Датчик температуры

 

Изобретение относится к измер тельной технике, а имеиио к устррй ствам контроля температуры с преобразователями поверхностных акустических воли (ПАВ). Для повышения быстродействия и точности измерения температуры по виешнему контуру звукопро-. вода 1 выполнены Г-образные выступы 3, жестко соединяющие его с крьшкой 5 корпуса. Развязка зоны соединения от области звукопровода, где размещена ПАВ-структура 2, позволяет исключить дрейф выходиой частоты датчика. Вакуумирование объема 6 датчика разко замедляет процесс старения ПАВ-структуры 2. 7 ил.

„„SU „„1264013

СОКИ СОЕЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 С 01 К 11/24

ГОСУЛФРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВ РОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фю1 (2)) 3803496/24-10 (22) 22. 10. 84. (46) )5.)0.86. Бюл. У 38 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.М.Колепко è )5.В.Мешков (53), 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 939968, кл. О 01 K 11/24, 1982.

Заявка Великобритании 1) 2019567, «л. 6 01 К 1)/26, 1979. (54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУР) )

1(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устррйствам контроля температуры с преобразователями поверхностных акустических волн (ПАВ). Для повышения быстродействия и точности измерения температуры по внешнему контуру звукопро-. вода 1 выполнены Г-образные выступы Э, хестко соединяющие его с крышкой 5 корпуса. Развязка зоны соединения от области звукопровода, где размещена ПАВ-структура 2, позволяет исключить дрейф выходной частоты датчика. Вакуумирование объема 6 датчика разко замедляет процесс старения ПАВ-структуры. 2. 7 ил.

1Р,О! 3 вследствие изменения величины акустической задержки ПАВ 1, что связано, в свою оч=-редь., с температурой зависимостью скорости ПАВ и изменением геоме..;"рическ«1ы размеров звуконровода

Частотно-температурная характеристика f ПАВ-генератора на основе зву(тl копровода I иэ, например, м онокр исталлического кварца опр ед еляе тся выражением я — температурные коэффициенты астоты «.-го и:грядка, измеренные при опорной температуре Т 25 С..

В частности,, для кварца LST-сре«ч 2В . 1О -8 IG (С); для У-среза. je (С), P =-3,a !О (С) . Таким образом, изменение температуры контролируемой среды сопровождается практически линейным изменением частоты датчика.

Положительный эффект, достигаемый за счет применения предлагаемого решения, можно пояснить следующим образом. и — /2 <7 й.

t.

Э где n — I, 2, 3 ... — целое, определяющее модуль колебания;. суммарный фазовый сдвиг в цепях усилителя, входнбм и выходном ВШП „" 50

i — акустическая задержка ПАВ при ее распространении в ПАВструктуре 2.

Изменение температуры контролируемой среды, в которую помещается дат- 55 чик, и, следовательно, темпера. туры звукопровода I приводит к девации выходной частоты f ПАВ-генератора

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам контроля температуры с преобра( зователями поверхностных акустических волн ПАВ), и может быть исполь- 5

1 эовано, в часности, в бортовой аппаратуре транспортных средств, напри«лер автомобилей.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерения

i0 температуры.

На фиг.! показан датчик температуры; на фиг,2 — разрез А-А на фиг.l," на фиг.3-7 †. варианты предлагаемого датчика температуры, разрез.

Датчик температуры (фиг.!) содержит звукопровод 1, на поверхности которого размещена структура на ПАВ

2 (линия задержки на ПАВ или ПАВ-резонатор ). По внешнему контуру звукопровода непосредственно в его маФериале выполнены Г-образные выступы 3, посредством которых эвукопровод с помощью, например, легкоплав2 ких стекол либо другого связующего вещества 4 жестко соединен с крышкой 5 корпуса. При этом звукопровод

1 является одновременно основанием корпуса. Объем 6 датчика над поверхностью распространения ПАВ в звуко-, проводе l вакуумируется. На ПАВ-струк туре 2 путем ее включения в цепь обратной связи усилителя (не показан) образован ПАВ-генератор.

Процесс измерения температуры прад-35 предлагаемым датчиком осуществляется следующим образом.

Частота, при которой происходит возбуждение TlAB-генератора на основе ПАВ-структуры 2, в частности ли- 40 ния задержки на ПАВ, определяется вывыражением и (, (11; 21(Т

-ii) = н

9. (2) Поскольку соединение крь«шки 5 корпуса — звукопровод 1 с помощью связующего вещества 4 является жестким, (что необходимо для вакуумирования поверхности распространения ПАВ), из-эа разности в температурных коэффйциентах расширения (TKP) соединяемых материалов в области соединения возникают значительные механические напряжения и деформации. Разница в

TKP может быть обусловлена использованием крышки с ТКР, отличным от ТКР эвукопровода 1, либо различается ТИР связующего вещества 4. Однако даже при выполнении крышки 5 из того же материала, что и звукопровод I, например из монокристалличес-. кого кварца, невозможно получить свободное от термонапряжений соединение, поскольку связующее вещество 4 всегда имеет изотропный независящий от направления ТКР, а монокварц обладает значительной анизотропией тепловых свойств (ТКР кварца, вдоль, . например, z и z„ осей, отличается в

2 раза - соответственно 14 1О б и

7 IG (C) ).

1264013 4 (3) 10 (4) 20

Таким образом, при изменении температуры аТ в области соединения в материале звукопровода 1 возникают

;:.;e:<ÿía÷åñêaå- деформации, максимальная величина которых определяется как

Я = ьЫ аТ, МО KC где d — разница в ТКР.

