Акустоэлектронный датчик температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК БРЕТЕНИ В вра 83. ЕМП в технти 7 13 10 Ц 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ А 8 ТОРСКОМУ СВИ ЕТ(71) Рязанский радиотехнический иститут(54) АКУСТОЗЛЕКТРОННЫИ ДАТЧИК ТРАТУРЫ,ЯО 13923971) 4 С 01 К 11/24 измерений температуры. В пьезопластине 2 с помощью встречно-штыревогопреобразователя (ВШП) 4 возбуждаетсяволна, которая достигает выходнойВШП 5. Величина скорости в звукопроводе зависитот значения скоростейматериалах пьезопластин 2 и 3, зазомежду ними, соотношения толщин пьезопластин 2 и 3, размеров взаимной области перекрытия пластин и температуры окружающей среды, Изменение скорости акустической волны за счет трансформации акустической волны и перераспределения ее энергии между пьезопластинами 2 и 3 в узком диапазонесоставляет несколько процентов, чтопревосходит суммарное изменение температуры в УХ-срезе кварца пъезопластины 2 во всем диапазоне измерений.Изобретение относится к технике иможет найти применение в системахконтроля и управления технологичес"кими процессами, научном приборостро" 5енин и т.д.Целью изобретения является повышение чувствительности измерений температуры за счет дополнительного изменения скорости акустической волны 10при возбуждении связанных волн.На фиг.1 показан датчик, фронтальный разрез; на фиг.2 - чувствительный элемент датчика при изменениитемпературы окружающей среды; на 15фиг.3 - то же, вид сверху.Устройство состоит из держателя1, изготовленного из кварцевого стекла, в котором в изогнутом положениипараллельно друг другу закреплены 20жестко оптически полированная пьезопластина 2, изготовленная из пьезокварца УХ-среза, и пьезопластина 3из кремния (Ш)-среза, обработаннаяпо 14 классу. На пластине 2 размещены входной 4 и выходной 5 встречноштыревые преобразователи (ВШП) акустических волн и поглотители 6 и 7,На пластине 3 нанесены поглотители8 и 9 акустических волн из эластичного материала, например эпоксиднойсмолы с наполнителем.Величина зазора в пределах отБ=(о-с,)вТ.1 до Ямакс =М 4, где сс - температурные коэффициенты расширения пластин; ЛТ - диапазон измеряемых температур;- длина акустической волны в пластине 2; 1 - длинапластин, обеспечивается закреплениемпластины в пазах держателя 1, расположенных на строго определенном расстоянии, и калиброванной длиной пластин 2 и 3. Держатель с пластинамиустановлен на основании 10 из инварас гермовводами 11 и 12 из ковара.45Крышка 13 изготовлена из металла схорошей теплопроводностью. Герметичф.ный объем заполнен гелием, хорошопроводящим тепло, Период решеткиВШП (расстояние между одноименнымиэлектродами) составляет 100 мкм, толщина пластины 2 равна О, 12 мм, пластины 3-0,15 мм, длина пластиь. - 40 мм,ширина - 20 и 15 мм соответственно.Зазор между пластинами равен 10 мкм.Количество электродов ВШП - 20 пар,апертура - 5 мм.Устройство работает следующим образом,В пьезопластине 2 с помощью ВШП 4 возбуждается волна Лэмба (квазирелеевская волна), которая достигает выходной ВШП 5 эа время1 о(1)огде Ь - длина эвукопровода (расстояние между ВШП);7 - скорость в звукопроводе притемпературе ТВеличина скорости в звукопроводе зависит от значения скорости в материалах пластин 2 и 3, зазора между пластинами, соотношения толщин пластин 2 и 3, размеров взаимной области перекрытия пластин и температуры окружающей среды.При расположении двух пластин с очень небольшим зазором параллельно одна другой скорость акустической волны в составном звукопроводе изменяется в пределах от 316 км/с до510 57 " ---- -=3 9 км/с (2)маркс Фв зависимости от величины зазора, изменяющегося от Ь /4 до О,Практически изменение скорости в диапазоне температур в составном звукопроводе происходит в меньших пределах из-за неравномерности зазора на участке между ВШП. Но даже в самом худшем случае изменение скорости акустической волны за счет трансформации акустической волны и перераспределения ее энергии между пластинами в узком диапазоне составляет несколько процентов, что значительно превосходит суммарное изменение температуры в УХ-среде кварца во всем диапазоне измерений:--- = Ы Импекс=40 10 500=27,А/мокс4При соответствующем выборе толщиныи материала пластин наблюдается трансформация квазирелеевской волны вобъемную-продольную или поперечную,скорости которых, особенно продольной, в 2 раза превосходит скоростьквазирелеевской волны. В этом случаечувствительность датчика температурызначительно выше,Наибольший эффект наблюдается прииспользовании составного звукопроводакварц-сапфир, но из-за меньшей разности ТКР, чем для пары кварц-кремний, трудно обеспечить требуемую ве 1392397личину зазора, при котором происходит максимальное изменение скорости в измеряемом диапазоне температур.Жесткое закрепление пластин в изогнутом состоянии необходимо для более эффективного изменения зазора, связанного с разностью ТКР материалов пластин, чем при их плоской форме. В последнем случае для пластин 10 толщиной (1 мм зазор в диапазоне температур 100 изменяется всего на 10 з мм для пары пластин кварц - кремний. В первом случае зазор изменяется в 100-200 раз больше в зависимости от длины пластин и при меньшем измеЬнении температуры.Изменение времени задержки:ДС (3)17 огде Е - длина звукопровода при некоторой температуре измерения;Т, Ч - соответствующая величинаскорости в составном звукопроводе при той же температуре Т.Относительное изменение. времени задержки может быть преобразовано в частотный выходной сигнал с помощью генератора с задержанной обратной связью или ПАВ-резонатором. Частотнаяформа сигнала удобна для последующейобработки микропроцессором или длядистанционной передачи по радиоканалу.Формула изобретенияАкустоэлектронный датчик температуры, содержащий пьезопластину с размещенными на поверхности встречноштыревыми преобразователями и поглотителями акустической волны, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен дополнительной пьезопластиной, при этом основная и дополнительная пластины установлены параллельно одна другой с зазором не более половины расстояния между штырями встречно-штыревого преобразователя и в изогнутом состоянии жестко закреплены в держателе из материала с малым коэффициентом теплового расширения, при этом материалы пьезопластин выбраны с различными температурными коэффициентами линейного расширения, а суммарная их толщина не превышает шести расстояний между штырями встречно-штыревого преобразователя..Повхан еда Заказ 1883/4 одписн 4/ 5 Тираж 607ВНИИПИ Государствпо делам изобре 113035, Москва, Жоизводственно-полиграфическое ного комитета СССний и открытийРаушская наб., д ие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4