Универсальная микросистема на основе карбида кремния



Универсальная микросистема на основе карбида кремния
Универсальная микросистема на основе карбида кремния
G01K2013/024 - Измерение температуры; измерение количества тепла; термочувствительные элементы, не отнесенные к другим классам ( измерение температурных колебаний с целью компенсации их влияния на измерение других переменных величин или для компенсации ошибок в показаниях приборов для измерения температуры, см. G01D или подклассы, к которым отнесены эти переменные величины; радиационная пирометрия G01J; определение физических или химических свойств материалов с использованием тепловых средств G01N 25/00; составные термочувствительные элементы, например биметаллические G12B 1/02)

Владельцы патента RU 2649071:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры раскаленных газовых потоков, включая пламена. Предлагается универсальная (пиромеханическая) микросистема, выполненная из полупроводникового карбида кремния и состоящая из маятника в виде пирометрического зонда, содержащего по крайней мере одно сквозное отверстие, и вилочного держателя, ориентированного строго вертикально. Вилочный держатель содержит ось, которая проходит через отверстие пирометрического зонда. Технический результат - расширение функциональных возможностей конструкции на основе карбида кремния и уменьшение величины кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик газовых потоков, включая пламена.

Известно устройство для измерения скорости ветра (газа), конструкция которого представлена в виде «ветромерной доски» на горизонтальной оси и дугообразно изогнутой в вертикальной плоскости шкалы с штифтами-делениями (Клоссовский А.В. Основы метрологии. 1914 г. С. 223).

Недостатком такой конструкции является невозможность измерения скорости и температуры раскаленных газов из-за материалов, имеющих низкую температуру плавления.

Известен также микроизлучатель в виде пирометрического зонда, состоящий из излучающей площадки круглой формы и держателя, нагрев которого осуществляется за счет процессов теплопередачи (конвекция + тепловая радиация) из окружающей среды и который в рамках оптического метода позволяет измерять температуру раскаленного газа (Карачинов В.А., Ильин С.В., Карачинов Д.В. Пирометрические зонды на основе карбида кремния // Письма в ЖТФ. - 2005. Т. 31. Вып. 11. - С. 2-3).

Недостатком конструкции микроизлучателя в виде пирометрического зонда является невозможность измерения скорости газового потока.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению и принятой за прототип является конструкция микроизлучателя в виде пирометрического зонда, состоящая из излучающей площадки круглой формы и держателя, содержащего сквозное отверстие (патент №2466361 РФ, МПК G01J 5/00, 10.11.2012, бюл. №31).

Недостатками такого микроизлучателя являются значительная погрешность измерения температуры, обусловленная кондуктивной связью элементов конструкции с внешними устройствами управления (позиционирования) между излучающей площадкой и держателем, и невозможность измерения скорости газового потока.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональной возможности прототипа и уменьшение кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами за счет изменения его конструкции.

Для решения данной задачи предложена конструкция универсальной микросистемы из монокристаллического карбида кремния, содержащая маятник в виде микроизлучателя (пирометрического зонда) со сквозным отверстием в держателе и дополнительный вилочный держатель с крепежной осью, проходящей через отверстие в держателе маятника. При этом нагрев микросистемы, как и в прототипе, осуществляется за счет процессов теплопередачи (конвекция + тепловая радиация) из окружающей среды.

На фиг. 1 изображен общий вид конструкции. Устройство состоит из маятника 1, отверстия 2, вилочного держателя 3, крепежной оси 4.

Устройство работает следующим образом: одним из известных способов микросистему помещают в заданную область исследуемого нагретого газового потока. При этом плоскость маятника 1 ориентирована вдоль направления газового потока, а положение вилочного держателя 3 строго вертикально. Благодаря тому, что диаметр отверстия 2 несколько превышает диаметр крепежной оси 4, под действием силы давления (напора) газового потока маятник отклоняется от вертикального положения на угол пропорционально скорости газового потока. Регистрируя изображение микросистемы известными техническими средствами и используя цифровые методы его обработки, измеряют угол отклонения маятника от вертикально ориентированного вилочного держателя 3, и с помощью известных математических зависимостей рассчитывают скорость газового потока (ПО "Fakel").

