Термический датчик перемещения

(51) 4 С 01 В 7/30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я4 гизмерения угловых перемещений с помощью термического датчика при одновременном повышении его чувствительности за счет использования явления свободной конвекции нагретого газа от вертикально расположенной пленки нагревателя 5 в сочетании с фазовым переходом металл-диэлектрик в термочувствительном элементе 9, выполненном из пленки диоксида вана-дия. Нагреватель 5 и термочувствительный элемент 9 датчика располагаются в процессе измерения вертикально с возможностью углового поворота одного относительно другого вокруг вертикальной оси. Благодаря тому, что около поверхности нагревателя 5 Ж при его нагреве образуется погранич.В.КиренсГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(53) 621,317.39 з 531,717 (088.8) (56) Агейкин Д.И. и др, Датчики кон троля и регулирования. М.: Машиностроение, 1965, с.252.Авторское свидетельство СССР В 1449836, кл. С 01 В 7/00, 1984.1474451 10 ный слой, в которы при поворотеобъекта постепенно вводится термочувствительный элемент 9. В нем происходит фазовый переход, в результате чего электрическое сопротивлениеэтого участка уменьшается на несколько порядков, что регистрируется с Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения угловых пе" ремещений объектов.Цель изобретения - измерение угловых перемещений и обеспечение высокой чувствительности датчика за счет использования свободной конвекции нагретого газа от вертикально расположенной пленки нагревателя в сочетании с фазовым переходом металл - диэлектрик в термочувствительном элементе - планке диоксида ванадия,На фиг1 изображен датчик, общийвид; па фиг.2 - температурная зависимость электрического сопротивленияпленки диоксида ванадия; на фиг3грацуировочная характеристика датчика.20Термический датчик перемещениясодержит корпус 1 с осевым отверстием2 и выступом 3, на одной из радиальных граней 4 которого размещен нагреватель 5 с электрическими выводами25для подключения к источнику электропитания. Нагреватель 5 выполнен ввиде пленки нихрома. На установленной с воэможностью вращения цилиндрической детали 6 имеется выступ 7и шток 8, входящий в отверстие 2 корпуса 1 и связываемый с процессе измерения с объектом контроля, На радиальной грани выступа 7 размещенпленочный термочувствительный элемент 9, выполненный из диоксида ванадия и имеющий электрические выводыдля подключения к измерительной схеме (не показаны). Корпус 1 и цилиндрическая деталь 6 помещены в трубу .4010, выполняющую функции тепловогоэкрана,Датчик работает следующим образом.При выполнении измерений датчикрасполагают вертикально так, что нагреватель 5 и термочувствительныйэлемент 9 также располагаются вертипомощью соответствующей измерительной аппаратуры, Четкая очерченность границ пограничного слоя и его достаточная ширина позволяют осуществлять измерение углов поворота водиапазоне около 5 С с высокой чувствительностью, 3 ил. кально: За счет тепловыделения нагревателя 5 у его поверхности возникает конвективный тепловой поток, направленный параллельно плоскости нагревателя. Вблизи поверхности нагревателя формируется пограничный слой с четко очерченными границами, внутри которого скорость газа отличается от скорости в полости датчика, Температура газа в пограничном слое также отличается от температуры в полости датчика и близка к температуре нагревателя. Размеры пограничного слоя зависят от состава газовой среды, температуры, ускорения свободного падения и линейных размеров пленки. При определенном повороте детали 6 относительно корпуса 1 участок плвнки термочувствительного элемента 9 оказывается внутри пограничного слоя и, если температура пограничного слоя превышает 340 К, этот участок переходит в металлическое состояние (фиг.З), вследствие чего сопротивление термочувствительного элемента 9 уменьшается. При изменении угла поворота в область пограничного слоя попадает дополнительный участок пленки термочувствительного элемента 9, что приводит к дальнейшему уменьшению сопротивления элемента 9,Термочувствительный. элемент 9 выполнен из пленки ЧО (диоксида ванадия) на подложке поликристаллического корунда. Толщина пленки 0,5 мкм, ширина 2,4 мм, а расстояние между контактами равно 4,5 мм. Нагреватель 5 выполнен из пленки нихрома на подложке слюды, Толщина пленки 0,08 мкм, ширина 3 мм, расстояние между контактами равно 5 мм. Корпус датчика выполнен из оргстекла. Размеры датчика : диаметр 15 мм, высота 30 мм, Зависимость электросопротивления пленки ЧО от угла между плоскостями пленок, измеренная при фиксированном токе 14 мкА через сечение пленки3 14 нихрома (фиг.З) показывает, что датчик позволяет измерять угловое переомещение =5 с чувствительностью 13 х х 10 Ом/град. Характеристика датчика на этом угловом интервале имеет линейный характер. Можно показать, что чувствительность датчика определяется размером пограничного слоя. Если толщина пограничного слоя равна о то при угле р поворота участок пленки ЧО длиной 1 находится внутри пограничного слоя, причем о /зюпу=1. Если длина всей пленки выбрана равной Ь, то угловая зависимость сопротивления пленки может быть записанав виде При малых углахсопротивление ЧО описывается ассимптотой гиперболы с чувствительностьюйк о Рдо (2 я хгде- удельное электросопротивление ЧО в диэлектрической фазе;Я - площадь пленки.Из этого выражения видно, что чувствительность датчика определяется толщиной пограничного слоя и высока при малых углах проворота,Толщина пограничного слоя зависит от скорости конвекции газового пото 74451 4.ка, которая обратно пропорциональнаразности температур нагретой поверхности и термостата. Поскольку темпе 5ратура фазового перехода металл -диэлектрик в ЧО незначительно отличается от комнатной температуры, тотолщина пограничного слоя в этомслучае относительно велика, вследствие чего чувствительность датчикавысока,Таким образом, использование явления свободной конвекции газа отвертикально расположенной пленки нагревателя в сочетании с фазовым переходом металл - диэлектрик в пленкеЧО обеспечивает высокую чувствительность термического датчика при измерении им угловых перемещений,20Формула изобретения Термический датчик перемещения,содержащий установленные с зазором 25 пленочный нагреватель и выполненныйиз диоксида ванадия пленочный термочувствительный элемент, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью измерения угловых перемещений, нагревательи термочувствительный элемент предназначены для размещения в процессеизмерений в вертикальных плоскостяхи установлены с возможностью углового перемещения один относительно 35другого вокруг вертикальной оси.1474451 Составитель Л.Гуськов тор М.Бланар Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова Подпис ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,гарина, 101 акаэ 1881/37 Тираж 683 ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, Жбретениям и открытия ауаская наб д. 4/5