Датчик температуры

(50 4 С О 1 К 11/24 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюл. У 38 лектроники о н Ю.В,Ме БССР СССР982.19567,тельство11/24,анин В 279. л. 6 0 ,(54) ДА ,(57) Из тельной ТЕМПЕРА ТУРИтение относитсянике, а именно измеристррйГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ В РОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.801264013 ствам контроля температуры с преобразователями поверхностных акустических волн (ПАВ). Для повьвения быстродействия и точности измерения температуры по внешнему контуру звукопро-.вода 1 выполнены Г-образные выступы Э, жестко соединяющие его с крыикой 5 корпуса. Развязка зоны соединения от области звукопровода, гдеразмещена ПАВ-структура 2, позволяет исключить дрейф выходной частотыдатчика. Вакуумирование объема 6 датчика разко замедляет процесс старения ПАВ-структуры. 2. 7 ил.вследствие изменения величины акустической задержки ПАВ 1 , что связано, в свою очередь., с температурой зависимостью скорости ПАВ и изменением геометрическ(и размеров звуконровода 1.Частотно-температурная характеристика Г ПАВ-генератора на основе зву(т)копровода 1 иэ, например , м онокр исталлического кварца опр ед еляе тся вы- ражением гдетемперат 1 ные ко ффициенты частоты. 10 поядка, измеренные при опорной температуре Т, 25 С.В частности для кварца ЫТ-среза Р = 28 1 О (С) " ; я":-2 и1 О ( С)- в , для У срезай Э 1 =. 23 1 О (С), Р "=-З, 1 О( С) . Таким образом, изменение температуры контролируемой среды сопровождается практически линейным изменением частоты датчика.Положительный эффект, достигаемый за счет применения предлагаемого решения, можно пояснить следующим образом. и - Ч /2 7й.9 где и - 1, 2, 3- целое, определяющее модуль колебания+ - суммарный фазовый сдвиг вцепях усилителя, входном ивыходном ВШП" 507 - акустическая задержка ПАВпри ее распространении в ПАВструктуре 2.Изменение температуры контролируемой среды, в которую помещается дат чик, и, следовательно, темпера. туры звукопровода 1 приводит к девации выходной частоты й ПАВ-генератора Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам контроля температуры с преобра(зователями поверхностных акустических волн ПАВ), и может быть исполь1эовано, в часности, в бортовой аппаратуре транспортных средств, например автомобилей.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измеренияОтемпературы,На Фиг. показан датчик температуры 1 на Фиг,2 - разрез А-А на Фиг,1."на Фиг.3-7 в . варианты предлагаемогодатчика температуры, разрез.Датчик температуры (Фиг.1) содержит звукопровод 1, на поверхностикоторого размещена структура на ПАВ2 (линия задержки на ПАВ или ПАВ-резонатор). По внешнему контуру звукопровода 1 непосредственно в его ма 1 ериале выполнены Г-образные выступы 3, посредством которых эвукопроводс помощью, например, легкоплав 25ких стекол либо другого связующеговещества 4 жестко соединен с крышкой 5 корпуса. При этою эвукопровод1 является одновременно основаниемкорпуса, Объем 6 датчика над поверхностью распространения ПАВ в звуко-,проводе 1 вакуумируется. На ПАВ-структуре 2 путем ее включения в цепь обратной связи усилителя не показан)образован ПАВ-генератор.Процесс измерения температуры пред предлагаемым датчиком осуществляетсяследующим образом.Частота, при которой происходитвозбуждение .ЗВ-генератора на основе ПАВ-структуры 2, в частности линия задержки на ПАВ, определяется вы- выражением(2) Поскольку соединение(крышки 5 корпуса - звукопровод 1 с помощью связующего вещества 4 является жесткьщ, (что необходимо для вакуумирования поверхности распространения ПАВ), из-эа разности в температурных коэффйциентах расширенияТКР) соединяемых материалов в области соединения возникают значительные механические 1 напряжения и деформации. Разница в ТКР может быть обусловлена использованием крышки 5 с ТКР, отличным от ТКР эвукопровода , либо различается ТКР связующего вещества 4. Однако даже при выполнении крышки 5 из того же материала, что и звукопровод 1, например из монокристаллического кварца, невозможно получить свободное от термонапряжений соединение, поскольку связующее вещество 4 всегда имеет изотропный независящий от направления ТКР, а монокварц обладает значительной анизотропией тепловых свойств (ТКР кварца, вдоль например, в и х осей, отличается в 2 раза - соответственно 14 10 б и 7 1 О ( С .