Устройство для измерения температуры

 

Сущность изобретения: в корпусе размещены основание в виде пластины из матбриала с низким коэффициентом линейного расширения и струна, закрепленная на нем своими концами. Поверхность пластины, обращенная к струне, покрыта токопроводящей пленкой. Струна выполнена из нитевидного полупроводникового тензочувствительного монокристалла . Автогенератор, подключенный к струне и через электрический контакт к токопроводящей пленке, возбуждает колебания струны. При изменении температуры частота собственных колебаний струны изменяется , что регистрирует измеритель частоты. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (" 0Э 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с зги

I -. гз.. :;,.", ."- .. ; м :4, . ттии";л";„, .лги ll Pô

z л Фи . т ° ми ььФ

1 (21) 4785661/10 (22) 23,01.90 (46) 15,07.92. Бюл. М 26. (71) Львовский политехнический ийстйтут им. Ленинского комсомола и Институт морской геологий и геофизики Дальневосточного отделения АН СССР (72) В.А, Воронин, Е,П. Красноженов, Р,И.

Байцар, А.В. Радионов, А,Н. Жирков и Н,Л.

Маковский (53} 536.51 (088,8) . (56) Милохин Н.Т. Частотные датчики систем автокойтрола и управления, M. Энергия, 1968, с. 36.

Авторское свидетельство СССР

М 532019, кл. G 01 К 7/32, 1975, Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в различных об. ластях науки и техники для измерения, контроля и регулировки. температуры и различных теплофизических параметров.

Известны струнные датчики различных физических величин, используемые в технике статических измерений, Действие йх основано на измерении частоты собственных колебаний струны при изменении ее натяжения. В струнных датчиках температуры натяжение струны, как правило, изменяется с температурой за счет неодинакового удлинения элементов конструкции, выполненных из разнородных материалов с различными температурными коэффициентами расширения.

Недостатками указанных датчиков являются невысокая чувствительность, низкая

> Ы,„, 174г7944 А1,з и (Й)з 6 01 К 5/567/32 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫРЫ (57).Сущность изобретения: в корпусе размещены осйованйе в аиде пластины из матерйала с низким: коэффициентом линейного расширения и струна, закрепленная на нем своими концами. Поверхность пластины, обращенная к струне, покрыта токойроводящей пленкой. Струна выполнена иэ нитевидного полупроводникового тензочувствительного монокристалла. Автогенератор, подключенный к струне и через электрический контакт к токопрово- . -дящей пленке, возбуждает колебания струны,.При изменении температуры частота собственных кблебаний струны изме- Я илетсл, иге регистрирует измеритель частоты. 1 ил, точность измерения, большая инерционность, Наиболее близким к предлагаемому йо технической сущности является струнный термометр, содержащйй корпус с натянутой внутри него струной из монокристаллического термоупругого сплава медь — алюминий — никель и магнитоэлектрическую систему, с помощью которой в струне возбуждают поперечные механические колебания. При изменении температуры частота колебаний струны изменяется как вследствие изменения ее натяжения иэ-эа:различия в коэффициентах теплового расширения материалов струны и элементов конструкции термометра, так и вследствие явления термоупругости. При этом основным параметром, определяющим чувствительность струнного термометра, является частота

1747944

3 собственных колебаний струны, которая за- ходимость в использовании возбуждающих виСйт от геометрических размеров струны, и приемных элементов конструкции термоЧем меньше длина струны и ее диаметр, тем метра, ограничивающих нижний предел выше частота и тем больше динамический размера струны. диапазон изменения частоты на заданный 5 Использование в качестве струны нитеинтервал температуры, т.е . тем выше чувст- видного монокристалла с практически идевительность термометра. альными механическими свойствами в

Конструктивные особенности известно- отношении упругости и прочности повышаго струнного термометра, связанные с за- етточностьдатчикатемпературы посравнеделкой концов струны в корпусе, и 10 нию с известными термометрами со используемые методы возбуждения меха- струнами из традиционных материалов . Вынических колебаний и преобразования их в сокое качество крепления концов струны на электрический сигнал не позволяют испорть- основании с помощью стеклоприпоев обес: зовать струны сколь угодно малых разме- пе"ивает соединение материалов струны и ров, Следовательно, его чувствительность 15 основания на уровне химической связи и ограничена. ВыСкальзывание концов струн исключает изменение со временем исизузловидефорацияучастков струны вбли- ходного механического состояния струзиместзаделкиуменьшаютточностьтермо- ны (начального натяжения) вследствие метра. Точность термометра уменьшается выскальзывания из узлов крепления. Совертакже вследствие релаксации напряжений в 20 шенство механических свойств нитевидных струне, созданных предварительным натя- кристаллов исключает релаксацию механижением ее при сборке., ческих напряжений и обеспечивает повыИз-за невозможности использования шение точности по сравнению с другими коротких струн размеры и масса термомет- типами струн. ра оказываются большими. Вследствие это- 25 Использование основания из материаго"инерционность термометра велика и он ла с нулевым коэффициентом теплового не может быть использован для измерений расширения снижает инерционность тербыстропротекающих процессов.. мометра до значений, характеризующих

