DE2643241A1 - Temperaturanzeigevorrichtung - Google Patents

Temperaturanzeigevorrichtung

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DE2643241A1
DE2643241A1 DE19762643241 DE2643241A DE2643241A1 DE 2643241 A1 DE2643241 A1 DE 2643241A1 DE 19762643241 DE19762643241 DE 19762643241 DE 2643241 A DE2643241 A DE 2643241A DE 2643241 A1 DE2643241 A1 DE 2643241A1
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liquid crystals
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temperature
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G01K11/16Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of organic materials
    • G01K11/165Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of organic materials of organic liquid crystals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  • T emp eraturanz eig evorrichtung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturanzeige mittels in Mikrokaps eln eingeschlossenen C hole sterinflü s s igkristallen mit einer Mehrzahl von Feldern aus Flüssigkristallen unterschiedlicher Zusammensetzungen und Abmessungen, die nebeneinander auf einer Trägeroberfläche angeordnet sind und jeweils einem bestimmten Temperaturbereich entsprechen, wobei diese Flüssigkristalle auf der Trägeroberfläche in einem Bindemittel- und W eichmacherg emis ch suspendiert sind.
  • Es ist seit langem bekannt, dass Flüssigkristalle des Cholesterintyps bemerkenswerte optische Eigenschaften aufweisen. Ihr Drehvermögen ist beträchtlich und sie reflektieren u. a. kreispolarisiertes Licht. Darüberhinaus hängen die reflektierten Wellenlängen von der Temperatur ab. Deswegen reagieren Cholesterinflüssigkristalle auf Temperaturänderungen, indem sie nacheinander alle Farben des sichtbaren Spektrums von Rot bis Violett durchlaufen.
  • Diese Farbänderungen können sowohl Bruchteilen von Graden als auch mehreren Graden entsprechen je nach der Art oder den Arten von Cholesterinestern oder anderen eingesetzten Produkten. Diese Erscheinung der Farbänderung ist reversibel und tritt in einem Temperaturbereich zwischen -20°C und 250°C auf. Weil jedoch die von den Flüssigkristallen abgestrahlten Farben nur einen Teil des einfallenden Lichtes darstellen und das übrige einfallende Licht von den Flüssigkristallen durchgelassen wird, ist es notwendig, als Träger für die Flüssigkristalle einen schwarzen, absorbierenden Boden zu verwenden um die Reflexion des durchfallenden Lichtes zu verhindern und dadurch die saubere Trennung der von den Flüssigkristallen abgestrahlten Farben bzw. der reflektierten Wellenlängen zu begünstigen.
  • Die Verwendung flüssiger Cholesterinkristalle ist jedoch mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, die sich aus ihrem viskosen Zustand ergeben. Insbesondere ihre Fliesstendenz kann Veränderungen in der Stärke der Schicht hervorrufen, die auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht ist, wodurch die einwandfreie Wiedergabe des thermischen Diagrammes beeinträchtigt werden kann. Auch ihre grosse Empfindlichkeit gegen äussere Einflüsse kann zur Veränderung ihrer Eigenschaften führen. Deswegen wurde schon vorgeschlagen, die flüssigen Kristalle einzukapseln. Diese in Mikrokapseln eingeschlossenen Chole sterinflüs sigkristalle bieten gegenüber den nicht eingekapselten Flüssigkristallen den Vorteil, dass sie gegen äussere Einflüsse widerstandslähiger sind und eine reversible Temperaturabhängigkeit über sehr lange Zeiten aufweisen.
  • So ist eine temperatur empfindliche Anzeigevorrichtung bekannt, die Kombinationen von in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen unterschiedlicher Abmessungen und Zusammensetzungen aufweist, die in einem filmbildenden Bindemittel verteilt sInd. Dabei entspricht die Zusammensetzung einer bestimmten Schicht eingekapselter Flüssigkristalle einer bestimmten Temperatur und verfärbt sich, sobald diese Temperatur erreicht ist. Das Bindemittel, in welchem die Ester oder Estermischungen des Cholesterins verteilt sind, besteht dabei aus Polyvinylalkohol mit Glyzerin als Weichmacher und einem Befeuchtungsmittel. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese bekannte Ausführungsform keine ausreichend scharfe und genaue Sichtbarmachung der Farbänderungen bei den Aenderungen der Temperatur zu stände gestattet.
