможность в некоторых случаях отказаться от химических источников питания датчика или, по крайней мере, снизить их энергоемкость.
Отображение индикатором соответствия температуры определенному диапазону повышает удобства в эксплуатации и расширяет функциональные возможности, поскольку позволяет визуально издалека (не приближаясь к датчику) оценить значение температуры.
Обеспечение возможности изменения направления посылаемого на регистратор потока относительно термочувствительного элемента повышает удобства в эксплуатации, так как при определенном (фиксированном) направлении излучения на регистратор датчик (в виде термометра) может быть установлен в положении, удобном для считывания показаний по шкале температуры.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема датчика температуры. На фиг.2 изображена схема регистратора температуры.
Датчик температуры содержит термочувствительный элемент в виде трубки 1, в которой размещены жидкость 2 и световод с сердцевиной 3, очищенной на участке L от оболочки 4. Один конец световода оптически соединен с фотоприемником 5, выход которого через усилитель 6 подключен к преобразователю 7 напряжение-частота, с выхода которого сигнал поступает на источник 8 излучения, посылающий часть 9 потока излучения в другой конец световода, а часть 10 - на регистратор.
Регистратор имеет фотоприемник 11, выход которого через усилитель 12 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 13, на выходе которого формируется информация о температуре.
Способ реализуют следующим образом.
Для измерения температуры заводят часть 9 модулированного (описанным ниже образом) потока от источника 8 излучения (светодиода) в световод. Поскольку на участке L со световода удалена оболочка 4, то происходит контакт поверхности сердцевины 3 с окружающей ее в трубке средой. Это приводит к рассеянию идущего по световоду потока излучения, причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины и окружающей среды (см., например, Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические световоды. - М.: Мир, 1980). Основное затухание происходит на участке L, при погружении которого в жидкость 2 на величину Н, соответствующую измеряемой температуре, поток на выходе может быть найден по формуле
0
в
в
ж
Ф=Фехр(-αL)ехр[H(α-α)],
0
ж
в
где Ф, Ф - соответственно поток на выходе и входе световода; α, α - соответственно коэффициент затухания в жидкости и над жидкостью.
Изменение уровня Н от температуры вызывает соответствующее изменение потока, которое преобразуется фотоприемником 5 (например, фотодиодом) в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем 6 и подают на преобразователь 7 напряжение-частота, т.е. трансформируют тем самым сигнал на выходе фотоприемника в параметр частоты. Выходным сигналом преобразователя 7, посылая его на источник 8 излучения, модулируют поток последнего. Часть 10 потока направляют на фотоприемник 11 регистратора, выходной сигнал которого через усилитель 12 подают на аналого-цифровой преобразователь, с выхода которого снимают информацию о температуре.
Если источник излучения имеет узкую диаграмму направленности, то направляя фотоприемник 11 регистратора последовательно на датчики, расположенные в различных точках измерения, можно получать информацию о температуре в этих точках. Если происходит последовательное перемещение одного датчика по этим точкам, то для обеспечения возможности съема показаний одним регистратором посылаемый на него поток рассеивают, например с помощью линзы (на чертеже не показана).
Следует заметить, что в первом случае регистратор может иметь несколько фотоприемников 11, каждый из которых устанавливают для работы так, чтобы он оптически был связан только с одним датчиком. При этом регистратор при съеме показаний остается неподвижным, а считывание информации производят с датчиков последовательно.
Поток излучения можно подавать периодически, для чего в устройство следует ввести таймер (на чертеже не показан).
Для обеспечения возможности считывания показаний непосредственно с датчика жидкость помещают в трубку, которую устанавливают на панели со шкалой температуры, воспроизводя тем самым конструкцию обычного термометра. В случае необходимости панель выполняют в виде солнечной батареи.
Отображают индикатором соответствие температуры определенному диапазону, в результате чего можно визуально оценить (причем в разных точках почти сразу) пределы, в которых находится значение температуры.
Внедрение изобретения позволит создать простые, надежные и удобные устройства для измерения температуры, которые, например, можно использовать в автоматических системах кондиционирования.
Источники информации
1. А.с. СССР №669221, МПК G01K 11/12, 1977 - аналог.
2. А.с. СССР №945682, МПК G01K 11/12, 1982 - прототип.