Устройство для измерения температуры

Союз СоветсникСоциапистнчесиикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 934254(22)Заявлено 28.04.80 (21) 2915988/18-10с присоединением заявки ЭЙ(5)М. Кл,С 01 К 7/34 3 Ъвуяарственыв квинтет СССР дв делам изобрвтеаиа и открытий(088.8) И.Ю. Петрова, Ю.А. Азнабаев, Ю.П. Данилин фи Р.ф. АсфандияроваУфимский авиационный институт им. Орджон кидзеи Отдел физики и математики Башкирского .илиада АН СССРЧ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к измерению малых изменений температуры (не более 1-2 К) и может быть использовано в информационно-измери.тельной технике и системах управления особо точными технологическими процессами.Известен пироэлектрический детектор с пониженной чувствительностью к вибрационному шуму, содержащии пластину из пироэлектричесмо кого материала, размещенную между электродами, соединенными между собой так, что напряжения шумов, воз никающие на них при воздействии вибсю15 рации или изменении температуры окружающей среды, взаимно компенсируются Г 13Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае 20 мому результату является устройство для измерения температуры, содержащее расположенные на одной пьдложке и отделенные от нее теплоизолирующим слоем активный и компенсирующий пироэлектрические элементы выполненные в виде слоя пироэлектрического материала, помещенного между двумя плоско-параллельными электродами Г 23- Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения малых изменений температуры (порядка 1-2 К), что обусловлено размещением активного и компенсирующего пироэлектрических элементов на различных, значительно удаленных друг от друга участках слоя пироэлектрического материала. Вследствие этой удаленности трудно добиться полной идентичности свойств и структуры активного и компенсирующего пироэлектрических элементов, что является необходимым для достижения высокой точности измерения.Кроме того, большое выходное сопротивление пироэлектрических элементов приводит к необходимости ис3пользования в измерительной цепи согласующих узлов с большим входным сопротивлением, что однако неизбежно снижает точность измерения из-за высокого уровня собственных шумов последних.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее расположенные на одной подложке и отделенные от нее теплоизолирующим слоем активный и компенсирующий пироэлектрические элементы, выполненные в диде слоя пироэлектрического материала, помещенного между двумя плоско-параллельными электродами, введен усилитель напряжения, включенный между активным и компенсирующим элементами, электроды которых выполнены в виде двух гребенок,размешенных одна в другой с зазором,а наружные боковые поверхности обоих Фироэлектрических элементов тепло- изолированы. 2При такой конструкции электродов функции активного и компенсирующего элементов выполняет практически один и тот же участок слоя пироэлек- з трика, что позволяет существенно снизить погрешность измерения.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит подложку 1 степлоизолирующим слоем 2, слой 3 поляризованного пироэлектрического материала с нанесенными на его проти. воположные поверхности, перпендикуае лярные оси поляризации, электродами 4-7, усилитель 8 напряжения и теплоизолирующее покрытие 9. Электроды4 и 6 и расположенный между нимипироэлектрический материал образуютактивный пироэлектрический элемент,а ффэлектроды 5 и 7 с тем же слоем пироэлектрика образуют компенсирующий . пироэлектрический элемент, Все электроды ииеют конфигурацию гребенок, причем электроды 4 и 5 одной поверх- о ности пироэлектрического слоя 3 размещены с зазором друг в друге, а электроды 6 и 7 другой поверхности повторяют по конфигурации и расположению относительно слоя 3 электроды 55 4 и 5 и также размещены один в другом с зазором. Электроды 4-7 электрически изолированы. Пироэлектрические элементы могут быть выполнены методами планарной технологии, Ширина зубьев гребенки электродов может быть выбрана в пределах 1-50 мкм, предпочтительная величина зазора не должна превышать 10-20 мкм, а толщина слоя пироэлектрического материала может выбираться в пределах 50-2000 мкм.Электроды 4 и 6 активного пироэлектрического элемента подключены к входу усилителя 8 напряжения, выход которого соединен с электродами 5 и 7 компенсирующего элемента.Теплоизолирующее покрытие 9 наружных боковых поверхностей активного и компенсирующего пироэлектрических элементов вместе с теплоизолирующим слоем 2 предназначены для обеспечения адиабатного процесса изменения температуры пироэлектрического слоя 3 при приложении электрического напряжения.Устройство работает следующим образом.При малом изменении температуры контролируемого объекта (не показан), приведенного в тепловой контакт с поверхностью электродов 4 и 5, изменяется температура слоя 3 пироэлектрического материала. Вследствие проявления пироэлектрического эффекта между электродами 4 и 6, образующими кснденсатор емкостью С, возникает пироэлектрическое напряжение где Р - пироэлектрический коэффициент материала;Я - диэлектрическая проницае.мость;Й - толщина слоя пироэлектрика;ЬТу, - изменение температуры;Ео - диэлектрическая постоянная.Напряжение Ц 11 подается на вход усилителя 8, вырабатывающего при достаточно высоком коэффициенте усиления напряжение У, полярность которого зависит от знака напряжения между электродами 4 и 6. Приложение напряжения И к электродам 5 и 7 компенсирующего пироэлектрического элемента вызывает электрокалорический эффект, т.е, изменение температуры ьТх пиро5 9342546электрического материала под воздей- температуры. Выходное сопротивление ствием приложенного к нему электри-устройства, определяемое выходным ческого поля а Е сопротивлением усипителя напряже 1 ия, легко может быть выполненоУ 5 постаточно малым, что облегчает егот= ч ы = ч ., Сг) стыковку с другими блоками системыправления. формула изобретения 1 О 15 20 25 30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизеУстройство может быть снабжено элементом 10 коммутации электродов 5 и 7, замыкающим накоротко эти электроды и предназначенным для установки нулевого значения напряжения Ц в начальный момент времени.Предлагаемое устройство повышает точность измерения малых изменений 1. Патент США Ю 4060729,кл. С 01 Т 1/16, опублик. 291177 2. Патент СВА Н 3453432кл. С 01 Т 1/202, опублик. 04.02.79 (прототип). ИПИ Заказ 3913/аж 887 Подписно пиал ППП "Патент",Ужгород,ул.Проектная,4 где ц - коэффициент электрокалорического эффекта материала;Д - толщина слоя 3 пироэлектрического материала,При достижении напряжением Цнекоторого значения изменение температуры ь Тк пироэлектрическогослоя 3, обусловленное электрокалорическим эффектом, скомпенсирует измеряемое изменение температуры ьТ,а пироэлектрическое напряжение наэлектродах 4 и 6 станет равным нулю.Так как напряжение ИП, на входе усилителя 8 становится равным нулю,напряжение УК на его выходе не изменяется. Величина этого напряжения Ик,являющегося выходной величиной всего устройства, связана с измеряемойвеличиной изменения температуры ьТ 11соотношением Устройство для измерения темпера" туры, содержащее расположенные на одной подложке и отделенные от нее теплоизолирующим слоем активный и компенсирующий пироэлектрические элементы, выполненные в виде слоя пироэлектрического материала, помещенного между двумя плоскопараллельными электродами, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введен усилитель напряжения, включенный между активным и компенсирующим элементами, электроды кото" рых выполнены в виде двух гребенок, размещенных одна в другой с зазором, а наружные боковые поверхности обоих пироэлектрических элементов тепло- изолированы.