(4) Таким образом, при изменении температуры ьТ в области соединения в материале звукопровода 1 возникают ;:.;еханические. деформации, максимальная величина которых определяетсякак Я: ьЫ Т,М Кгде д Ы - разница в ТКР,Требуемое максимальное изменениелинейного размера (удлинение илиукорочение), необходимое для исключения термодеформации подложки из-зарассогласования в ТКР, на основании (3) где 1, - некоторый постоянный для данного датчика размер, определяемый его конкретной конструкцией и линейными размерами.В случае сплошной однородной плоской подложки - звукопровода 1 проис- ходило бы распространение термодеформаций .и напряжений .по всему звукопроводу 1, в том числе в область размещения ПАВ-структуры. В резуль, тате наблюдался бы дрейф выходной частоты датчика и резкое снижение точности измерения.Однако в предлагаемом датчике по периметру звукопровода 1 выполнены Г-образные выступы 3. Зона соединения 4 связана с основной частью звукопровода 1, где размещена ПАВ- структура 2, посредством этих выступов. При передаче термонапряжений из области соединения 4 к области эвукопровода 1 с ПАВ-структурой 2 как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях (по отношению к поверхности распространения ПАВ), одно или одновременно оба плеча Г"образного выступа 3 работают преимущественно на изгиб, подобно консольно закрепленной пластинке. В этом случае даже при небольших термически вызванных усилиях происходит значительная деформация Г-образных выступов 3 и необходимая величинаь 1 , накапливается за счет деформации, преимущественно изгиба, Г-образных выступов.В результате в предлагаемом датчи,ке удается развязать имеющую значительные термонапряжения вследствие рассогласования ТКР зону соединения от области звукопровода 1, где разсии, в том числе соединение с крышВ .12 б 4013кой 5 корпуса, производятся со сто/ИН, Ь0,3 Н (Я роны размещения структур на ПАВ 2,Конструкция фиг.7 представляет собой вырожденный случай предлагаемогодатчика, когда два Г-образных пазасливаются в один общий Т-образныйвыступ.Поскольку к качеству обработки иточности размеров выступов 3 не пред/является жестких требований, они лег б Ф о р м у л а и,з о б р е т н и я ко могут быть сформированцметодом химического травления,фрезерованияи т.д.Требуемые геометрические размерывыступов могут быть рассчитаны дляданной конструкции датчика на основеизвестных соотношений теории упругости,.при условии, чтобы они обеспечивали компенсацию определяемой (4 )величины Ь , Однако обычно досейктаточно выполйение соотношения для 6хотя бы.одного из плеч Г-образноговыступа фиг.б:У 7 1в предложении, что второе плечо выступа имеет ширину ( Ь и длину 5 0,5 Н, где В - длина части звукопро.вода 1 без выступов в рассматриваемом направлении; Н - толщина этойчасти звукопровода. Датчик температуры, вьаолненный в виде расположенного в корпусе эвукопровода, на поверхности которого размещена структура на поверхностных акустических волнах, о т л и ч а шщ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия н точности измерения температуры, по внешнему контуру звукопровода выполнены Г-образные выступы, посредством которых он соединен с корпусом. ФФФ Ф 3т Ъ фМй 3 бФ Ф ф М Юф: ы,У Ф Составитель И;Андрняноведактор Н.Киштулинец Техред И.Попович Корректор В,БутягаЮВ е теа щ ее ее а 77 Я Подписноеного комитета СССРений и открытий5 Раушская наб д, 45 551/41 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж каз Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,