Емкостный датчик температуры труднодоступных объектов

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения температуры объектов, доступ к которым затруднен. При измерении температуры в объекте размещают капсулу с кристаллом Pbln_0,5Nb_0,3O₃ перовскитной модификаци и выдерживают датчик в течение времени, необходимого для установления величины его емкости С. После охлаждения по величине С кристалла по градуировочному графику определяют температуру объекта. Датчик рассчитан на многократное использование в диапазоне 400 - 1000°С. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии, в частности к датчикам для бесконтактного измерения температуры деталей машин и других объектов, доступ к которым во время работы затруднен или невозможен, в интервале 400-1000^оС. Цель изобретения - повышение точности измерения. На чертеже представлена зависимость емкости С кристалла со структурой перовскита при 200^оС в зависимости от температуры предварительного отжига. Поскольку значение С, характерное для данной температуры отжига, устанавливается в течение определенного времени, для построения кривой, изображенной на чертеже, время отжига выбирается таким, чтобы его дальнейшее увеличение не приводило к изменению С. Это время уменьшается при увеличении температуры отжига и в данных кристаллах составляет при 1000^оС от 1 до 10 мин, при 400^оС 30 ч. и более. Кривая на чертеже служит градуировочным графиком, по которому определяется температура. Измерение температуры осуществляется следующим образом. На противоположные грани кристалла Рbln_0,5Nb_0,3О₃ наносят металлические электроды (например, путем вжигания платиновой или палладиевой пасты). Затем его помещают в герметичную капсулу (например, в керамическую или платиновую), наполненную порошком РbZrO₃ для предотвращения испарения из кристалла оксида свинца при высоких температурах. Производят градуировку датчика, для чего капсулу с кристаллом изотермически отжигают при нескольких температурах в интервале 400-1000^оС (время отжига должно быть достаточно длительным для того, чтобы значение емкости С успевало установиться). После каждого отжига кристалл извлекают из капсулы, помещают в измерительную камеру, в которой поддерживается заданная температура, и измеряют электрическую емкость. По полученным данным строят кривую зависимости емкости от температуры отжига, которая служит градуировочным графиком. Для измерения температуры капсулу помещают в место, подлежащее контролю, выдерживают ее при измеряемой температуре в течение времени, необходимого для установления величины С, после охлаждения извлекают кристалл из капсулы, помещают его в измерительную камеру, в которой поддерживается та же температура, что и при градуировке, измеряют величину С и по градуировочному графику определяют температуру. На величину емкости в диэлектрическом кристалле РbIn_0,5Nb_0,5O₃ влияет степень упорядоченности в расположении атомов I_n и N_b по узлам кристаллической решетки. В используемом кристалле при Т_n = 1010-1020^оС наблюдается фазовый переход, для которого параметром порядка служит величина S. Для любых температур Т > Т_n S= 0 (неизменна) и, следовательно, неизменна величина емкости. Для Т < Т_n равновесное значение S монотонно увеличивается при понижении температуры от S=0 (при T=T_n) до S=1 (при Т=0 К). Однако использование датчика при температуре ниже 400^оС затруднено из-за значительного возрастания времени установления равновесного значения S, изменение которого происходит путем диффузии. Предлагаемый датчик обеспечивает высокую точность измерения в интервале 400-1000^оС (погрешность при 600^оС составляет 0,8%). Благодаря однозначной (не зависящей от термической предыстории) связи между емкостью датчика и измеряемой температурой не требуется знать форму графика изменения температуры объекта во времени, предшествующем установлению ее измеряемого значения, не требуется измерять емкость датчика до помещения его в термометрируемый объект. В интервале температур 400-800^оС испарения оксида свинца не происходит и кристалл PbIn_0,5Nb_0,5O₃ может быть использован без капсулы с порошком PbZrO₃. При этом масса кристалла составляет 0,001-0,005 г, размеры ≈ 0,5 мм. Предлагаемый датчик рассчитан на многократное использование, он также может быть использован для измерения температуры, которая устанавливается в термометрируемом объекте после прохождения максимума.

Формула изобретения

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ ТРУДНОДОСТУПНЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащий чувствительный элемент из материала со структурой перовскита, снабженный электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, чувствительный элемент выполнен из кристалла PbIn_0,5Nb_0,5O₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---