Многоканальный датчик температуры
Владельцы патента RU 2760640:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" (RU)
Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для измерения температуры и может быть использовано для регистрации температуры высокоскоростных термодинамических процессов, таких как горение ВВ и ПТС. Многоканальный датчик температуры представляет собой подложку 1, например, из ситалла с нанесенными на нее дорожками, например тремя, из контактирующих слоев пары металлов 2 и 3 (например, меди и никеля), способных вырабатывать термо-ЭДС с образованием зоны горячих спаев с площадью сечения S1, S2 и S3 соответственно, при этом S1<S2<S3 или S3<S2<S1. Технический результат - обеспечение быстродействия при регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов. 1 ил.
Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для измерения температуры и может быть использовано для регистрации температуры высокоскоростных термодинамических процессов, таких как горение взрывчатых веществ (ВВ) и пиротехнических составов (ПТС).
Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение №162343; МПК G01K, опубл. 16.04.1964 г. под названием «Комбинированная термопара», состоящее из двух термоэлектродов, соединенных дифференциально с двумя рабочими спаями, находящимися в двух или одном защитном наконечнике в точках с различной толщиной стенки, отличающаяся тем, что, с целью одновременного получения показаний двух термопар разной инерционности и разности этих показаний с повышенной точностью, промежуточный термоэлектрод значительно удлинен и выведен на дополнительную клемму головки термопары.
Недостатком данного устройства является:
- значительные габариты;
- невозможность регистрации профиля температуры термодинамических процессов с характерным временем (продолжительностью) ~20 мс и менее;
- высокая инерционность при регистрации температуры.
Также известно устройство, содержащее ряд соединенных последовательно термопар, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, она выполнена из расположенных параллельно и вплотную один к другому термоэлектродов, например из константановой и медной микропроволок, причем константановые термоэлектроды уложены в два слоя, в одном из которых каждый провод покрыт изоляционной склеивающей пленкой, например из клея БФ-2, во втором слое константановые проволоки уложены с пропуском, в котором расположен медный термоэлектрод, оба слоя термоэлектродов с обеих сторон покрыты сплошной изоляционной склеивающей пленкой, например из клея БФ-2, к которой приклеены с каждой стороны листочки слюды, описанное в авторском свидетельстве на изобретение №342 077, МПК G01 К 7/02, опубл. 14.06.1972 г. под названием «Термоэлектрическая батарея».
Недостатками данного устройства являются:
- сложность конструкции;
- значительные габариты;
- высокая инерционность при регистрации температуры.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является многоканальный датчик температуры, выполненный в виде контактирующих слоев разнородных металлов, нанесенных на подложку, описанный в CN №104409755 от 11.03.2015 г, МПК G01K 7/02.
К недостаткам устройства следует отнести:
- невозможность регистрации профиля температуры термодинамических процессов с характерным временем (продолжительностью) ~20 мс и менее и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс;
- узкая специализация устройства (измерение распределения внутренней температуры и распределения плотности теплового потока топливного элемента).
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого устройства, а именно возможность регистрации профилей температуры при исследовании широкого спектра высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс (таких, как горение ВВ и ПТС) и улучшение массогабаритных характеристик.
Техническим результатом данного изобретения является возможность обеспечения быстродействия многоканального датчика температуры при регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее, и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс.
Это достигается тем, что многоканальный датчик температуры, выполненный в виде контактирующих слоев разнородных металлов, нанесенных на подложку, согласно изобретению, выполнен в виде не менее чем двух нанесенных на подложку дорожек из контактирующих слоев разнородных металлов с образованием зоны горячих спаев, образующих отдельные каналы регистрации температуры и выполненных с изменяющейся площадью поперечного сечения при выполнении условия, что каждая предыдущая площадь поперечного сечения горячего спая меньше или больше последующей.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах:
На чертеже приведен общий вид сечения многоканального быстродействующего датчика температуры;
На чертеже обозначены следующие позиции (для трехканального исполнения):
1 - подложка из диэлектрика,
2 - металл 1,
3 - металл 2,
S1, S2, S3 - площади поперечного сечения горячих спаев.