Требуемое максимальное изменение линейного размера (удлинение или укорочение), необходимое для исключения термодеформации подложки из-за рассогласования в ТКР, на основании .(3) где I, — некоторый постоянный для данного датчика размер, определяемый его конкретной конструкцией и линейными размерами.

В случае сплошной однородной плоской подложки — звукопровода 1 проис- ходило бы распространение термодеформаций .и напряжений .по всему звукопроводу 1, в том числе в область размещения ПАВ-структуры. В резуль, тате наблюдался бы дрейф выходной частоты датчика и резкое снижение точности измерения.

Однако в предлагаемом датчике по периметру звукопровода 1 выполнены

Г-образные выступы 3. Зона соединения 4 связана с основной частью звукопровода l, где размещена ПАВструктура 2, посредством этих выступов. При передаче термонапряжений

as области соединения 4 к области звукопровода 1 с ПАВ-структурой 2 как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях (по отношению к поверхности распространения ПАВ), одно или одновременно оба плеча

Г-образного выступа 3 работают преимущественно на изгиб, подобно консольно закрепленной пластинке. В этом случае даже при небольших термически вызванных усилиях происходит значительная деформация Г-образных выступов 3 и необходимая величина а1„ „, накапливается за счет деформации, преимущественно изгиба, Г-образных выступов.

В результате в предлагаемом датчи.ке удается развязать имеющую значительные термонапряжения вследствие рассогласования ТКР зону соединения от области звукопровода 1, где размешена ПАВ-структура 2, и исключить таким образом появление в ней этих термонапряжений и связанного с ними дрейфа выходной частоты датчика, повысив тем самым точность измерения.

Для получения качественной герметизации датчика требуется жесткое соединение, достигаемое с помощью композиций на основе легкоплавких стекол, эвтектических слоев, пайки припоями, сварки и т.д. Предлагаемая конструкция позволяет осуществить жесткое соединение крышки корпуса 5 непосредственно со звукопроводом I избежав при этом термодеформаций ПАВ- . структуры 2 вследствие неизбежного рассогласования TKP в зоне соедине-.. ния. В результате вакуумирования объ ема б датчика над поверхностью рас.пространения ПАВ-резко замедляется процесс старения ПАВ-структуры 2 и улучшается долговременная стабильность датчика.

Кроме того, предлагаемый датчик имеет низкую тепловую инерционность и высокое быстродействие, лоскольку пол основания корпуса может выполнять звукопровод 1 (см. фиг.l ), в результате чего осуществляется непосредственное контактирование измеряемой среды с чувствительным. элементом датчика (при этом поверхность распространения ПАВ остается вакуумированной).

Предлагаемый датчик при необходимости может быть снабжен и отдельным основанием (фиг.l), т.е. полностью заключен в отдельный корпус ° В этом случае эластичный клей 7 целесообразно размещать в областях Г-образных выступов 3. Такой датчик при росте устойчивости к внешним воздействиям сохраняет его достоинства предыдущей конструкции за исключением увеличения тепловой инерционности.

Наряду с представленной на фиг.l конструкцией датчика могут быть использованы варианты его выполнения (фиг.4-7). В частности, конструкция фиг.5 позволяет производить операции по формированию Г-образных выступов

3 и процесс соединения со стороны, противоположной поверхности размещения IIAB-структуры 2, тем самым снижая вероятность ее повреждения.

Вариант фиг.б является более технологичным, поскольку все операсии, в том числе соединение с крыш% .12б4013 4 кой 5 корпуса, производятся со сто- d/h ЗИН, h <0,3Н Р) роны размещения структур на ПАВ 2, 1 конструкция фиг.7 представляет сов.предложении, что второе плечо выбой вырожденный случай предлагаемого ступа имеет ширину (h и длину датчика, когда два Г-образных паза 5 > 0,5Н, где D — длина части звукопросливаются в один общий Т-образный вода 1 без выступов в рассматриваевыступ. мом направлении; Н вЂ” толщина этой Поскольку к качеству обработки н части звукопровода. точнОсти размеров выступов 3 не предI является жестких требований, они лег- 1б Ф о р м у л в и,з о 6 р е т н и я ко могут быть сформированыметодом химического травления,@резерования и т.д. Датчик температуры, выполненнъй в

Требуемые геометрические размеры виде расположенного в корпусе эвуковыступов могут быть рассчитаны для провода, на поверхности которого данной конструкции датчика на основе 15 размещена структура на поверхностных известных соотношений теории упругос- акустических волнах, î v л и ч а юти,.при условии, чтобы они обеспе- шийся тем, что, с целью повыинвчивали компенсацию определяемой (4 ) ния быстродействия н точности иэмевеличины 6t „ . Однако обычно дос" рения температуры, по внешнему контутаточно выполйение соотношения для 6 ру звукопровода выполнены Г-образные хотя бы.одного из плеч Г-образного выступы, посредством которых он сое-: выступа фиг.б: динен с корпусом.

У 1

Ф 3

iPue2

2 «/ 7

3f ZS 63

Ф Ф к У

Составитель й; Андрнянов

Редактор Н. Киштулинец Техред И. Попович Корректор В.Бутяга

Заказ 5551/41 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4