Способ изготовления термопреобразователя сопротивления


 


Владельцы патента RU 2509989:

Саитов Шамиль Фаизович (RU)

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.

 

Настоящее изобретение относится к области разработки микроминиатюрных малоинерционных систем измерения и анализа жидких и газообразных сред в условиях внешнего динамического воздействия. В частности - в условиях геофизических исследований скважин в процессе бурения.

Для контроля температурного поля среды в условиях высоких давлений и температур широко применяются термометры сопротивления, состоящие из герметичного корпуса и размещенного внутри него чувствительного элемента в виде изолированной проволоки, спирально намотанной на дополнительный каркас, либо в виде спирального жгута из неизолированной проволоки, размещенного у каналах керамического каркаса, либо в виде свободно протянутой проволоки в полости спирального трубчатого каркаса (А.с. СССР №1044775, E21B 47/06, G01K 7/16,1 983. Абрукин А.Л. Потокометрия скважин. М., «Недра», 1978. C.151).

К недостаткам известных устройств следует отнести высокую инерционность измерений, а также низкую надежность конструкции. Это обусловлено тем, что чувствительный элемент выполнен из большого числа составных элементов, а для работоспособности устройства при его изготовлении необходимо соблюдение определенных условия(изоляция проволоки, соосность каркаса с защитным корпусом, соблюдение определенных режимов температуры и давления в корпусе, и т.д.). При эксплуатации в условиях внешних динамических воздействий (например, при геофизических исследованиях в скважине) такой чувствительный элемент легко может выйти из строя.

Известен термопреобразователь сопротивления (РФ, патент №1420391, G01K 7/16, 1982), взятый за прототип, отличающийся низкой инерционностью, высокой точностью измерения и простотой конструкции.

К недостатку данного устройства следует отнести нестабильность измерений, снижающую их точность. Это обусловлено тем, что чувствительный элемент, выполненный в виде биспирали, свободно размещен в вакууммированном чехле. При эксплуатации в результате внешних динамических воздействий витки чувствительного элемента могут замкнуться между собой, искажая параметр.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений термопреобразователя сопротивления за счет снижения его инерционности, расширение его функциональных возможностей, а также - повышение надежности конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом.

В соответствии со способом изготовления термопреобразователя сопротивления, включающим операцию изготовления проволочного термочувствительного элемента в виде моно - или полиспирали, установку термочувствительного элемента в стеклянный чехол, помещение стеклянного чехла с термочувствительным элементом в кассету, установку кассеты в вакуумную камеру с внешним нагревателем, повышение посредством нагревателя температуры в вакуумной камере, создание вакуума, приближение к нагревателю кассеты со стеклянным чехлом и герметизацию последнего под воздействием повышенной температуры, согласно изобретению после герметизации стеклянного чехла кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стеклянного чехла, кассету удаляют от нагревателя в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух, под воздействием которого размягченное стекло чехла прижимается к виткам спирали термочувствительного элемента, контактирующим с внутренней поверхностью стеклянного чехла.

Кроме того, как вариант описанного способа, в стеклянный чехол предварительно помещают элемент косвенного нагрева, устанавливаемый по продольной оси стеклянного чехла не касаясь термочувствительного элемента.

Предложенный способ изготовления термопреобразователя сопротивления обеспечивает высокую точность измерений, расширение функциональных возможностей, высокую надежность и виброустойчивость конструкции при работе в условиях динамического воздействия окружающей среды.

Надежность и виброустойчивость конструкции обеспечивается жесткой фиксацией термочувствительного элемента внутри стеклянного чехла. Это достигается тем, что нагретое размягченное стекло чехла под воздействием давления подаваемого в вакуумную камеру воздуха прогибается и прижимается, частично вдавливаясь, к поверхностям витков спирали термочувствительного элемента, контактирующим с внутренней поверхностью чехла. В точках касания спирали термочувствительного элемента в размягченным стеклом на последнем образуются углубления. Остывая, стекло твердеет, жестко фиксируя «прихваченные» витки спирали в образованных углублениях внутренней поверхности чехла, обеспечивая тем самым жесткую фиксацию термочувствительного элемента в стеклянном чехле.

Предложенный способ, по сравнению с прототипом, упрощает процедуру монтажа термочувствительного элемента в стеклянный чехол, поскольку позволяет изготавливать термочувствительный элемент диаметром меньше внутреннего диаметра стеклянного чехла - термочувствительный элемент свободно входит в стеклянный чехол и фиксируется внутри последнего за счет размягчений стекла.

Причем, поскольку стенка чехла в точках «прихвата» термочувствительного элемента становится тоньше, теплопроводность в этих точках возрастает, а следовательно - инерционность измерения снижается по сравнению с прототипом.

