Устройство для измерения температуры

 

Сеюа Севетсннк

Сецналнстнчесннс реслублнн

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ?ЕЛЬСТВУ (i»901848 (бт ) Донелннтельное х авт. санд-ву (22) Заявлено 27.08.80 (2! ) 2S47201/18-10 с присоединением заявки,яв (23)йрнорнтет

Опубликовано 30.01.82. >втоллетень М 4 . Дата еяублнковання еансання 02.02.82 (Ж К>

G01 К 7/38

Фсулврстс@ кй

CCCP йе йолатт язебуетсквй я втсрнтяя (53) ЮК 53В. .53 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Ф. Каримов и Г. С. Кандаурова

Уральский ордена Трудового Красного Знаме уикверситет им. А. М. Горьк (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАЧ УРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для измерения температур различного диапазона в газовых или жидких сре дах и на поверхности твердых тел.

Известны устройства для измерения температуры, содержащие термочувствительный элемент, выполненный из материала, меняющего магнитные свойства при изменении температуры (1 .

Недостатками таких устройств являк>т ся ограниченный диапазон измеряемых температур и ограниченная область применения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее пленочный термс чувствительный элемент, постоянный магнит, шкалу, расположенную со стороны термочувствительного элемента, поляризатор и анализатор (2) . Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и большая инерционность иэ-эа хонструхтнвно2 го выполнения термочувствительтюго эле» мента.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и повышение быстродействия, устройства.

Поставленная цель достигается тем; что в устройстве термочувствительный элемент выполнен в виде ферримагнитной металлической пленки с перпендикулярной анизотропией и градиентом температуры магнитной компенсации, нанесенной ка постоянный магнит, при этом анализатор и поттяриэатор расположены со стороны термочувствительного элемента.

На фяг. 1 приведена схема устройст«

3$ ва с раэмешением анализатора и поляризатора с учетом наблюдения поля зрения шкалы; на фиг. 2 - схема устройства с размещением анализатора, цоляриэатора

29 и полупрозрачного зеркала с учетом наблюдения поля зрения шкалы.

Термочувствительный элемент 1 устройства (фиг. 1), выполненный в виде ферримагнитной металлнчесхой пленки

3 90184 с перпендикулярной анизотропией и градиентом температуры магнитной компенсации, нанесен на металлическую подложку — магнит 2, который придает ему необходимую механическую прочность. Над термочувствительным элементом помещена прозрачная шкала 3, отградуированная непосредственно в градусах. Со сто роны поверхности шкалы расположены поляризатор 4 и анализатор 5. 16

Устройство для измерения температуры работает следукяцим образом.

Металлический магнит 2, а соответственно и .металлический ферримагнитный термочувствительный элемент 1, приводится в тепловой контакт с измеряемым объектом, температура которого лежит внутри интервала измерения температуры магнитной компенсации ферримагнитной, В результате этого в термочувствительном элементе 1 образуются две области с противоположными направлениями намагниченности и с четкой границей между ними. Положение границы определяется значением температуры измеряемого объекта Т. Отсчет температуры производится с помощью предварительно отградуированной шкалы 3. Роль указателя шкалы выполняет граница между указанными выше О областями термочувствительного элемента 1, которая наблюдается через анализатор 5 при помощи света, поляризованного поляризатором 4, При этом поляризатор 4 и анализатор

5 установлены под углом 180 — 2 Q о 35 (О О(— 45 ), а биссектриса этого, угла перпендикулярна плоскости термочувствительного элемента, причем расстояние от поверхности шкалы до вершины ао того же угла равно значению (

Ероме того, поляризатор 4 и анализатор 5 могут быть установлены взаимно перпендикулярно (фиг. 2 ), причем анали45 затор расположен параллельно плоскости термочувствительного элемента, а под о углом 45 к поляризатору и анализатору установлено полупрозрачное зеркало 6.

В качестве материала для термочувствительного элемента используется двух50 подрешеточный металлический ферримагне тик с различной температурной зависи мо<..тью намагниченности подрешеток М и

М и обладающий температурой магнит-2. ной компенсации Т . В магнитной пленке создают такой градиент температуры магнитной компенсации, что внутри пленки образуется наклонная компенсационная

8 4 поверхность, на которой результирующая намагниченность пленки равна нулю.