  • Zur Verbesserung der Genauigkeit in der Sichtbarmachung dieser Farbänderungen in Abhängigkeit von Temperaturänderungen ist auch schon vorgeschlagen worden, wässrige Suspensionen von Cholesterinflüssigkristalle enthaltende Mikrokapseln zu verwenden, die darüberhinaus noch folgende Bestandteile enthalten, bezogen auf das Gewicht der Suspension 0,2 bis 2 7o eines Konservierungs- und Gerbmittels, wie beispielsweise Formaldehyd, 2 bis 20 % eines Klebmittels und bzw. oder eines gelbildenden Produktes, wie beispielsweise Senegalgummi oder Albumin, 3 bis 30 7o eines Weicllmachersa wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Polymethylmethacrylatpolyoxyd od. dgl., 0, 5 bis 5 7o eines Fluoreszenzmittels, wie beispielsweise Eosin.
  • Die Aufbringung derartiger Suspensionen auf die Oberflächen geeigneter Träger gestattet die Herstellung einer sog. thermischen Karte, wobei ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den Temperaturen und den von den Flüssigkristallen reflektierten Farben besteht. Der Betrachter kann jedoch gleichwohl keinen ausreichend feinen Unterschied zwischen den beobachteten Farben und der abgelesenen Temperatur gegenüber den benachbarten Abweichungen ausmachen, um eine Temperaturablesung auf etwa ein halbes Grad zu ermöglichen.
  • Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung einer Temperatur anzeige mittels in Mikrokaps eln eing e s chlo s s enen Chole sterinflüs sigkristallen, die besser als die bisher bekannten Ausführungen den Erfordernissen der Praxis entspricht, insbesondere das Ablesen der Temperaturen von zu messenden Medien oder Produkten mit grösserer Genauigkeit zu gestatten, ferner mit einer sehr grossen Genauigkeit sehr kleine Temperaturunterschiede auseinander zu halten und die Ablesung der gemessenen Temperaturen unter einem monochromatischen Licht zu ermöglichen.
  • Eine solche Temperaturanzeige mittels in Mikrokapseln eingeschlossenen Cholesterinflüssigkristallen der eingangs erwähnten Art ist hierzu erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristalle sowie die diese Flüssigkristalle enthaltenden Mikrokapseln und die optischen Bindemittel, in denen letztere suspendiert vorliegen, so ausgewählt sind, dass deren entsprechende Brechungsindices möglichst nahe beieinander liegen.
  • Durch die Auswahl der in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristalle, der Mikrokapseln und der optischen Bindemittel, deren Brechung sindic es möglichst nahe beieinanderliegen, vermeidet man nämlich Verluste wegen schädlicher Brechungen und Streuungen und erhält auf diese Weise eine sehr grosse Ablesegenauigkeit bis zu einem halben Grad und selbst noch genauer.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Temperaturanzeige sind die optischen Bindemittel gefärbt, um eine optimale optische Ablesungsgenauigkeit in dem Temperaturbereich zu gewährleisten, innerhalb welchem die Ablesung erfolgt.
  • Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Temperaturanzeige sind die verwendeten optischen Bindemittel aus elektrisch leitenden Bindemittetausgewählt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Temperaturanzeige sind die Brechungsindices so aufeinander abgestimmt, dass bei in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen mit einem Brechungsindex zwischen 1, 7 und 1,9 das Material der Mikrokapselwandungen einen Brechungsindex zwischen 1, 68 und 1, 95 und die optischen Bindemittel einen Brechungsindex zwischen 1,6 und 2 aufweisen.
  • Durch geeignete Kombination der optischen Eigenschaften der Bestandteile der Temperaturanzeige gemäss der Erfindung erhöht man in einem beträchtlichen Ausmass und vorher nie erreichter Weise die Genauigkeit der Uebereinstimmungen zwischen Temperaturen und Farben. Man erzielt ferner eine ausserordentlich genaue und zuverlässige Temperaturkontrolle, welche sowohl in der Medizin als auch in zahlreichen Industrien praktisch verwendbar ist, insbesondere in der mechanischen, metallurgischen oder elektronischen Industrie zur Aufstellung sehr genauer "thermischer Karten" sowie in der Dekoration, dem Anzeige-, Reklamewesen usw.
