Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства



Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства
Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

 


Владельцы патента RU 2476836:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и сопротивление чувствительного элемента с последующим определением характеристики чувствительного элемента. Тепловое воздействие на чувствительный элемент оказывают теплоемким телом, на поверхности которого свободно располагают чувствительный элемент, который с внешней стороны теплоизолируют. Для реализации данного способа предложено устройство, включающее теплоемкое тело, электроизоляционную прокладку, теплоизоляционную накладку и датчик температуры. Теплоизоляционная накладка установлена на внешней поверхности чувствительного элемента. Еще одним объектом изобретения является способ изготовления данного устройства, включающий в качестве основных подэтапов процесс крепления электроизоляционной прокладки под чувствительным элементом и покрытие чувствительного элемента теплоизоляционной накладкой, с последующей сборкой датчика. Технический результат: повышение точности определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов. 3 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретения относятся к технике определения температурных характеристик чувствительных элементов различных резисторных датчиков, в частности, при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов, и предназначены, например, для использования их в теплопрочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при измерениях их поверхностных температурных полей.

Современный летательный аппарат имеет весьма сложную конструкцию, которая при минимальном весе должна обладать необходимой прочностью. Приходится проводить специфические экспериментальные исследования в широком диапазоне воздействий (сил и температур). [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974]. Воспроизведение полетных деформационных и температурных режимов крупных натурных конструкций в лабораторных условиях при создании новых современных объектов авиакосмической техники является чрезвычайно важной и сложной научно-технической задачей. Для целей измерения температур используют поверхностные датчики температуры с резисторными чувствительными элементами, например проволочными или пленочными термометрами сопротивления из платины, меди и никеля, имеющими определенные температурные характеристики сопротивления от температуры [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974, §6.2. Измерение температуры]. Для целей измерения деформаций используют тензорезисторы, температурные погрешности которых (возникающие от изменения их сопротивлений от температуры) могут быть существенно учтены, если известны заранее их температурные характеристики [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974, §6.6. Измерение деформаций и определение напряжений]. Термометры сопротивления и тензорезисторы (как датчики температуры и деформации соответственно) имеют в качестве чувствительного элемента собственно резисторный чувствительный элемент, сопротивление которого определенным образом зависит от его температуры, и процессы определения их температурных характеристик по сопротивлению не имеют существенной и принципиальной разницы.

Широко известно использование для измерения температуры поверхностей различных геометрических форм поверхностных термопреобразователей сопротивления с плоской конструкцией чувствительного элемента, представляющей собой намотку из платины, покрытую винифлексовым лаком, установленную в непосредственной близости от дна защитной гильзы [Приборы для измерения температуры контактным способом. Под общ. ред. Р.В.Бычковского. - Львов: Вища школа, 1978, §1.4. Поверхностные термопреобразователи сопротивления], а также термометры сопротивления с защитной арматурой, кабельными выводами и специальными штуцерами [Термопары и термометры сопротивления. Сводный каталог. М.: Отделение НТИ по приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, 1965]. Такое использование и действующий ГОСТ Р 8.625-2006 определяют совместно следующие широко известные объекты, аналогичные защищаемым.

Широко известен способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента термометра сопротивления, при котором помещают термометр сопротивления с исследуемым резисторным чувствительным элементом в нагревательную печь, задают ступенчато внутри печи необходимую известную температуру в требуемом диапазоне, вычисляют температурную характеристику чувствительного элемента по результатам измерений сопротивления чувствительного элемента и величинам заданной температуры печи.

Широко известно устройство для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента термометра сопротивления, содержащее нагревательную печь, обеспечивающую необходимую задаваемую температуру, внутрь которой помещен термометр сопротивления, и устройство измерения сопротивления, к которому подключен чувствительный элемент термометра сопротивления.

Широко известен способ изготовления устройства для определения температурной характеристики чувствительного элемента термометра сопротивления, при котором используют нагревательную печь, укрепляют внутри печи датчик ее температуры и термометр сопротивления с исследуемым чувствительным элементом, подсоединяют датчик температуры печи и чувствительный элемент к измерителю температуры и измерителю сопротивления соответственно.