Как известно, температура саморазогрева спирали термочувствительного элемента под воздействием пропущенного через него тока не превышает 0,15% от величины самого тока, что позволяет с высокой точностью контролировать величину теплообмена между термопреобразователем сопротивления и окружающей его средой. Оснащение согласно изобретению термочувствительного элемента термопреобразователя сопротивления элементом косвенного нагрева позволяет повысить температуру саморазогрева спирали термочувствительного элемента на величину свыше 15% от величины пропущенного тока. В этом случае данный термопреобразователь сопротивления может использоваться в качестве термоанемометра, расширяя тем самым функциональные возможности устройства.

При этом дополнительный косвенный нагрев термочувствительного элемента в совокупности с точечными контактами термочувствительного элемента с поверхностью стеклянного чехла значительно повышает чувствительность устройства.

Таким образом, предложенный способ изготовления термопреобразователя сопротивления обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую надежность и виброустойчивость конструкции в процессе эксплуатации, а также - расширенные функциональные возможности его эксплуатации. При этом предложенный способ отличается высокой технологичностью, поскольку не требует для практической реализации специального оборудования и/или материалов.

На практике реализация предложенного способа изготовления термопреобразователя сопротивления (варианты) осуществляется следующим образом.

Для изготовления термочувствительного элемента производят навивку с заданным шагом спирали из тонкого термочувствительного провода на более толстый провод-керн, причем. Материал керна выбирают химически более активным по сравнению с материалом термочувствительного провода, а диаметр термочувствительного провода d и диаметр керна D выбирают из соотношения D≤4d. После химического вытравливания керна в смеси кислот производят навивку полученной моноспирали на керн диаметром 2D с шагом навивки в два раза больше предыдущего (при повторе описанной операции можно получить триспираль и т.д.

(В нашем случае моноспираль изготавливалась из вольфрамового провода диаметром 0,004 мм, навиваемого на молибденовый керн диаметром 0,0015 мм с шагом навивки моноспирали - 0,007 мм. Диаметр керна для биспирали составил 0,08 мм, а шаг навивки биспирали составил 0,033 мм.)

После химического вытравливания второго керна производят высокотемпературный отжиг (1200 -1400°C) полученной биспирали для сохранения ее формы и стабилизации температурного коэффициента полученного термочувствительного элемента.

Готовый термочувствительный элемент помещают в стеклянный чехол по его продольной оси. Далее стеклянный чехол с термочувствительным элементом устанавливают в кассету, которую помещают в вакуумную камеру. Вакуумная камера снабжена внешним нагревательным элементом (горелками), а кассета имеет возможность цикличного перемещения внутри вакуумной камеры относительно нагревательного элемента. Включают вакуумную установку и нагревательный элемент. В процессе цикличного перемещения кассеты в вакуумной камере стеклянный чехол с термочувствительным элементом с заданной периодичностью приближается к нагревательному элементу. В процессе откачки воздуха одновременно происходят постепенный разогрев стеклянного чехла, оплавление его торцов и герметизация полости чехла.

После герметизации вакууммированного стеклянного чехла кассету вновь приближают к нагревательному элементу на заданное время, обеспечивающее размягчение стеклянного чехла по всей длине. Затем кассету удаляют от нагревательного элемента в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух. Под воздействием атмосферного давления (давления воздуха) размягченное стекло вакууммированного чехла равномерно по всей поверхности прогибается и прижимается к поверхности витков биспирали термочувствительного элемента, контактирующих с внутренней поверхностью чехла. В точках касания витков биспирали с размягченным стеклом на последнем образуются углубления. Остывая, стекло твердеет, жестко фиксируя «прихваченные» витки биспирали термочувствительного элемента в образованных углублениях внутренней поверхности чехла.

Далее производят извлечение стеклянного чехла с жестко зафиксированным внутри термочувствительным элементом из кассеты и осуществляют его монтаж в защитный кожух для дальнейшей эксплуатации по назначению.

Как вариант исполнения, авторами был изготовлен термопреобразователь сопротивления с термочувствительным элементом в виде вольфрамовой моноспирали с проводом косвенного нагрева, установленным по продольной оси стеклянного чехла. Готовый вакууммированный стеклянный чехол был вмонтирован в стальной защитный кожух.

В процессе эксплуатации при скважинных геофизических исследованиях при давлении до 150 МПа саморазогрев термочувствительно элемента составил 2000°C, и устройство использовалось в качестве термопреобразователя сопротивления. При пропускании электричесгого тока через провод косвенного нагрева саморазогрев термочувствительного элемента увеличился до 3000°C, что позволило использовать данное устройство в качестве термоанемометра. При этом инерционность термопреобразователя составила 0,01 с (по сравнению 0,05 с у прототипа).

Таким образом, изготовленный предложенным способом термопреобразователь сопротивления обладает высокой чувствительностью и расширенными функциональными возможностями, что в совокупности с надежностью конструкции и виброустойчивостью обеспечивает возможность ее эффективного использования независимо от условий и динамических воздействий окружающей среды.

