Устройство для измерения температуры

Ы 1747 у 44 А01 К 5156, 7/32 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫМ 26,:; : . . (57).Сущность изобретения: в корпусе разлитехнический ийстйтут мещены осйованйе в виде пластины из масомола и Институт мор- терйала с низким: коэффициентомфизики Дальневосточно- линейного расширения и струна, закрепССР , ленная на нем своими концами. ПоверхЕ,П, Красноженов, Р,И. ность пластины, обращенная к струне,нов, А,Н. Жирков и Н,Л, покрыта токойроводящей пленкой, Струнавыполнена иэ нитевидного полупроводникового тензочувствительного монокристаластотные датчики систем ла. Автогенератор, подключенный к струнеравления, М.: Энергия, и через электрический контакт к токопрово- .дящей пленке, возбуждает колебанияетельство СССР . струны,.При изменении температуры часК 7/32, 1975, тота собственных колебаний струны изменяется, что регистрйрует измерительчастоты, 1 ил,(21) 4785661/10(71) Львовский поим, Ленинского комской геологий и геого отделения АН С. (56) Милохин Н,Т. Чавтокойтрола и уп1968, с. 36.Авторское свидМ 532019, кл. 6 01 Изобретение относится к термометриии может быть использовано в различных об. ластях науки и техники для измерения, контроля и регулировки температуры иразличных теплофизических параметров,Известны струнные датчики различныхфизических величин, используемые в технике статических измерений, Действие йх основано на измерении частоты собственныхколебаний струны при изменении ее натяжения, В струнных датчиках температурынатяжение струны, как правило, изменяетсяс температурой за счет неодинакового удлинения элементов конструкции, выполненных из разнородных материалов сразличными температурными коэффициентами расширения,Недостатками указанных датчиков являются невысокая чувствительность, низкая точность измерения, большая инерционность,Наиболее близким к предлагаемому йо технической сущности является струнный термометр, содержащйй корпус с натянутой внутри него струной из монокристаллического термоупругого сплава медь - алюминий - никель и магнитоэлектрическую систему, с помощью которой в струне возбуждают поперечные механические колебания. При изменении температуры частота колебаний струны изменяется как вследствие изменения ее натяжения из-эаразличия в коэффициентах теплового расширения материалов струны и элементов конструкции термометра, так и вследствие явления термоупругости. При этом основным параметром, определяющим чувствительность струнного термометра, является частота17479443собственных колебаний струны, которая за- ходимость в использовании возбуждающих виСйт отгеометрических размеров струны, и приемных элементов конструкции термоЧем меньше длина струны и ее диаметр, тем метра, ограничивающих нижний предел выше частота и тем больше динамический размера струны.диапазон изменения частоты на заданный 5 Использование в качестве струны нитеинтервал температуры, т".е, тем выше чувст- видного монокристалла с практически идевительность термометра,альными механическими свойствами вКонструктивные особенности известно- отношении упругости и прочности повыша го струнного термометра, связанные с за- ет точность датчика температуры по сравнеделкой концов струны в корпусе, и 10 нию с известными термометрами со используемые методы возбуждения меха- струнами из традиционных материалов. Вынических колебаний и преобразования их в сокое качество крепления концов струны на электрический сигнал не позволяют испорть- основании с помощью стеклоприпоев обесзовать струны сколь угодно малых-разме- пе ивает соединение материалов струны и ров, Следовательно, его чувствительность 15 основания на уровне химической связи и ограничена, ВыСкальзывание концов струн исключает изменение со временем исизузловидефорацияучастков струны вбли-ходного механического состояния струзиместзаделкиуменьшаютточностьтермо- ны (начального натяжения) вследствие метра. Точность термометра уменьшается выскальзывания из узлов крепления. Совертакже вследствие релаксации напряжений в 20 шенство механических свойств нитевидных струне, созданных предварительным натя- кристаллов исключает релаксацию механижением ее при сборке , ческих напряжений и обеспечивает повыИз-за невозможности использования шение точности по сравнению с другимикОротких струн размеры и масса термомет- типами струн.ра оказываются большими, Вследствие это Использование основания из материаго"инерционностьтермометра велика и он ла с нулевым коэффициентом теплового не может быть использован для измерений расширения снижает инерционность тербыстропротекающих процессов мометра до значений, характеризующихЦель изобретений - уменьшение инер- инерционность изолированной струны, Этоционности. 