Недостатками этих объектов являются существенные трудности при использовании таких термометров сопротивлений после определения температурных характеристик их резисторных чувствительных элементов для исследования поверхностных температурных полей объектов с малыми площадями, а также большим (сотни) количеством точек измерения температуры из-за их больших габаритов, сложностей крепления и значительного искажения поля температур исследуемой испытываемой конструкции своим на нее влиянием.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту и взятыми в качестве прототипов являются объекты, информация о которых представлена в книге: Клокова Н.П., Лукашик В.Ф., Воробьева Л.М., Волчек А.В. Тензодатчики для экспериментальных исследований. М.: Машиностроение, 1972, §5. Температурное приращение сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов является способ, заключающийся в том, что на чувствительный элемент, наклеенный на металлическую пластину и помещенный в нагревательное устройство, оказывают тепловое воздействие, регистрируют температуру этого воздействия на чувствительный элемент измерителем температуры нагревательного устройства и измеряют сопротивление чувствительного элемента для нескольких значений установленного диапазона температур ступенями, вычисляют температурную характеристику чувствительного элемента по результатам регистраций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов является устройство, состоящее из измерителя сопротивления с подключенным к нему чувствительным элементом, и измерителя температуры с подключенным к нему датчиком температуры нагревательного устройства, в котором расположена металлическая пластина с наклеенным на нее исследуемым чувствительным элементом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу изготовления устройства для определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов является способ, заключающийся в том, что исследуемый резистивный чувствительный элемент наклеивают на металлическую пластину, размещают в нагревательном устройстве и подключают к измерителю сопротивления, датчик температуры устанавливают в нагревательном устройстве и подключают к измерителю температуры.

Недостатками являются: существенное изменение сопротивления чувствительного элемента из-за известного тензоэффекта при неизбежном температурном деформировании (изменении линейных размеров) поверхности наклейки металлической пластины и используемого клея в процессе определения температурной характеристики, что приводит к искажениям определяемых температурных характеристик собственно самого (свободного) чувствительного элемента; невозможность использования испытанного чувствительного элемента термометра сопротивления в дальнейшем для измерения температуры плоскостей объектов из-за неизбежного его повреждения (разрушения) при отделении чувствительного элемента от испытательной пластины, вызывающего недопустимые искажения определенной в результате испытаний температурной характеристики после отделения чувствительного элемента от поверхности наклейки вследствие механических и других воздействий на сам чувствительный элемент в процессе отделения.

Задачей и техническим результатом настоящих изобретений являются повышение точности определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов датчиков за счет уменьшения влияния тензоэффекта в процессе определения температурных характеристик и устранения невозможности использования испытанного чувствительного элемента в дальнейшем для измерения температуры плоскостей объектов из-за неизбежного его повреждения (разрушения) при отделении чувствительного элемента от испытательной пластины.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, при котором на чувствительный элемент нагреванием и (или) охлаждением в требуемом диапазоне температур оказывают тепловое воздействие и измеряют температуру теплового воздействия на чувствительный элемент и сопротивление чувствительного элемента для нескольких значений диапазона температур, а по результатам измерений вычисляют температурную характеристику чувствительного элемента, тепловое (температурное) воздействие на чувствительный элемент осуществляют теплоемким телом, на поверхности которого свободно (не приклеивая) располагают чувствительный элемент, который с внешней стороны теплоизолируют, температуру теплового воздействия на чувствительный элемент измеряют устройством для измерения температуры теплоемкого тела.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, состоящем из измерителя сопротивления с подключенным к нему чувствительным элементом, измерителя температуры с подключенным к нему датчиком температуры и устройства теплового воздействия на чувствительный элемент, устройство теплового воздействия выполнено в виде теплоемкого тела, на поверхности которого свободно (не приклеенным) расположен чувствительный элемент, на внешней поверхности которого установлена и его фиксирует прижимная теплоизоляционная накладка, датчик температуры расположен на поверхности или внутри теплоемкого тела.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе изготовления устройства для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, при котором чувствительный элемент подключают к измерителю сопротивления, а датчик температуры подключают к измерителю температуры, чувствительный элемент прижимают к поверхности теплоемкого тела, например металлического многогранной формы с высокой теплопроводностью, накрывают чувствительный элемент теплоизоляционной накладкой из материала, не позволяющего чувствительному элементу деформироваться при изменении температуры, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела, выводят за пределы теплоемкого тела выводы чувствительного элемента непосредственно или подкладывают под ними электроизоляционную прокладку, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела, например приклеиванием, выводы чувствительного элемента соединяют с измерителем сопротивления непосредственно или через контакты на электроизоляционной прокладке, к которым припаивают соединительные с измерителем сопротивления провода, датчик температуры устанавливают на поверхность или внутрь теплоемкого тела через соответствующее отверстие.

Фигура 1 иллюстрирует устройство для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента. Фигура 2 поясняет способ изготовления устройства. Таблица содержит основные тепловые характеристики некоторых твердых металлов, например, при температуре 0°С [Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959].

Состав устройства: теплоемкое тело 1, датчик температуры 2, электроизоляционная прокладка 3, резисторные чувствительные элементы 4, прижимная теплоизоляционная накладка 5 (Фиг.1 и Фиг.2).

Заявляемые технические решения работают следующим образом.

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента 4 основан на том, что тепловое воздействие на чувствительный элемент 4 оказывают теплоемким телом 1, которое своим температурным состоянием через свою поверхность задает температуру чувствительного элемента 4, для чего его свободно (не приклеивая) располагают непосредственно на поверхности теплоемкого тела 1, в результате чего температурная деформация поверхности теплоемкого тела 1 не передается материалу чувствительного элемента и не вызывает дополнительного паразитного изменения его сопротивления. Температуру теплоемкого тела 1 меняют в соответствии с требуемым диапазоном. Регистрируют измерителем температуры эту температуру теплоемкого тела 1 в качестве температуры чувствительного элемента 4 и регистрируют измерителем сопротивления сопротивление чувствительного элемента 4 для нескольких значений установленного диапазона температур теплового воздействия, которое меняется в соответствии со своей температурой. По результатам этих регистраций вычисляют температурную характеристику чувствительного элемента 4. Для повышения точности соответствия температур поверхности теплоемкого тела 1 и материала чувствительного элемента 4 его с внешней стороны теплоизолируют, уменьшая влияние теплообмена с окружающей средой, который искажает устанавливаемую теплоемким телом 1 температуру чувствительного элемента 4.

Устройство для осуществления способа определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента 4 состоит из теплоемкого тела 1 и прижимной теплоизоляционной накладки 5, между которыми с непосредственным поверхностным контактом свободно расположен чувствительный элемент 4. На поверхности или внутри теплоемкого тела 1 установлен датчик температуры 2, который в соответствии с температурой теплоемкого тела 1 вырабатывает сигнал, регистрируемый измерителем температуры. Сопротивление чувствительного элемента 4 регистрируется измерителем сопротивления. Температурная характеристика исследуемого чувствительного элемента 4 вычисляется по результатам нескольких регистраций в испытуемом диапазоне температур.

В способе изготовления устройства для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента 4 его прижимают к внешней поверхности используемого теплоемкого тела 1, выполненного, например, металлическим многогранной формы с высокой теплопроводностью, и накрывают теплоизоляционной накладкой 5 из материала, не позволяющего чувствительному элементу 4 деформироваться при изменении температуры, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела 1. Выводы чувствительного элемента 4 выводят наружу (за пределы теплоемкого тела 1) непосредственно, если, например, они изолированы, или подкладывают под ними электроизоляционную прокладку 3, например в случае отсутствия электроизоляции выводов, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела 1, например приклеиванием. Выводы чувствительного элемента 4 соединяют с измерителем сопротивления непосредственно или через электромонтажные контакты на электроизоляционной прокладке 3, к которым припаивают соединительные с измерителем сопротивления провода. Датчик температуры 2 устанавливают на поверхность или внутрь теплоемкого тела 1 через соответствующее отверстие и подключают его к измерителю температуры. Чувствительный элемент 4 подключают к измерителю сопротивления. Изготовленное таким способом устройство готово к работе.

Тепловое воздействие на чувствительный элемент в рассматриваемых изобретениях может быть осуществлено следующим образом.

- Тепловое воздействие может быть положительным или отрицательным (в результате нагревания или охлаждения чувствительного элемента).

- Обеспечивают тепловым воздействием сначала максимальную температуру одной границы исследуемого диапазона, затем, изменяя соответственно тепловое воздействие, меняют температуру в сторону другой минимальной границы вплоть до ее достижения, или наоборот, что чаще бывает удобней.

- Тепловое воздействие, а следовательно, и изменение температуры чувствительного элемента может быть осуществлено ступенчато, для чего обеспечивают определенную временную выдержку на каждой ступени температуры требуемого диапазона, уменьшающую погрешности переходных процессов теплообмена.

- Тепловое воздействие, а следовательно, и изменение температуры чувствительного элемента может быть осуществлено непрерывно, что значительно сокращает время проведения всего процесса определения температурных характеристик чувствительных элементов, при котором для уменьшения погрешности переходных процессов необходимо обеспечить эффективную передачу тепла чувствительному элементу и точность определения температуры теплового потока воздействия, что и реализуется данными изобретениями.

- Для определения полной температурной характеристики можно сначала осуществить тепловым воздействием нагревание чувствительного элемента до верхней границы исследуемого диапазона температур, затем осуществить тепловым воздействием охлаждение чувствительного элемента до нижней границы исследуемого диапазона температур, или наоборот.

