РОЗРОБКА ОПТИЧНОГО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРИ НА РІДКИХ КРИСТАЛАХ

В. Скосар; Н. Бурилова; О. Ворошилов; С. Бурилов

doi:10.15407/scine19.05.034

Автор(и)

В. Скосар Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-2151-3417
Н. Бурилова Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-0474-0236
О. Ворошилов Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-9937-3637
С. Бурилов Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-8070-6764

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine19.05.034

Ключові слова:

промислові датчики, оптичні датчики температури, рідкі кристали, фазові переходи.

Анотація

Вступ. Високотехнологічне виробництво потребує ретельного контролю технологічного процесу, роботи заводського устаткування, параметрів робочих приміщень, які задовольняють критеріям безпеки і комфорту працівників. Для цього використовують датчики фізичних параметрів, зокрема, й температури.
Проблематика. В умовах промислових приміщень і поблизу заводського устаткування необхідними є спеціальні датчики температури, які не пошкоджуються від дії різноманітних технологічних факторів: високої концентрації пилу, аерозолів хімічних речовин, високого рівня шуму.
Мета. Показати можливості конструювання оптичного датчика температури на рідких кристалах, який буде надійно працювати в умовах високотехнологічного промислового виробництва.
Матеріали й методи. Застосовано аналітичний огляд наукових публікацій, експеримент, чисельний аналіз експериментальних даних.
Результати. Запропоновано конструкцію оптичного порогового датчику температури, який містить джерело оптичного випромінювання, підключене до вхідного оптичного полюса оптичного перемикача. Датчик здатен фіксувати ряд порогових температур, які відповідають температурам фазового переходу кожного термочутливого елемента. Як термочутливі елементи використано композити на основі рідкого кристалу 6CB з додаванням магнітних наночастинок Fe₃O₄. Вони змінюють температуру фазового переходу від 22 до 29 °С залежно від концентрації та розмірів наночастинок. Завдяки цьому датчик може фіксувати порогові температури в діапазоні 22—29 °С з точністю 0,05 °С.
Висновки. Запропоновану розробку датчику температури на рідких кристалах може бути використано на промислових підприємствах, зокрема, на сучасному акумуляторному виробництві для контролю за температурними режимами у приміщеннях і поблизу технологічних установок.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Sensors: A Reference Guide. (2012). (Eds. V. M. Sharapova, E. S. Polishchuk). Moscow [in Russian].

Humen, O., Martin, E., Spodynyuk, N., Lyaskovskaya, S. (2017). Information graphic means of representing the space of the temperature field of industrial buildings. Bulletin of KhNTU. Applied geometry and computer technology, 62(3), 269- 273 [in Ukrainian].

Patent of Ukraine № 131737. System of measurement and accounting of individual consumed heat in multi-storey buildings. Prisyazhnyuk V. V., Koval V. S. [in Ukrainian].

Rybak, V., Sklyarenko, S., Strokach, A. (2007). A device based on a pyroelectric receiver of infrared radiation for remote measurement of the temperature of axleboxes of rail vehicles in the process of movement. Science and innovation, 3(2), 34-46 [in Russian]. https://doi.org/10.15407/scin3.02.034

Liquid crystal thermometers. I.P.S. URL: https://ips-promotional.com/en/products/liquid-crystal-thermometers.html (Last accessed: 27.05.2023).

Gavrichev, V., Dmitriev, A. (2012). Fiber optic threshold temperature sensor. Optical instrumentation and technology, 79 (7), 24-28 [in Russian]. https://doi.org/10.1364/JOT.79.000399

Kleman, M., Lavrentovich, O. D. (Eds.). (2003). Soft matter physics: an introduction. New York.

https://doi.org/10.1007/b97416

Gricenko, М. І. (2012). Physics of liquid crystals. Kyiv [in Ukrainian].

Visjtak, М. (2014). Modification of cholesteric liquid crystals with active nano-admixtures for elements of electronic equipment. Lviv [in Ukrainian].

Reinitzer, F. (1888). Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins. Monatshefte für Chemie, 9(1), 421-441. https://doi.org/10.1007/BF01516710

Lisetski, L. (2010). What was observed by Julius Planer in 1861? Condensed Matter. Physics, 13(3), 33604, 1-4. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/32109 (Last accessed: 27.05.2023). https://doi.org/10.5488/CMP.13.33604

Trokhymchuk, A. (2010). On Julius Planer's 1861 paper «Notiz über das Cholestearin. Іn Annalen der Chemie und Pharmacie». Condensed Matter. Physics, 13(3), 37002, 1-4. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/32113 (Last accessed: 27.05.2023).

https://doi.org/10.5488/CMP.13.37002

Shenderovskyi, V. A., Trokhymchuk, A. D., Lisetski, L. N., Kozhushko, B. V., Gvozdovskyy, I. A. (2018). Julius Planer. A pioneer in the study of liquid crystals. Journal of Molecular Liquids, 267, 560-563. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.01.070

Planer, J. (1861). Mittheilungen aus dem Universitätslaboratorium in Lemberg., Annalen der Chemie und Pharmacie (Annals of Chemistry and Pharmacy). Band CXVIII, Bandes erstes Heft, 1, 25-27.