  • Ausser den vorstehend erwähnten Ausführungsmöglichkeiten umfasst die Erfindung auch noch andere Ausführungsformen, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben.
  • Die Erfindung betrifft ganz besonders Temperaturanzeigesysteme unter Verwendung von in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen entsprechend den vorstehend genannten Ausbildungen sowie Herstellungsverfahren hierfür, zu messende Medien oder Produktesdie in irgendeiner Weise hiermit verbunden sind, und Geräte, welche diese Systeme enthalten.
  • Die Erfindung wird näher erläutert mit der nachfolgenden Beschreibung von praktischen Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemässen Temperaturanzeige. Diese Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und stellen keinerlei Begrenzung dar.
  • Beispiel 1 Die Temperaturanzeige nach diesem Beispiel dient zur Bestimmung eines Temperaturbereiches zwischen 6 und 18°C. Sie besteht aus sechs aufeinander abgestimmtnBestandteilen,von denen jeder in Mikrokapseln eingeschlossene Flüssigkristalle enthält, deren Zusammensetzung und bzw. oder Abmessungen einem Temperaturunterbereich innerhalb des genannten Temperaturbereichs entsprechen.
  • Die aufeinander abgestimmten Bestandteile bestehen aus Suspensionen der Art, wie sie bereits eingangs erwähnt sind.
  • Die sechs Arten von Flüssigkristallen, die in die Suspensionen eingebracht werden und hier 40% Feststoff ausmachen, werden im Handel angeboten, und zwar von der NATIONAL GASH REGISTER Cy. unter den Bezeichnungen R8, Rlo, R12, R14> R16> R18 und dem allgemeinen Namen 'tCHAMELEON" (Katalog APPLETON PAPER DIVISION). Die Brechungsindices dieser sechs Arten sind die folwenden: Produkt Brechungsindex (#5%) R8 1,9 R10 1,89 R12 1, 94 R14 1, 93 R16 1, 72 R18 1, 87 Die Gelatine der Mikrokapselwandungen für diese Flüssigkristalle besitzt im Rahmen der Erfindung einen Breshungsindex, welcher gleich 1, 87 ist.
  • Das optische Bindemittel, in welchem die in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristalle dispergiert sind, besitzt in vorteilhafter Weise in gleichem Fall einen Brechungsindex, welcher gleich 1,9 ist. In diesem Beispiel besteht das optische Bindemittel aus einem Polyvinylalkohol mit einem Brechungsindex von 1, 9, welcher im Handel unter der Bezeichnung "RHODOVIOL DS 125" erhältlich ist.
  • Beispiel 2 Die Temperaturanzeige nach diesem Beispiel ist für einen Temperaturbereich zwischen 22 und 300C bestimmt.
  • Sie besteht aus drei aufeinander abgestimmten Bestandteilen, von denen jeder in Mikrokapseln eingeschlossene Flüssigkristalle enthält, deren Zusammensetzung und bzw. oder Abmessungen einem Temperaturunterber eich innerhalb des erwähnten Temperaturb er eiches entspricht.
  • Die aufeinander abgestimmten Bestandteile bestehen aus Suspensionen der Art, wie sie bereits eingangs erwähnt sind.
  • Die drei Arten von Flüssigkristallen5 welche in diese Suspensionen einzubringen sind, werden im Handel von der NATIONAL CASH REGISTER Cy. unter den Bezeichnungen W20, W25 und W30 angeboten.
  • Ihre Brechungsindices sind folgende Produkt Brechungsindices (- 5%) W20 1, 87 W25 1 70 W30 1, 90 Die Mikrokapselwandungen, welche die Flüssigkristalle gemäss der Erfindung enthalten, bestehen aus Gelatine und ihr Brechungsindex liegt bei 1, 87.
  • Das optische Bindemittel, in welchem die in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristalle dispergiert sind, besteht ebenfalls aus "RHODOVIOL DS 125", welchem 10 Vol% eines Klebmittels, 0, 5 Vol% Glyzerin und 5 Vol% eines Antischaummittels S (im Handel unter der Bezeichnung "EURAND") zugesetzt sind. Der Brechungsindex dieses optischen Bindemittels ist gleich 1 87.