За счет известных основных механизмов теплопередачи из газового потока, таких как конвекция и тепловое излучение, конструкция маятника нагревается и его поверхность излучает световой поток в окружающее пространство. Известными техническими средствами, например телевизионным пирометром, регистрируют светящееся изображение (яркостный контраст) круглой площадки маятника и определяют (рассчитывают) температуру, значение которой, как и в прототипе, принимается равным температуре газа.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат:

маятник закрепляется в дополнительном держателе, который выполнен в виде вилки, что позволяет измерять скорость и температуру газового потока одновременно. За счет дополнительного сквозного отверстия в держателе маятника и в вилочном держателе уменьшается величина кондуктивной связи конструкции за счет большого контактного термического сопротивления в отверстии (см. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высшая школа, 1984. С. 30-31).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:

- расширить функциональные возможности конструкции на основе карбида кремния;

- уменьшить величину кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами.

Универсальная микросистема на основе карбида кремния в виде микроизлучателя, содержащего по крайней мере одно сквозное отверстие в держателе, отличающаяся тем, что дополнительно содержит внешний держатель в виде вилки с осью, проходящей через отверстие.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к датчику с электростатическим маятниковым акселерометром и к способу управления таким датчиком. Акселерометрический датчик содержит по меньшей мере один электростатический маятниковый акселерометр, имеющий первый и второй неподвижные электроды, закрепленные на корпусе и соединенные со схемой возбуждения, и третий электрод, установленный на маятнике, соединенном с корпусом, с возможностью перемещения и связанный с детекторной схемой.

Изобретение относится к области микросистемной техники, в частности к приборам для измерения величины линейного ускорения. Интегральный датчик ускорения содержит выполненные из полупроводникового материала за одно целое опорную рамку и закрепленную на одном из ее плеч с помощью упругих консольных элементов с тензорезистивными преобразователями деформации инерционную массу, при этом датчик дополнительно содержит пару упругих торсионных элементов, расположенных на противоположных плечах опорной рамки перпендикулярно упругим консольным элементам и соединенных с инерционной массой, при этом тензорезистивные преобразователи деформации выполнены на основе кремниевых нанонитей, оснащенных измерительными электродами.

Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа относится к измерительной технике. Способ основан на использовании цифровой обратной связи, реализуемой микроконтроллером, в котором программным способом реализован ШИМ; ШИМ формирует последовательность рабочих импульсов, длительность которых равна τраб(n⋅T0), а таймер микроконтроллера формирует два равных по величине вспомогательных импульса длительностью τвсп и две равные по величине паузы длительностью τпауз.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана заключается в том, что подсчитывается количество шагов N, сделанных одной ногой спортсмена на движущейся со скоростью ν (м/с) в противоположную сторону бега спортсмена дорожке тредбана, за отсчитанный секундомером отрезок времени t, чтобы удержаться на начальной точке отсчета, по замеренным параметрам которых рассчитывается частота передвижения ноги ω в единицу времени: гдеω - частота передвижения ног (рад/сек);N - количество шагов, сделанных ногой за отрезок времени t;t - время, затраченное спортсменом на прохождение N шагов, при этом перед включением движения дорожки на голеностоп одной из ног спортсмена устанавливается датчик ускорения, сигнал которого поступает на вход спектроанализатора с предварительно установленным в нем полосовым фильтром с центральной угловой частотой ω, к выходу которого подключен цифровой вольтметр, показание которого «u» будет соответствовать величине ускорения датчика на угловой частоте ω, рассчитанной по формуле: гдеν - скорость движения дорожки тредбана (м/сек);а - ускорение датчика на частоте ω (в ед.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения заключается в поднятии штока, имеющего свободный или скользящий ход по отношению к трубке, внутри которой он движется, на высоту Н.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области приборов для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают изменение значения коэффициента передачи регулятора в микроконтроллере от Крег до Kрегmax по закону, для чего на каждом шаге дискретизации выполняют измерение и сравнение в микроконтроллере напряжения U на входе АЦП усилителя с пороговым значением Uпор; при значениях напряжений, меньших либо равных Uпор, для организованного внутри микроконтроллера ШИМ-модулятора формируют в микроконтроллере цифровой входной сигнал для ШИМ-модулятора, для текущего значения напряжения U при значении коэффициента передачи регулятора Крег; обеспечивают формирование ШИМ-модулятором последовательности импульсов постоянной амплитуды и определенной длительности; определяют в микроконтроллере тот шаг дискретизации, на котором U больше Uпор, обеспечивают на последующих шагах дискретизации формирование увеличенного цифрового сигнала U*ув, для увеличенного коэффициента передачи, что обеспечивает увеличение длительности импульсов до определенной величины τув; обеспечивают соответствующее увеличение длительности открытого состояния, определяемого величиной τув, переключателя тока усилителя мощности, что обеспечивает поступление с выхода усилителя мощности в обмотку датчика момента акселерометра последовательности импульсов тока стабилизированной амплитуды и увеличенной длительности, определяют тот шаг дискретизации, на котором на входе АЦП напряжение U меньше либо равно Uпор, после чего обеспечивают возврат системы обратной связи к режиму работы со значением коэффициента передачи, равным Крег.