Planer, J. (2010). Note about Cholesterol. Condensed Matter Physics, 13(3), 33601, 1-2. URI: http://dspace.nbuv.gov. ua/handle/123456789/32112 (Last accessed: 27.05.2023).

https://doi.org/10.5488/CMP.13.37001

Lehmann, O. (1889). Über fliessende Krystalle. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 4, 462-72.

https://doi.org/10.1515/zpch-1889-0434

Brochard, F., Gennes, de P. G. (1970). Theory of magnetic suspensions in liquid crystals. J. Phys. (France), 31, 691-708. https://doi.org/10.1051/jphys:01970003107069100

Liebert, L., Martinet, A. (1980). Ferronematic lyotropic. IEEE Transactions on Magnetics, 16(2), 266-269. https://doi.org/10.1109/TMAG.1980.1060607

Chen, S. H., Amer, N. M. (1983). Observation of macroscopic collective behavior and new texture in magnetically doped liquid crystals. Physical review letters, 51(25), 2298-2301.

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.2298

Liebert, L., Neto, A. F. (1984).Optical microscopic observation of depletion layers, in a calamitic ferronematic lyomesophase. Journal de Physique Lettres, 45(4), 173-178.

https://doi.org/10.1051/jphyslet:01984004504017300

Chen, S. H., Chiang, S. H. (1987).The magnetic-field-induced birefringence of the mixtures of the chiral molecules and the ferronematic liquid crystals. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 144(5), 359-370. https://doi.org/10.1080/15421408708084229

Burylov, S. V., Raikher, Y. L. (1995). Macroscopic properties of ferronematics caused by orientational interaction on particle surfaces. I. Extended continuum model. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 258, 107-122. https://doi.org/10.1080/10587259508034552

Burylov, S. V., Zadorozhnii, V. I., Pinkevich, I. P., Reshetnyak, V. Y., Sluckin, T. J. (2002). Magnetic field induced orientational bistability in a ferronematic cell. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 375(1), 525-534. https://doi.org/10.1080/10587250210569

Garbovskiy, Yu. A., Glushchenko, A. V. (2010). Liquid crystalline colloids of nanoparticles: preparation, properties, and applications. Solid State Physics, 62, 1-74. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374293-3.00001-8

Kredentser, S., Buluy, O., Davidson, P., Dozov, I., Malynych, S., …, Reznikov, Yu. (2013). Strong orientational coupling in twocomponent suspensions of rod-like nanoparticles. Soft Matter., 9(20), 5061-5066. https://doi.org/10.1039/c3sm27881f

Chernyshuk, S. B., Lev, B. I. (2010). Elastic interaction between colloidal particles in confined nematic liquid crystals. Physical Review E., 81(4), 041701. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.81.041701

Burylov, S. V., Zakhlevnych, A. N. (2013). Orientational energy of anisometric particles in liquid-crystalline suspensions. Physical Review E., 88, 012511. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.88.012511

Gdovinova, V., Tomašovicová, N., Éber, N., Tóth-Katona, T., …, Kopčanský, P. (2014). Influence of the anisometry of magnetic nanoparticles on the isotropic-nematic phase transition. Liquid Crystals, 41, 1773-1777. https://doi.org/10.1080/02678292.2014.950615

Prodanov, M. F., Buluy, O. G., Popova, E. V., Gamzaeva, S. A., Reznikov, Yu. O., Vashchenko, V. V. (2016). Magnetic actuation of a thermodynamically stable colloid of ferromagnetic nanoparticles in a liquid crystal. Soft Matter., 12, 6601. https://doi.org/10.1039/C6SM00906A

Smalyukh, I. I. (2018). Liquid crystal colloids. Annual Review of Condensed Matter Physics, 9, 207-226. https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-033117-054102

Burylov, S., Petrov, D., Lacková, V., Zakutanská, K., …, Tomašovičová, N. (2021). Ferromagnetic and antiferromagnetic li quid crystal suspensions: Experiment and theory. Journal of Molecular Liquids, 321, 114467. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114467

Gоtra, Z. Yu., Zelinskiy, R. Ya., Mikitjuk, Z. М., Sorokin, V. М., Sushinsjkiy, О. E., Fechan, А. V. (2010). Liquid crystal electronics. Lviv [in Ukrainian].

Rao, Yu., Yamin, Xu. (2012). Liquid crystal thermography measurement uncertainty analysis and its application to turbulent heat transfer measurements. Advances in condensed matter physics, 898104.

https://doi.org/10.1155/2012/898104

Patent of Ukraine № 94082. The method of manufacturing the primary transducer of the fiber optic temperature sensor. Gоtra Z. Yu., Mikitjuk Z. М., Fechan А.V., Sushinsjkiy О. E., …, Turik, P. М. [in Ukrainian].

Patent of Russian Federation № 2253902. Fire alarm sensor. Tolstunov S. A., Moser S. P. [in Russian].

Zakutanská, K., Lacková, V., Tomašovičová, N., Burylov, S., … Kopčanský, P. (2019). Nanoparticle's size, surfactant and concentration effects on stability and isotropic-nematic transition in ferronematic liquid crystal. Journal of Molecular Li quids, 289, 111125. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111125

Patent of Ukraine № 143003. Optical temperature sensor on liquid crystals. Burylov S. V., Burylova N. V., Skosar V. Yu. [in Ukrainian].