Многоканальный датчик температуры представляет собой подложку 1 (см. чертеж), например, из ситалла с нанесенными на нее дорожками, в данном варианте исполнения тремя, из контактирующих слоев пары металлов 2 и 3 (например, меди и никеля), способных вырабатывать термо-ЭДС с образованием в зоне перекрытия слоев горячих спаев с площадью сечения S1, S2 и S3 соответственно, при этом S1<S2<S3 или S3<S2<S1.
Возможны варианты выполнения горячих спаев одинаковой ширины, но разной толщины или разной ширины и разной толщины.
Кроме того, каналы регистрации с горячими спаями могут быть нанесены с обеих сторон подложки.
Многоканальный датчик температуры работает следующим образом.
При изменении температуры в области размещения многоканального датчика температуры каждый из каналов регистрации температуры, образованных нанесенными на подложку дорожками, например, трех дорожек с площадью сечения горячих спаев S1, S2 и S3, соответственно, при этом S1<S2<S3, осуществляет регистрацию профиля изменения температуры, при этом наиболее близким к реальному температурному профилю будет участок температурного профиля, регистрируемый каналом с наименьшей площадью сечения горячего спая S1 (см. чертеж), так как уменьшение площади поперечного сечения дорожки в зоне горячего спая приводит к снижению инерционности и повышению чувствительности канала. Если температура в точке измерения превышает температуру плавления одного из металлов 2 или 3, зоны горячего спая дорожек начнут поочередно разрушаться, начиная с дорожки с наименьшей площадью поперечного сечения горячего спая S1, при этом регистрация температурного профиля продолжится остальными каналами, образованными оставшимися дорожками с большей площадью сечения горячего спая. Регистрация температурного профиля прекращается после разрушения дорожки с наибольшей площадью поперечного сечения S3 горячего спая.
Примером конкретного выполнения является многоканальный датчик температуры, содержащий подложку из ситалла с напыленными на нее методом вакуумно-магнетронного напыления дорожками из пары металлов медь-никель 2, 3:
- с площадью поперечного сечения горячего спая S1, образующая первый канал регистрации;
- с площадью поперечного сечения горячего спая S2, образующая второй канал регистрации;
- с площадью поперечного сечения горячего спая S3 образующая третий канал регистрации.
При этом выполняется условие S1<S2<S3. Горячие спаи всех каналов регистрации выполнены последовательным нанесением методом вакуумно-магнетронного напыления на подложку слоев меди 2 и никеля 3 с образованием зоны горячего спая (длиной 0,5 мм). Толщина напыляемых металлов в данном варианте исполнения составляет ~1 мкм. Ширина горячих спаев в данном варианте составила S1=0,5 мм, S2=1,0 мм и S3=1,5 мм. В некоторых технических измерительных схемах для датчика может выполняться условие S1>S2>S3.
Использование данного изобретения позволит:
- обеспечить быстродействие при регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее, и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс (таких как горение взрывчатых веществ ВВ и ПТС);
- получить эффективный и информативный датчик для многоканального измерения температуры;
- уменьшить массогабаритные характеристики датчика.
Таким образом, многоканальный датчик температуры, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Многоканальный датчик температуры, выполненный в виде контактирующих слоев разнородных металлов, нанесенных на подложку, отличающийся тем, что он выполнен в виде не менее чем двух нанесенных на плоскую диэлектрическую подложку дорожек из контактирующих слоев разнородных металлов с образованием зоны горячих спаев, образующих отдельные каналы регистрации температуры и выполненных с изменяющейся площадью поперечного сечения при выполнении условия, что каждая предыдущая площадь поперечного сечения горячего спая меньше или больше последующей.