Цель изобретения — уменьшение инер- инерционность изолированной струны, Это ционности. 30 определяется тем, что изменение темПоставленная цельдостигаетсятем,что пературы не приводит к расширению или в струнном термометре, содержащем кор- сжатию основания термометра и, следовапус с размещенной в нем струной, эакреп- тельно, не влияет на механическое состояленной концами на основании, и блок ние закрепленной на нем струны, которое возбуждения колебаний струны, подклю-, 35 может изменяться только вследствие ее тепченный к ней через токоподводы и соеди- . лового контакта с окружающей средой, Поненный с измерителем частоты, струна скольку размеры струны (длйна, диаметр) выполнена из нитевидного полупроводни- могут быть выбраны сколь угодно малыми, кового тензочувствительнаго: монокри- то инерционность термометра определяетсталла, а основание -имеет форму 40 ся исключительно этим элементом. пластины из материала с низким коэффи- На чвртежЕ представлен предлагаемый циентов линейного расширения, поверх- струнный термометр, общий вид. ность которой, обращенная к струне, Основаниетермометра1 выполненоиз покрыта токопроводящей пленкой с подсо- материала с нулевым или близким к нулю единенным к ней электрическим контактом, 45 значением температурного коэффициента подключенным к блоку возбуждениия коле- линейного расширения (керамика, Al20z, баний струны.: Т!Ог, ситалл марки СΠ— 115M, плавленный

Изобретение обеспечивает уменьше- кварц). На основании 1 располагают струну ние инерционности, габаритов и массы тер- 2 с токоподводами 3, изготовленную из нимометра, 50 тевидного тенэочувствительного монокриИсйользование струны-из нитевидного сталла, например кремния р-типа полупроводникового"тензочувствительного проводимости длиной около 1,5 мм и диамонокристалла повышает чувствительность метром 7 — 10 мкм. Концы струны закреплетермометра, поскольку позволяет приме- ны на основании в узлах 4. Поверхность

"нять струны сколь угодно малых размеров, 55 основания под струной покрыта токопровоЭто обусловливается-возможностью прямо- дящей пленкой 5, на которой сформирован го преобразования механических колеба- электрический контакт (возбуждающий ний струны в электрический сигнал за счет электрод) 6. Защитный корпус 7 снабжен внутренних тензорезистивных свойств гермовыводами 8, посредством которых токристалла, вследствиечегоисключается необ- коподводы кристалла и возбуждающий

1747944 электрод подключены к блоку 9 возбуждения колебаний струны, соединенному с блоком-регистратором 10, Устройство работает следующим обра- 5 зом.

При возбуждении автоколебаний частота определяется частотой собственных колебаний струны, зависящих от натяжения струны. При изменении температуры натя- 10 жение струны изменяется за счет теплового расширения (сжатия) ее между фиксированными узлами крепления струны на основании. Это изменение частоты преобразуется блоком-регистратором в показания темпе- 15 ратуры.

Использование изобретения позволяет создавать термометры для измерения температуры и других физических величин, изменение которых обусловлено тепловыми 20 процессами. Возможность изготовления термометров весьма малых размеров, ограничиваемых лишь размерами струны, которые могут быть сколь угодно малыми, позволяет создать малогабаритный преци- 25 зионный безынерционный термометр с минимальным дестабилизирующим влиянием на объекты измерений, Испытания одного из вариантов таких термометров с размерами основания 2 1 0,5 мм (длина струны 1,5 30 мм, диаметр 8 мкм) позволили оценить точность изменения температуры величиной

0,01 С при инерционности не более 0,1 с.

Предлагаемый струнный термометр имеет по сравнению с известным значительно меньшие габариты и массу, что позволяет проводить-йзмерения с минимальным влиянием на объект измерения, Возможно его применение в качестве рабочих и образцовых средств измерения температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее корпус с размещенной в нем струной, закрепленйой концами на основании, и блок возбуждения колебаний струны, подключенный к ней через токоподводы и соединенный с измерителем частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения инерционности, струна выполнена из нитевидного полупроводникового тензочувствительного монокристалла, а основание имеет форму пластины из материала,с низким коэффициентом линейного расширения, поверхность которой, обращенная к струне, покрыта токопроводящей йленкой с подсоединейным к ней электрическим контактом, подключенным к блоку возбуждения колебаний струны.