- Для определения положительного участка характеристики удобно сначала осуществить тепловым воздействием нагревание чувствительного элемента до верхней границы исследуемого диапазона температур, затем снять это воздействие путем помещения устройства в условия комнатных температур для естественного охлаждения; с другой стороны, для определения отрицательного участка характеристики удобно сначала осуществить тепловым воздействием охлаждение чувствительного элемента до нижней границы исследуемого диапазона температур, затем снять это воздействие путем помещения устройства также в условия комнатных температур для естественного нагревания.

Тепловое воздействие на чувствительный элемент обеспечивается теплоемким телом, особенностями которого для эффективной реализации изобретений являются следующие важные аспекты:

В отношении теплообмена теплоемкого тела:

- Изменение температуры тела при теплообмене может быть как положительным, так и отрицательным (в результате нагревания или охлаждения).

- Источник теплового потока для тела может быть внешним, путем размещения его внутри печи, термостата или холодильника, в результате чего теплообмен происходит через внешние поверхности тела.

- Источник теплового потока для тела может быть внутренним, путем размещения внутри его нагревательного или охладительного элемента, в результате чего теплообмен происходит через внутренние поверхности тела и более эффективно.

В отношении материала теплоемкого тела:

- Теплопроводностью определяется скорость распространения тепла, а следовательно, и выравнивания температур по массе и поверхности тела: чем больше теплопроводность тела, тем быстрее уменьшаются различия этих температур температурного поля, что важно в отношении правильного воспроизведения задаваемых температур для чувствительных элементов и определения температуры самого теплоемкого тела.

- Теплоемкостью определяется общее количество теплоты, способное иметь в себе тело, что определяет скорость изменения температуры этого тела, при воздействии на него другого внешнего температурного поля: чем больше теплоемкость, тем слабее реакция на внешнее температурное поле, что положительно сказывается на рассмотренном выравнивании температурного поля тела.

- Величины удельной теплоемкости по весу и по объему (согласно плотности материала) характеризуют соответственно, насколько тяжелым и габаритным будет изготавливаемое теплоемкое тело с заданной емкостью по теплу.

- Температурное расширение материала тела при нагревании изменяет его геометрические размеры, что необходимо иметь в виду.

- На основе анализа тепловых свойств, приведенных в Таблице, в качестве наиболее подходящего материала для изготовления теплоемкого тела рекомендуется использовать медь, хотя и другие материалы могут быть использованы в зависимости от других особенных эксплуатационных и экономических требований.

Таблица
МЕТАЛЛ Плотность, кг/м3 Теплоемкость Теплопроводность, Вт/м·°С К-т линейного расширения, 10-6/°C
Дж/кг·°С кДж/м3·°С
Алюминий 2700 896,0 2419 209,3 22,90
Железо 7880 439,6 3464 74,4 11,30
Золото 19310 130,2 2514 312,8 14,15
Медь 8930 387,7 3462 389,6 16,70
Серебро 10500 234,5 2462 418,7 19,49

В отношении конструкции теплоемкого тела:

- Форма тела может быть любой (включая параллелепипед, куб, цилиндр и прямоугольный, квадратный, круглый диски и бруски), допускающей размещение чувствительного элемента и датчика температуры.

- Размер и форма тела может допускать размещение на его поверхности (на нескольких или всех гранях) нескольких исследуемых чувствительных элементов одновременно, что значительно повышает производительность процесса определения их характеристик.

- Тело может иметь в любом месте соответствующее специальное углубление в виде отверстия для размещения чувствительного элемента датчика температуры.

- Тело может иметь в любом месте соответствующее специальное углубление для размещения внутреннего источника теплового потока (нагревателя, охладителя).

В отношении изготовления теплоемкого тела:

- Места поверхностей расположения чувствительных элементов рекомендуется шлифовать для улучшения теплового контакта с чувствительными элементами.

- В случае использования поверхностного датчика температуры место поверхности контакта рекомендуется шлифовать для улучшения теплового контакта с датчиком температуры.

- В случае использования штыревого (стержневого, игольчатого) датчика температуры в месте его установки изготавливают (сверлят) в теле соответствующее для его отверстие необходимой глубины, что существенно улучшает теплообмен чувствительного элемента и тела, вследствие чего уменьшается время переходного процесса реакции датчика.

- В случае использования внутреннего источника теплового потока в месте его установки изготавливают (сверлят) в теле соответствующее для его установки отверстие необходимой глубины, что существенно улучшает теплообмен источника теплового потока и тела, вследствие чего ускоряется процесс изменения температуры тела; нагревание здесь возможно значительно упростить и ускорить простым размещением жала обычного электрического паяльника соответствующей мощности в отверстие тела.