30 определяется тем, что изменение темПоставленнаяцельдостигаетсятем,что пературы не приводит к расширению или вструнном термометре, содержащем кор- сжатию основания термометра и, следовапус с размещенной в нем струной, эакреп- тельно, не влияет на механическое состоя- ленной концами на основании, и блок ние закрепленной на нем струны, которое возбуждения колебаний струны, подклю-, 35 может изменяться только вследствие ее тепченный к ней через токоподводы и соеди- лового контакта с окружающей средой, Поненный с измерителем частоты, струна скольку размеры струны (длйна, диаметр)выполнена из нитевидного полупроводни- могут быть выбраны сколь угодно малыми, кового тензочувствительнаго: монокри-то инерционность термометра определяетсталла, а основание имеет форму 40 ся исключительно этим элементом,пластины из материала с низким коэффи-На чертеже представлен предлагаемый циентов линейного расширения, поверх- струнный термометр, общий вид.ность которой, обращенная к струне, Основаниетермометра 1 выполненоиз покрыта токопроводящей пленкой с подсо- материала с нулевым или близким к нулю единенным к ней электрическим контактом, 45 значением температурного коэффициента подключенным к блоку возбуждениия коле- линейного расширения (керамика, АгОз, баний струны.: ТОг, ситалл марки СО - 115 М, плавленныйИзобретение обеспечивает уменьше- кварц). На основании 1 располагают струнуние инерционности, габаритов и массы тер с токоподводами 3, изготовленную из нимометра,50 тевидного тенэочувствительного монокриИсйользованиеструны из нитевидного сталла, например кремния р-ти паполупровоДникового" тензочувствительного проводимости длиной около 1,5 мм и диамонокристалла повышает чувствительность метром 7 - 10 мкм. Концы струны закреплетермометра, поскольку позволяет приме- ны на основании в узлах 4, Поверхность "нятьструны сколь угодно малых размеров, 55 основания под струной покрыта токопровоЭто обусловливается-возможностью прямо- дящей пленкой 5, на которой сформирован го преобразования механических колеба- электрический контакт (возбуждающий ний струны в электрический сигнал за счет электрод) 6. Защитный корпус 7 снабжен внутренних тензорезистивных свойств гермовыводами 8, посредством которых токристалла,вследствиечегоисключаетсянеоб- коподводы кристалла и возбуждающийэлектрод подключены к блоку 9 возбуждения колебаний струны, соединенному с блоком-регистратором 10,Устройство работает следующим образом.При возбуждении автоколебаний частота определяется частотой собственных колебаний струны, зависящих от натяженияструны. При изменении температуры натяжение струны изменяется за счет тепловогорасширения (сжатия) ее между фиксированными узлами крепления струны на основании. Это изменение частоты преобразуетсяблоком-регистратором в показания температуры.Использование изобретения позволяетсоздавать термометры для измерения температуры и других физических величин, изменение которых обусловлено тепловыми 20процессами. Возможность изготовлениятермометров весьма малых размеров, ограничиваемых лишь размерами струны, которые могут быть сколь угодно малыми,позволяет создать малогабаритный прецизионный безынерционный термометр с минимальным дестабилизирующим влияниемна объекты измерений, Испытания одногоиз вариантов таких термометров с размерами основания 2" 1"0,5 мм длина струны 1,5 30 мм, диаметр 8 мкм) позволили оценить точность изменения температуры величиной 0,01 С при инерционности не более 0,1 с.Предлагаемый струнный термометр имеет по сравнению с известным значительно меньшие габариты и массу, что позволяет проводить-йзмерения с минимальным влиянием на объект измерения, Возможно его применение в качестве рабочих и образцовых средств измерения температуры,Формула изобретения Устройстводля измерения температуры, содержащее корпус с размещенной в нем струной, закрепленйой концами на основании, и блок возбуждения колебаний струны, подключенный к ней через токоподводы и соединенный с измерителем частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения инерционности, струна выполнена из нитевидного полупроводникового тензочувствительного монокристалла, а основание имеет форму пластины из материалас низким коэффициентом линейного расширения, поверхность которой, обращенная к струне, покрыта токопроводящей йленкой с подсоединейнымк ней электрическим контактом, подключенным к блоку возбуждения колебаний струны,