Термочувствительным является положение доменной границы, отсчитываемое по оси х, определяемое равенством результирующей коэрцитивной силы образца

Н< (х) и суммой обменного поля Н, между слоями с эффективным полем анизотропии Н (х) перемагниченного верхнего слоя в некоторой точке х, т.е. Нк(х )=

=Н +Нд(х)=Н. (x ).

Если магнитное поле постоянного магнита Н превышает коэрцитивную силу образца Н (х ),то. эта граница смешается и занимает положение, определяемое равенством магнитного поля постоянного магнита Н и суммой обменного поля между слоями Н с эффективным полем анизотропии НА (х) перемагниченного верхнего слоя ферримагнитной металлической пленки, т.е. Н=Н (х). При постоянном магнитном поле Н изменение температуры образца вызывает вариацию величины Н (х), в результате чего граница, разделяющая области с разной намагниченностью,сме щается в новое положение. Таким образом, если, подобрав режим напыления пленок, создать линейное изменение

Н,(Т) вдоль одного из направлений в плоскости пленки от Н, (Т„) до Н, (Т,), (Т вЂ” температура, при которой граница находится на левом крае пленки; Т вЂ” на правом; Т, 7 Т ), то при Т=Т„+Т I граница, определяемая значением Н=Н, будет находиться в центре пленки. При понижении температуры граница будет смешаться вправо и при Т=Т окажется на правом крае пленки, при повышении — влево и при Т=Т граница будет располагаться на левом крае.

При освещении устройства (фиг. 1 ) белым светом со стороны поляризатора 4, последний становится линейно-поляризованным.

Линейно-поляризованный свет падает на термочувствительный элемент 1, при отражении от которого происходит поворот плоскости поляризации (имеет место магнитооптический эффект Керра). Угол поворота плоскости поляризации зависит от направления намагниченности в термочувствительном элементе 1, поэтому плоскости поляризации света, отраженного от областей, намагниченных в разных направлениях, составляют одна с другой некоторый угол, величина которого зависит от керровского вращения в материале термочувствительного элемента 1, в реФормула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР. № 550543, кл. G01 К 7/38, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР, % 587345, кл. 601 К 7/38, 1976 (прототип) .

5 0018 зультате чего после прохождения света через анализатор 5 на шкале 3 наблюдается граница раздела между двумя областями термочувствительного элемента 1, Магнит 2 одновременно обеспечивает помехоустойчивость показаний устройства . по отношению к внешним магнитным полям.

Причем он может быть пленочным или массивным, изготовленным, например, из соединения 5,„Сî - ro

Линейно-поляризованный свет (фиг. 2) отражается от полупрозрачного зеркала

6 и падает на термочувствительный элемент 1. Дальнейший ход светового луча аналогичен тому, что имеет место на фиг. 1.

Ширина границы раздела между двумя областями термочувствительного элемента 1 составляет не более 1 мкм. При типичных размерах термочувствительного 2î элемента (1 см) и диапазоне изменения температуры компенсации в материале термочувствительного элемента (О, 1 К) предлагаемое устройство обеспечивает

-5 точность измерения 0,1 К 10 -10 К zs при отсчете по шкале с помощью оптического микроскопа. Причем разрешающая о способность устройства достигает 0,17 С при минимальном расстоянии, равном

2 мкм между делениями шкалы, которая зо располагается на поверхности пленки.

Инерционность устройства не превышает сотой доли секунды, так как тепловой контакт с измеряемым объектом осуществляется металлической системой с 35 высокой теплопроводностью, а именно металлическим термочувствительным элементом и магнитом при большой полезной

48 6 плошади контакта. Интервал измерения температуры определяется диапазонам изменения температуры компенсации материала термочувствительного элемента, который в случае аморфных пленок гадо» линий-кобальт превосходит 100 К. Среднее значение иэмеряемьк температур определяется значением достижимых тем ператур магнитной компенсации, и, напри мер, для аморфных пленок гадолиний-кобальт лежит в пределах от 0 до 500 К.

Устройство для измерения температуры, содержащее пленочный термочувствительный элемент, постоянный магнит, шкалу, расположенную co cTopoHbl термочувств.".тельного элемента, поляризатор и анали« затор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения быстродействия, термочувствительный элемент выполнен в виде ферримагнитной металлической пленки с перпендикулярной анизотропией и градиентом температуры магнитной компенсации, нанесенной на постоянный магнит, при этом анализатор и поляризатор расположены со стороны термочувствительного элемента.

ВПИИПИ Заказ 12358/50 Тираж 882 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4