- Для определения полной температурной характеристики при использовании внутреннего источника теплового потока (паяльника) удобно сначала осуществить тепловым воздействием охлаждение чувствительного элемента до нижней границы исследуемого диапазона температур путем помещения теплоемкого тела в соответствующий холодильник, затем в обычных условиях (вне холодильника) осуществить нагревание чувствительного элемента тепловым воздействием внутреннего источника теплового потока (паяльника) до верхней границы исследуемого диапазона температур.

- При установке чувствительных элементов на теплоемком теле для большего дальнейшего уменьшения влияния тензоэффекта рекомендуется на поверхность соприкосновения тела нанести соответствующую смазку.

- Для улучшения поверхностного радиационного (излучательного) теплообмена следует соответствующим образом обработать поверхность теплоемкого тела, используя, например, известные методы поверхностных покрытий.

Если выводы чувствительных элементов, установленных на теплоемком теле, имеют электрическую изоляцию, они могут быть выведены за пределы теплоемкого тела и подсоединены к измерителю непосредственно. Для выводов без изоляции необходимы дополнительные небольшой толщины электроизоляционные прокладки, подкладываемые на теплоемкое тело в местах расположения этих выводов и имеющие следующие важные особенности:

- Прокладки в местах прохождения выводов (кроме функции электроизоляции) могут иметь специальные электрические монтажные контакты, выполненные, например, как печатные платы с медными контактными площадками, для припайки тонких гибких выводов чувствительных элементов и припайки соответствующих соединительных проводов, идущих к измерителю.

- Выводы чувствительных элементов могут быть приклеены к прокладкам и припаяны (в случае наличия на прокладках монтажных контактов), чем дополнительно укрепляется их месторасположение.

- Приклейку и припайку выводов чувствительных элементов к прокладкам (т.е. укрепление чувствительных элементов на прокладках) рекомендуется осуществлять до размещения их на теплоемком теле, что позволяет проводить этот монтаж и формировать соответствующие кабели для последующего присоединения к измерителю сразу для нескольких объектов и операций испытаний независимо от наличия и использования всего устройства с теплоемким телом в данное (конкретное) время, чем повышается производительность и надежность выполнения всего цикла исследований температурных характеристик.

- Прокладки могут иметь обычную соответствующую (согласно расположению) прямоугольную форму, но удобней выполнять их в виде рамки с окном по размеру расположения чувствительных элементов, что позволяет обеспечить дополнительную продольную механическую защиту чувствительных элементов от внешних воздействий при установке на теплоемкое тело и при формировании тепловой изоляции установкой прижимной теплоизоляционной накладки.

- Толщина прокладки должна быть небольшой (в соответствии с толщиной чувствительного элемента).

- Габаритные размеры (один или оба) плоскости прокладок удобно устанавливать соответствующими (равными) габаритным размерам, соответствующим плоскостям теплоемкого тела, что упрощает (облегчает) фиксацию положения прокладок при размещении их на его плоскости и дальнейшей эксплуатации.

- Прокладки можно изготовить отдельно для каждого чувствительного элемента в отдельности или одну общую - для всех чувствительных элементов, размещенных в одной плоскости теплоемкого тела.

- Прокладок на теплоемком теле может быть размещено несколько штук в соответствии, например, с числом граней, используемых для установки чувствительных элементов.

- Установка прокладок на теплоемком теле может быть осуществлена простым прислонением (прижатием) их к поверхности теплоемкого тела и соответствующей фиксацией известными средствами (например, специальной липкой лентой) либо приклеиванием.

- При использовании прокладок следует иметь в виду уменьшение свободной (неприкрытой) внешней площади теплоемкого тела, что влияет на скорость теплообмена с внешней средой.

Для обеспечения необходимого высокого соответствия температуры материала чувствительных элементов температуре массы теплоемкого тела в данных изобретениях осуществляется механический прижим поверхностей чувствительных элементов к поверхности теплоемкого тела и блокировка паразитного теплообмена материала чувствительных элементов с внешней средой с помощью соответствующих прижимных теплоизоляционных накладок, накрывающих чувствительные элементы с внешней стороны и имеющих следующие важные особенности:

- Накладки для прижима чувствительных элементов можно выполнить по форме, габаритам и взаимному расположению в полном соответствии с конфигурацией и расположением конкретных чувствительных элементов, однако накладки удобней выполнить по габаритам всей плоскости прижима чувствительных элементов, что обеспечит независимость конструкции накладок от размеров и количества испытуемых чувствительных элементов и создаст более надежную теплоизоляцию.

- Согласно требуемому расположению накладки могут иметь обычную соответствующую прямоугольную форму.

- Габаритные размеры (один или оба) плоскости накладок удобно устанавливать соответствующими (равными) габаритным размерам, соответствующим плоскостям теплоемкого тела, что упрощает (облегчает) фиксацию положения накладок при размещении их на его плоскости и дальнейшей эксплуатации.