  • Wirkungskontrolle der erfindungsgemässen Temperaturanzeige Man bringt eine sehr feine Schicht (Stärke nach der Trocknung in der Grössenordnung von 5 Mikron) einer Suspension von in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen auf einen schwarzen Körper auf (geglühter Kohlenstoff von 1 Mikron). Das Ganze wird auf einen Heizträger aufgebracht, beispielsweise eine Lamelle aus polyoptischem Glas, bedeckt von einer Ni-Cr-Schicht, welche das Heizelement und den Temperaturgeber bildet.
  • Man lässt hierauf die Temperatur der ganzen Anordnung in aufeinanderfolgenden Stufen in der Grössenordnung von 0> 25 OG steigen, wobei jede Stufe eine Zeit von wenigstens 10 Minuten für die thermische Stabilisation erfordert.
  • Während jeder dieser thermischen Stabilisation bestrahlt man die aufgebrachte Schicht senkrecht mit einem monochromatischen Lichtstrahl, und zwar nacheinander mit fünf verschiedenen Wellenlängen, und zwar A l(blau) : 4 380 A 2(grün) : 5 600 X A 3(gelb) : 5 870 A A 4(ocker) : 6 180 A 5(rot) : 6 600 A Bei jeder Bestrahlung misst und berechnet man den Reflexionskoeffizienten und zeichnet dann die Kurve, die aus den Maxima besteht.
  • Man erhält auf diese Weise eine eindeutige Beziehung zwischen den Wellenlängen, welche den Maxima entsprechen, und den Temperaturen.
  • Es ist erforderlich, dass die verschiedenen erhaltenen Maxima innerhalb des zu untersuchenden Temperaturbereiches im sichtbaren Spektrum liegen.
  • Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, erhält man durch die erfindungsgemässe Anordnung eine Temperaturanzeige mit in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen, deren Empfindlichkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit sehr weit über denen liegen, die man bei den vorher bekannten Temperaturanzeigesystemen derselben Art erzielen konnte. Die praktischen Anwendungen können daher weiter auf die Industrie ausgedehnt werden, insbesondere zur Feststellung von Pfannen, Ueberwachung, Erkennung von Material-und Strukturfehlern, sowie zur Verfeinerung klinisch- medizinischer Diagnosen (Tumore, pathologische Gefässverschlüsse usw. ) und auch für äussere Zwecke (Reklamewesen, Anregung Dekoration, Anzeige usw. ).
  • Wie in der Beschreibung erwähnt, ist die Erfindung keinesfalls auf diese Ausführungsformen und die näher beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle Abwandlungen, die sich für einen Fachmann im Rahmen der Erfindung ergeben.

Claims (4)

  1. PATENTANSPR UEC HE 1. Vorrichtung zur Temperaturanzeige mittels in Mikrokapseln eingeschlossenen Cholesterinflüssigkristallen mit einer Mehrzahl von Feldern aus Flüssigkristallen unterschiedlicher Zusammensetzungen und Abmessungen, die nebeneinander auf einer Trägeroberfläche angeordnet sind und jeweils einem bestimmten Temperaturbereich entsprechen, wobei diese Flüssigkristalle auf der Trägeroberfläche in einem Bindemittel- und Weichmachergemisch suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristalle sowie die diese Flüssigkristalle enthaltenden Mikrokapseln und die optischen Bindemittel, in denen letztere suspendiert vorliegen, so ausgewählt sind, dass deren entsprechende Brechungsindices möglichst nahe beieinanderliegen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung einer optimalen optischen Ablesung des entsprechenden Temperaturbereiches, in welchen man abliest, die optischen Bindemittel gefärbt sind.
  3. 3. Vorrichtung nach AnspruchS dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten optischen Bindemittel elektrisch leitende Bindemittel sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei in Mikrokapseln eingeschlossenen Flüssigkristallen mit einem Brechungsindex zwischen 1, 7 und 1, 9 das Material der Mikrokapselwandungen einen Brechungsindex zwischen 1, 68 und 1195 und die optischen Bindemittel einen Brechungsindex zwischen 1, 6 und 2 aufweisen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19950516A1 (de) * 1999-10-20 2001-04-26 Herbener Heinz Gerd Temperaturmeßeinrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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