191128. lajstromszámú szabadalom • Hőmérsékletérzékelő optikai kimenettel
A találmány tárgya nemfémes hőmérsékletérzékelő optikai kimenettel, amely környezeti hatásoktól függetlenül egy adott hőmérséklet küszöbérték átlépését jelzi és optikai mérőláncon belül egymás után történő csatlakoztatására alkalmas. Az ismert hőmérsékletmérő műszerek nagy része elektromos mérési elven alapulnak és ennek következtében a mérőhely csatlakoztatására megfelelő vezetékeket igényelnek. Erős elektromágneses mezőben, potenciálleválasztásnál, robbanásveszélyes helyen, korrodáló környezetben stb. való alkalmazásuk során nehézségek jelentkeznek. Ezért főleg optikai kimeneti jelet előállító mérőérzékelőt alkalmaznak, amelynél a jeleket fényvezetők segítségével továbbítják és fotóelektromos vevőegységbe vezetik. Mérési határként a mérőérzékelő optikai jellemzőire ható folyamatos hőmérséklethatások szolgálnak, mint például a 2 632 633 számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat szerint az abszorpciós él hőmérsékleteltolása, a 2 941 677 számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat, a 3 672 221 lajstromszámú és a 4 316 388 lajstromszámú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások szerint a törésmutatónak hőmérséklettől függő változása, valamint a 4 215 576 lajstromszámú és a 4 140 393 lajstromszámú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint a kettős törésnek hőmérséklettől való függősége. A 4 316 388 lajstromszámú és a 3 045 085 lajstromszámú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokban ismertetett megoldások szerint külön mérőérzékelő helyett maga a fényvezető a mérendő értékre érzékeny és képezi mind a be- és kivezető vezetéket, mind a mérőérzékelőt. Optikai sugárzásintenzitás amplitúdó analóg mérése elektromos értékek mérésével összehasonlítva viszonylag nagy pontatlansággal jellemezhető. A méréspontosság növelésére a 4 111 050 lajstromszámú és a 4 203 326 lajstromszámú amerikai egyesült államokbeli, valamint a 0 050 306 számú európai szabadalmak szerint referenciacsatornákat alkalmaznak. Sok esetben nem a hőmérséklet folyamatos mérése feladat, hanem annak jelzése, hogy a hőmérséklet egy küszöbértéket túllép vagy az alá csökken. Mivel erre csupán igen - nem megállapítás szükséges, a többcsatornás elrendezések túl nagy ráfordítást igényelnek. A 37 266 lajstromszámú európai szabadalomból ismert olyan küszöbértékjelző, amely különböző törésmutatójú anyaggal kiképzett több rétegű fényvezető. A küszöbérték elérésekor az egymás mellett levő rétegek törésmutatója azonossá válik, aminek következtében a fény kicsatolódik és nem vezetődik tovább. A rétegek polimerokkal vagy szerves folyadékkal vannak kialakítva. Több mérőérzékelő egymás után kapcsolható. A találmány célja, hogy olyan hőmérséklet küszöbértékjelzőt hozzuk létre, amelynek optikai kimenete van, bonyolult kiértékelő egységet nem igényel és különböző hőmérsékletek számára csekély technológiai ráfordítással előállítható. A találmány feladata, hogy szerkezetileg egyszerű mérőérzékelőt hozzunk létre, amelynek optikai kimenete van és optikai transzmissziója hőmérsékletküszöbérték átlépésekor ugrásszerűen változik. 1 Továbbá biztosítani kell, hogy több érzékelővel mérőláncot valósíthassunk meg. A találmány szerint a feladatot úgy oldottuk meg, hogy a hőmérsékletérzékelőnek kapilláris csőként kialakított fényvezetője van, amelyben olyan anyag van elhelyezve, amelynek törésmutatója előnyösen nagyobb, mint az azt körülvevő köpeny törésmutatója, hogy ezáltal teljes visszaverődést érhessünk el. A hőmérsékletérzékelő kapilláris csövének egyik végébe fényvezetőn keresztül fényt vezetünk és a másik végéhez továbbítjuk, ahol egy további fényvezető a fényt felfogja és fotóelektromos vevőegységbe vezeti. A hőmérsékletküszöbérték átlépésekor a hőmérséklet érzékelőben termodinamikai szilárd - folyadék vagy folyadék-gáz fázishatárok képződnek vagy azok eltűnnek. Hasonló nagy transzmisszió változások szilárd fázisok kiválási folyamattal vagy folyadékokban történő szétválasztással vagy gáz kondenzálásával előidézhetek. Az alkalmazott anyagtól függően a termodinamikai fázisátmenet reverzibilis vagy irreverzíbilis. Előnyös, ha több találmány szerinti hömérsékletérzékelő optikailag mérőláncba van kapcsolva, ahol a mérőláncon belül az egyes hőmérsékletérzékelők kapilláris csövei különböző anyaggal vannak töltve. Ezáltal a küszöbérték spektrum szélesedik. A találmányt részletesen előnyös kiviteli példa segítségével ismertetjük, amelynél a kapilláris cső kvarcüvegből van kialakítva. A kapilláris cső brómnaftalinnal van töltve. A kapilláris cső mindkét végében fényvezető van bevezetve és a kapilláris csővel összekötve. Mivel a folyadék törésmutatója az üvegéhez viszonyítva lényegesen nagyobb, az egyik fényvezető által a kapilláris csőbe bevezetett fény nem tudja a kapilláris cső brómnaftalinna! töltött magját elhagyni, ha a totál reflexió határszög felett a kapilláris cső belső falazatára esik és így továbbhalad a másik fényvezető irányába. Ha a kapilláris csőnek egy tetszőleges részét a brómnaftalin forráspontja felé felmelegítjük, akkor a kapilláris csőben gőzbuborék keletkezik, amely a fényáram majdnem teljes megszakítását idézi elő. A fény részben a buborék helyén kilép a kapilláris csőből és lehetővé teszi, hogy közvetlen megfigyeléssel vagy járulékosan elhelyezett fényvezetőkkel azt a helyet határozzuk meg, ahol a küszöbérték átlépése történt. A fény egy másik része a fényt bevezető fényvezető felé verődik vissza. Megfelelő hitelesítés után a visszavert fényintenzitás alapján a buborék távolsága megállapítható. A mérőhelyen levő feltételektől függően a buborékok vagy visszaképződnek, vagy hosszabb időre fennmaradnak. A fényáram megszakadhat akkor is, ha a kapilláris csövet a brómnaftalin dermedéspontja alá lehűtjük. 2 Szabadalmi igénypontok 1. Hőmérsékletérzékelő optikai kimenettel, azzal jellemezve, hogy kapilláris csőként kialakított fényvezetője van, amelyben hőmérséklet küszöbérték átlépésekor optikai transzmisszióját ugrásszerűen változtató fázishatárfelületet képző anyag van elhelyezve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