1. Способ изготовления термопреобразователя сопротивления, включающий операцию изготовления проволочного термочувствительного элемента в виде моно- или полиспирали, установку термочувствительного элемента в стеклянный чехол, помещение стеклянного чехла с термочувствительным элементом в кассету, установку кассеты в вакуумную камеру с внешним нагревателем, повышение посредством нагревателя температуры в вакуумной камере, создание вакуума, приближение к нагревателю кассеты со стеклянным чехлом и герметизацию последнего под воздействием повышенной температуры, отличающийся тем, что после герметизации стеклянного чехла кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стеклянного чехла, кассету удаляют от нагревателя в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух, под воздействием которого размягченное стекло чехла прижимается к виткам спирали термочувствительного элемента, контактирующим с внутренней поверхностью стеклянного чехла, и фиксирует их.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в стеклянный чехол предварительно помещают элемент косвенного нагрева, устанавливаемый по продольной оси стеклянного чехла, не касаясь термочувствительного элемента.



 

Похожие патенты:

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.

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).

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.

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 в системе терморегулирования космических аппаратов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. .

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 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.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений температуры тела. Датчик температуры изготавливается из нескольких слоев, где первый слой имеет центральный нагревательный элемент, встроенный в него. Второй слой, скрепленный с первым, имеет, по меньшей мере, один первый терморезистор, встроенный в него, для измерения первого значения температуры. Третий слой имеет, по меньшей мере, один второй терморезистор, встроенный в него, отделенный от первого терморезистора, для измерения, по меньшей мере, одного второго значения температуры. Данный третий слой приспособлен находиться в контакте с кожей тела для проведения тепла, исходящего от тела, сквозь указанные слои. Разница между первым и вторым значениями температуры обозначает тепловой поток от тела. Тепло, испускаемое центральным нагревательным элементом, настраивается противоположно тепловому потоку до достижения нулевого теплового потока, где температура в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке указывает значение температуры тела. Данные слои являются слоями ткани. Технический результат - повышение точности измерения температуры тела. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине, три усилителя, соединенные последовательно, схему управления (СУ), восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП). Другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП. Позиционные выводы первого и второго МОЭП объединены попарно и подключены к ТС. Позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине. Полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя. Также введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП. Позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к ЗР. Полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя. Второй усилитель выполнен с переключаемым восьмым МОЭП коэффициентом усиления. Выходы СУ соединены входами разрешения и адреса всех МОЭП. Технический результат - повышение точности данных измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения. Согласно заявленному способу обнаруживают фактическую температуру устройства фиксации и входное напряжение. Вычисляют величину изменения фактической температуры в заданный период времени. Сравнивают обнаруженное входное напряжение и заданное напряжение. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения первой опорной температуры, если входное напряжение больше, чем заданное напряжение. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения первой опорной температуры. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения второй опорной температуры, если входное напряжение меньше или равно заданному напряжению. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения второй опорной температуры. Технический результат - повышение точности определения неисправности датчика температуры. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры контактными резисторными датчиками в окружающей среде и в технологических процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения динамической погрешности измерения, обусловленной тепловой инерцией датчика, снижения случайной и систематической погрешностей вторичного измерительного преобразователя схемно-алгоритмическим способом. Измеритель выполнен в составе измерительного моста 1, блока преобразования и обработки 2 и источника питания 3. Измерительный мост содержит два датчика температуры и четыре образцовых резистора, соединяющих шесть вершин моста в последовательности: первая вершина, первый датчик, третья вершина, первый образцовый резистор; четвертая вершина, второй образцовый резистор, и вторая вершина, второй датчик температуры, пятая вершина, третий образцовый резистор, шестая вершина, четвертый образцовый резистор, первая вершина. Первая и вторая вершины соединены с выходами источника питания 3, а другие четыре вершины поданы на входы блока преобразования и обработки 2. При этом образцовые резисторы могут быть выполнены переменными и программно управляемыми. Блок преобразования и обработки 2 выполнен в составе четырех аналого-цифровых преобразователей 4-7 с дифференциальными входами и микропроцессора 8, входы и выходы которого подключены, соответственно, к цифровым выходам и цифровым входам каждого из аналого-цифровых преобразователей. При этом аналоговые входы аналого-цифровых преобразователей соединены последовательно в кольцо таким образом, что первый вывод входа каждого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым выводом входа другого аналого-цифрового преобразователя и одним из четырех входов блока преобразования и обработки. Блок преобразования и обработки 2 также может быть выполнен в составе последовательно соединенных коммутатора 9, аналого-цифрового преобразователя 10 и микропроцессора 11. При этом вход и выход микропроцессора подключены, соответственно, к цифровым выходу и входу аналого-цифрового преобразователя, дифференциальный вход которого подключен к дифференциальному выходу коммутатора, четыре дифференциальных входа которого являются входами блока преобразования и обработки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных ключей (ЭК) 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6. Дополнительно введен второй канал контроля 5, представленный термопреобразователями сопротивления 1, опорными резисторами 2 и эталонными резисторами 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх