Датчик температуры

 

Использование: изобретение используется при измерении низких температур в условиях повышенной вибрации и лучистых тепловых потоков. Сущность изобретения: в полости герметизированного корпуса размещены чувствительный элемент (ЧЭ) из нитевидного монокристалла GaAs э электрическими выводами и наполнитель из порошка Al₂O₃. Корпус выполнен из монокристаллического корунда, одна из граней нитевидного кристалла покрыта графитом. Электрические выводы, каждый из которых выполнен из двух проводников разного поперечного сечения, закреплены на стенках корпуса по длине проводника большего сечения. Датчик может быть использован в качестве микроболометра. 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для низкотемпературных измерений.

Известны датчики температуры, содержащие чувствительные элементы (ЧЭ) из нитевидного кристалла GaAs, к которому подсоединены электрические выводы, установленные в цилиндрическом корпусе или на пленочном основании [1] Контакт ЧЭ с поверхностью объекта и теплообмен между ними осуществляются, как правило, через корпус и слой наполнителя.

Недостатками известных датчиков являются низкая надежность из-за отсутствия герметизации ЧЭ, а также невозможность измерения тепловых потоков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик температуры, содержащий ЧЭ из нитевидного монокристалла GaAs с электрическими выводами, выполненными из двух проводников разного поперечного сечения, и наполнитель, размещенные в полости герметизированного металлического корпуса [2] В качестве теплообменной среды (наполнителя) в устройстве используется газообразный гелий.

Недостатками этого температурного датчика являются ограниченные функциональные возможности, а также высокая инерционность.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей датчика за счет обеспечения измерения лучистых тепловых потоков при одновременном снижении инерционности и повышении надежности в условиях вибрации.

Для этого в известном датчике температуры одна из граней нитевидного монокристалла покрыта графитом, его электрические выводы закреплены на стенках корпуса, выполненного из монокристаллического корунда, по длине проводников большего поперечного сечения, а в качестве наполнителя использован порошок Аl₂О₃.

Благодаря высокой теплопроводности монокристаллического корунда при низких температурах (его коэффициент теплопроводности при Т=30-40^оК достигает 6000 Вт/м˙ К, при 77^оК-1300 Вт/м˙ К, а также использованию в качестве теплообменной среды порошка Аl₂О₃ улучшаются тепловые характеристики датчика повышается быстродействие.

Прикрепление электрических выводов ЧЭ к корпусу, а также высокая прочность последнего повышают надежность устройства в условиях вибрации.

Покрытие тепловоспринимающей поверхности ЧЭ графитом, а также высокая оптическая прозрачность монокристаллического корунда позволяют использовать данный датчик в качестве микроболометра для измерения лучистых тепловых потоков в полосе пропускания корунда (0,145-6 мкм).

На чертеже представлена схема датчика температуры.

На чертеже показаны чувствительный элемент (ЧЭ) 1, графитовое покрытие 2, золотые электрические выводы 3, медные электрические выводы 4, корпус 5 из монокристаллического корунда, отверстие 6 с наполнителем 4 и эпоксидный компаунд 7.

Датчик температуры содержит ЧЭ1 из нитевидного монокристалла GaAs, который посредством электрических выводов 3 и 4 подсоединяют к измерительному прибору. ЧЭ установлен в отверстии 6 корпуса 5 вблизи дна, засыпан наполнителем (порошок Аl₂О₃) и загерметизирован компаундом 7.

Датчик изготавливается следующим образом.

К ЧЭ 1 посредством сварки подсоединяют электрические выводы 3 из золотого микропровода ⊘ 30 мкм, к которым затем также с помощью сварки подсоединяют выводы 4 из медного провода в лаковой изоляции ⊘ 0,1 и 0,05 мм. Одну из граней нитевидного монокристалла покрывают слоем диэлектрического графитового порошка на клеевой основе. ЧЭ 1 вместе с электрическими выводами 3 и 4 располагают в отверстии 6 корундового корпуса 5. Проводник 4 большего диаметра прикрепляют к стенке отверстия 6 посредством клея. После этого производят засыпку отверстия 6 порошком Аl₂О₃ с размером зерна 3-5 мкм. Корпус 5 изготавливают из монокристалла корунда в форме параллелепипеда с размерами 2,0х1,0х0,7 мм. Отверстие 6 в корпусе 5 высверливают ⊘ 0,3 мм. Герметизирующий компаунд 7 содержит эпоксидную смолу "ЭДП" с 30%-ной добавкой Аl₂О₃.

Для измерения температуры предварительно проградуированный датчик (измерена зависимость R/T) устанавливается на исследуемой поверхности или в объеме. При измерении лучистых тепловых потоков датчик градуируют как болометр (в В/Вт), при этом излучение должно падать перпендикулярно зачерненной поверхности ЧЭ1, покрытой графитовым слоем.

Показатель тепловой инерции датчика не превышает 1 мс.

Формула изобретения

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий чувствительный элемент из нитевидного монокристалла GaAs с электрическими выводами, каждый из которых выполнен из двух проводников разного поперечного сечения, и наполнитель, размещенные в полости герметизированного корпуса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика путем обеспечения измерения лучистых тепловых потоков при одновременном снижении инерционности и повышении надежности в условиях вибрации, одна из граней нитевидного монокристалла покрыта графитом, его электрические выводы закреплены на стенках корпуса, выполненного из монокристаллического корунда, по длине проводников большего поперечного сечения, а в качестве наполнителя использован порошок A1₂O₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1