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения. Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения.

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и прочее.

Изобретение относится к электрическим микромашинам, а именно к датчикам угловых ускорений (акселерометрам), предназначенным для измерения угловых ускорений контролируемых валов в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока неоднородных, химически агрессивных и абразивосодержащих газов.

Держатель нанокалориметрического сенсора для измерения теплофизических параметров образца, а также структуры и свойств его поверхности дает возможность проведения экспериментов с одновременным использованием данных методов, что позволяет проводить in-situ исследования структуры и свойств поверхности, а также теплофизических свойств материалов различного типа с возможностью одновременного снятия базовой линии.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Система датчиков содержит технологический измерительный преобразователь, вибродатчик без внешнего питания и технологический трансмиттер.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры нестационарного газового потока, теплового импульса потока, скорости движения фронта теплового возмущения, зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока неоднородных, химически агрессивных и абразивосодержащих газов.

Измерительный преобразователь (260) технологической переменной для восприятия технологической переменной технологической текучей среды в промышленном процессе включает в себя технологическую прокладку (200), имеющую поверхность, выполненную с возможностью образования уплотнения с поверхностью технологического резервуара.

Изобретение относится к ультразвуковому расходомеру для измерения скорости потока и/или расхода текучей среды. Ультразвуковой расходомер содержит: измерительный преобразователь, имеющий соединительные фланцы для присоединения трубопроводов текучей среды и среднюю часть, выполненную с возможностью пропускания текучей среды, по меньшей мере два помещенных в среднюю часть ультразвуковых преобразователя, которые образуют пару ультразвуковых преобразователей и между которыми установлена измерительная цепь, проходящая через поток, датчик давления, удерживаемый в средней части в гнезде датчика давления и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, калибровочный вывод, удерживаемый в средней части в гнезде калибровочного вывода и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, причем поршень в гнезде поршня выполнен с возможностью приведения в два положения, при этом в первом положении датчик давления имеет сообщение по текучей среде с внутренностью средней части, а во втором положении датчик давления через гнездо поршня имеет сообщение по текучей среде с калибровочным выводом.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Система датчиков содержит технологический измерительный преобразователь, вибродатчик без внешнего питания и технологический трансмиттер.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры нестационарного газового потока, теплового импульса потока, скорости движения фронта теплового возмущения, зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.

Изобретение относится к энергетике, в частности к датчикам температуры универсальным, используемым в газогорелочных устройствах для сжигания газа в котлах наружного размещения, и может быть использовано в бытовых газовых аппаратах для автоматического поддержания температуры теплоносителя.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих температурных процессов в газодинамике. Предложено дифференциальное устройство измерения температуры газового потока, состоящее из двух каналов измерения, каждый из которых содержит струйный генератор и пьезоэлектрический преобразователь.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры раскаленных газовых потоков, включая пламена. Предлагается универсальная микросистема, выполненная из полупроводникового карбида кремния и состоящая из маятника в виде пирометрического зонда, содержащего по крайней мере одно сквозное отверстие, и вилочного держателя, ориентированного строго вертикально. Вилочный держатель содержит ось, которая проходит через отверстие пирометрического зонда. Технический результат - расширение функциональных возможностей конструкции на основе карбида кремния и уменьшение величины кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами. 1 ил.

Наверх