- Накладки можно изготовить отдельно для каждого чувствительного элемента в отдельности или одну общую - для всех чувствительных элементов, размещенных в одной плоскости теплоемкого тела.

- Накладок на теплоемком теле может быть размещено несколько штук в соответствии, например, с числом граней, используемых для установки чувствительных элементов.

- Материал накладки должен быть достаточно жестким, чтобы позволить надежно прижать чувствительные элементы к плоскости поверхности теплоемкого тела, и достаточно мягким, чтобы огибать при прижатии выступы под накладками, образующиеся при размещении в районах чувствительных элементов их выводами и соответствующими электроизоляционными прокладками.

- В качестве материала для выполнения накладок могут быть использованы известные теплоизоляционные материалы, например полимерные (поролон, поропласт полиуретановый эластичный и др.).

- Конструкция накладок может быть составной из нескольких материалов: жесткий материал для внешней поверхности и мягкий - для прижимной.

- Для прижимной поверхности накладки следует использовать материал с ворсистой поверхностью (например, фетр, замша), что значительно уменьшает влияние тензоэффекта на чувствительные элементы при взаимном изменении размеров накладки и чувствительных элементов за счет того, что ворс, направленный перпендикулярно плоскости чувствительных элементов, практически не сопротивляется при малых его наклонах в результате малых относительных перемещениях плоскостей прижима.

- Установка накладок может быть осуществлена простым наложением их на чувствительные элементы с внешней стороны и соответствующей фиксацией известными средствами (например, специальной липкой лентой).

- С одной стороны сила прижима накладкой чувствительных элементов должна быть достаточной, чтобы обеспечить надежный контакт плоскостей чувствительных элементов и теплоемкого тела, с другой стороны сила прижима должна допускать взаимное относительное перемещение плоскостей чувствительных элементов и теплоемкого тела при температурных линейных изменениях их размеров в процессе испытаний (определения температурных характеристик чувствительных элементов), для подавления влияния тензоэффекта на чувствительные элементы.

- При использовании накладок следует иметь в виду уменьшение свободной (неприкрытой) внешней площади теплоемкого тела, что соответствующим образом влияет на скорость теплообмена с внешней средой.

При высоких температурах для укрепления электроизоляционных прокладок и прижимных теплоизоляционных накладок на теплоемком теле можно использовать связку этих конструктивных составляющих высокотемпературными стеклонитями или стекловолокном.

Конструктивно рассматриваемые плоские резисторные чувствительные элементы могут быть как проволочными, так и пленочными (фольговыми). Рассматриваемые изобретения позволяют определять температурные характеристики любых резисторных чувствительных элементов, включая терморезисторы и тензорезисторы. Для неплоских чувствительных элементов положительный эффект изобретений несколько меньший.

В качестве датчика температуры могут быть использованы как термометры сопротивления, так и термопары с соответствующим типом измерителя температуры. Допустимо использование обычных стеклянных жидкостных термометров (например, лабораторный термометр типа «ТЛ») с головкой (как датчик температуры) и регистрационной шкалой. Для повышения точности измерения температуры теплоемкого тела следует заранее провести операцию калибровки по температуре установленного в рабочем положении на (или внутри) теплоемком теле используемого датчика температуры.

Возможна автоматизация процессов регистрации результатов определения характеристик чувствительных элементов путем использования соответствующих электроизмерительных приборов и ПЭВМ, что повышает точность за счет увеличения синхронности во времени регистрируемых данных и увеличивает производительность испытаний. При исследовании нескольких чувствительных элементов одновременно рекомендуется использовать достаточно быстрый электронный коммутатор чувствительных элементов на входе измерителя сопротивления.

По данным предложениям на предприятии выполнены соответствующие теоретические и экспериментальные исследования по созданию конкретных устройств и отработки методик, которые подтверждают реализуемость рассматриваемых технических решений и заявленного технического эффекта. В результате испытаний опытных образцов погрешность определения температурных характеристик резисторных чувствительных элементов термометров сопротивления уменьшена в 3÷4 раза.

Реализация предложений при теплопрочностных испытаниях конструкций в авиакосмических отраслях науки и техники позволит значительно повысить точность выполнения программ испытаний и их результатов, а следовательно, надежность рекомендаций, выдаваемых промышленности, по совершенствованию испытуемых конструкций летательных аппаратов.

1. Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, при котором на чувствительный элемент нагреванием и (или) охлаждением в требуемом диапазоне температур оказывают тепловое воздействие, измеряют температуру теплового воздействия на чувствительный элемент и сопротивление чувствительного элемента для нескольких значений диапазона температур, по результатам измерений вычисляют температурную характеристику чувствительного элемента, отличающийся тем, что тепловое воздействие на чувствительный элемент осуществляют теплоемким телом, на поверхности которого свободно располагают чувствительный элемент, который с внешней стороны теплоизолируют, температуру теплового воздействия на чувствительный элемент измеряют устройством для измерения температуры теплоемкого тела.

2. Устройство для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, состоящее из измерителя сопротивления с подключенным к нему чувствительным элементом, измерителя температуры с подключенным к нему датчиком температуры и устройства теплового воздействия на чувствительный элемент, отличающееся тем, что устройство теплового воздействия выполнено в виде теплоемкого тела, на поверхности которого расположен чувствительный элемент, на внешней поверхности которого установлена и его прижимает прижимная теплоизоляционная накладка, датчик температуры расположен на поверхности или внутри теплоемкого тела.

3. Способ изготовления устройства для определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, при котором чувствительный элемент подключают к измерителю сопротивления, датчик температуры подключают к измерителю температуры, отличающийся тем, что чувствительный элемент прижимают к поверхности металлического теплоемкого тела многогранной формы с высокой теплопроводностью, накрывают чувствительный элемент теплоизоляционной накладкой из материала, не позволяющего чувствительному элементу деформироваться при изменении температуры, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела, выводят за пределы теплоемкого тела выводы чувствительного элемента непосредственно или подкладывают под ними электроизоляционную прокладку, которую прикрепляют к поверхности теплоемкого тела, например приклеиванием, выводы чувствительного элемента соединяют с измерителем сопротивления непосредственно или через контакты на электроизоляционной прокладке, к которым припаивают соединительные с измерителем сопротивления провода, датчик температуры устанавливают на поверхность или внутрь теплоемкого тела через соответствующее отверстие.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей. .

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности, в термометрии, особенно в быстротечных технологических процессах, и там, где можно быстро отреагировать на возможную разгерметизацию защитных гильз термопреобразователей путем измерения давления.

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры как движущейся среды-теплоносителя в трубопроводах, так и для измерения температуры любой окружающей среды, например воздуха.

Термокоса // 2448335
Изобретение относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначено для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначено для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрической системе и системе терморегулирования космических аппаратов. .

Изобретение относится к резистивному термометру, состоящему из множества компонентов, по меньшей мере, включающему: по меньшей мере, одну подложку (1), состоящую, в основном, из материала, коэффициент теплового расширения которого, в основном, выше 10.5 ppm/K; по меньшей мере, один резистивный элемент (4), расположенный на подложке (1); и, по меньшей мере, один электроизолирующий разделительный слой (2), расположенный, в основном, между резистивным элементом (4) и подложкой (1).

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах сбора данных в технологических устройствах, а также в медицинской практике. .

Изобретение относится к термометру сопротивления с по меньшей мере одним, зависящим от температуры электрическим элементом (1) сопротивления, который имеет по меньшей мере два соединительных контакта (8), основу (3), на которой элемент сопротивления имеет возможность закрепления таким образом, что он имеет возможность вхождения в хороший термический контакт с предметом, температура которого должна быть измерена, и с электрическими подводящими проводами (2, 5), которые предусмотрены для соединений электрических соединительных контактов (8) элемента сопротивления с измерительным прибором.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов

Изобретение относится к области термометрии может быть использовано для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного определения температуры сахаросодержащих корнеплодов на двух различных глубинах обрабатываемого материала в процессе инфракрасной сушки. Аналоговые микроамперметры выполнены в виде двух карманных цифровых мультиметров. При этом устройство дополнительно снабжено предохранителем, двумя понижающими трансформаторами, четырьмя однофазными выпрямителями, двумя интегральными стабилизаторами напряжения, двумя операционными усилителями сигнала, шестью резисторами и восемью конденсаторами. Предохранитель установлен на входе цепи, трансформаторы скоммутированы с выпрямителями, выпрямители выполнены с возможностью взаимодействия со стабилизаторами напряжения и мультиметрами, а стабилизаторы напряжения с возможностью взаимодействия с микротерморезисторами и с усилителями, соединенными с мультиметрами, а также с резисторами, конденсаторами и диодами. Технический результат: повышение точности измерения температуры сахаросодержащих корнеплодов. 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры газов автотранспортных средств. Заявлен температурный датчик, содержащий термочувствительный элемент (3), периферический кожух (7) с закрытым концом (9), в котором находится термочувствительный элемент (3). Периферический кожух (7) выполнен с возможностью захождения в соответствующую полость (11). Закрытый конец (9) периферического кожуха (7) содержит периферический участок (21), от которого в закрытом конце отходит гибкий сборочный упор (23), расположенный за указанным периферическим участком (21). Указанный упор (23) выполнен с возможностью деформации в направлении периферического участка (21) за счет взаимодействия формы с дном (15) соответствующей полости (11). Изобретение относится также к способу изготовления и способу сборки описанного выше температурного датчика. Технический результат: повышение точности измерения температуры. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным измерителям уровня, и может быть использовано для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности. Датчик контроля дискретных уровней жидкости содержит печатную плату с отверстием, на одной стороне которой над отверстием установлен чувствительный элемент, выполненный в виде теплоизоляционной подложки с размещенным на ней пленочным резистором (терморезистором) в «точечном» исполнении для контроля уровня жидкости, и содержит пленочный резистор (терморезистор) в «точечном» исполнении для измерения температуры поверхностного слоя жидкости. Датчик также содержит дополнительный пленочный резистор (терморезистор) в «точечном» исполнении для измерения температуры поверхностного слоя жидкости, при этом чувствительный элемент для измерения температуры жидкости выполнен в виде дополнительной теплоизоляционной подложки шириной не более 2 мм, на которой размещены оба терморезистора для измерения температуры жидкости, и установлен на противоположной стороне печатной платы под отверстием симметрично чувствительному элементу для контроля уровня на расстоянии от 0,5 мм до 1,0 мм от подложки с терморезистором, используемым для контроля уровня. Техническим результатом является повышение точности измерения температуры жидкой среды, в которой контролируется изменение уровня как при погружении датчика (заправке), так и при извлечении датчика из жидкости (расходовании, сливе), и расширение функциональных возможностей устройства, позволяющих производить точное определение массового расхода жидкой среды. 6 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред. Заявлен способ изготовления термопреобразователя сопротивления, согласно которому после герметизации стеклянного чехла с установленным внутри термочувствительным элементом кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стекла, удаляют кассету в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух. Под воздействием воздуха размягченное стекло чехла прижимается к контактирующим с ним изнутри виткам термочувствительного элемента и жестко фиксирует их в процессе остывания. Для расширения функциональных возможностей в стеклянном чехле дополнительно с термочувствительным элементом устанавливают элемент косвенного нагрева. Технический результат: повышение надежности и виброустойчивости конструкции термопреобразователя в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относиться к термометрии и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике. В предлагаемом способе измерения температуры путем подачи импульса положительной полярности на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, когда на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала. Возобновляют подачу входного импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса положительной полярности, а также регистрируют интервал времени между моментами подачи входных импульсов положительной полярности. При этом на вход электрической цепи подают импульс отрицательной полярности после прерывания действия импульса положительной полярности. Технический результат - повышение быстродействия получения информационных отсчетов для определения измеряемой температуры. 2 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины. Заявлен термометр сопротивления, содержащий изолирующую подложку, адгезионный слой из тугоплавкого металла, тонкопленочный чувствительный элемент из меди толщиной 1,5-2,5 мкм, защитные слои и контактные площадки. Тонкопленочный чувствительный элемент и контактные площадки расположены на адгезионном слое. Защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0.09-0.1 мкм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводяший слой. Зона перекрытия токопроводяшего узла с терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм. Тонкопленочный чувствительный элемент выполнен из меди с добавкой никеля, концентрацией от 0,01 до 0,2 процента от массы. Технический результат - повышение точности определения температуры. 3 ил.
Область применения: системы измерительной техники. Сущность изобретения: предлагаются варианты изготовления серии чувствительных элементов из участков моноспирали или прямого термочувствительного провода с заданными параметрами сопротивления, осуществляют подгонку параметра пробной группы из партии готовых чувствительных элементов к номинальному значению, а затем в выбранном режиме осуществляют подгонку всей партии. Причем подгонку номинала пробной группы чувствительных элементов осуществляют методом электрического сканирования либо сканированием сфокусированным лазерным лучом выводов биспирали. При этом, при «минусовом» допуске, подгонку также осуществляют дополнительным травлением керна с чувствительным элементом либо, если чувствительный элемент в вакуумированном корпусе не касается стенок последнего, подгонку осуществляют посредством частичного выпаривания чувствительного элемента пропущенным по нему током повышенного напряжения. Положительный эффект: высокая технологичность подгонки сопротивления чувствительных элементов к номинальному значению при массовом производстве термопреобразователей сопротивления. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры. Первый элемент (6) датчика температуры состоит из первого измерительного участка, а второй элемент (7) датчика температуры состоит из второго измерительного участка. Причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное тепловое расширение, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями (а, с) расширения. Проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх