Датчик температуры смыслова

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для изМерения температуры, основанным на расширении твердых тел.Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном увеличении надежности датчика.На фиг. 1 показан датчик (основной вариант); на фиг. 2 - то же, вид сверху, без пробки и крышки; на фиг. 3 - схема манометрического термодеформатора с резистивным элементом; на фиг. 4 в . схема дилатометрического термоцеформатора (толщины тер модеформаторов и резистивных элементов преувеличены для наглядности),Датчик содержит корпусв виде винта без головки, закрепленный в нем 20 переменный резистор, состоящий из резистивного элемента, включающего ди-. электрическую основу 2, на которой выполнена, например по толстопленоч" ной технологии, гладкая непрерывная резистивная пленка 3 с плюсовым выводом 4.и массовым выводом 5 со шпеньком 6, проходящим сквозь основу 2 до контакта с корпусом 1. Контактный элемент выполнен в виде непрерывной гладкой металлической полоски 7, проч но скрепленной (например, напыленной) с изгибаемой при изменении температуры поверхностью термодеформатора 8 в виде биморйной кремнийсапфировой симметрично-выпуклой пластинки, в кото,рой слой кремНия образует выпуклую сторону, ибо термодеформатор 8 изготавливается при высокой температуре, а кремний имеет меньший температурный коэффициент линейного расширения, чем сапфир, который при снижении температуры сжимается больше и образует вогнутый слой, Пластинка 8 и полоска 7 соединены выпуклой стороной с пленкой 3 хомутиком 9 так, чтобы сила их взаимного прижатия сохранялась в заданном температурном диапазоне. Резистивный .элемент Фиксирован от поворота своими концами входящими в паФ50 зы 10 корпуса 1, и прижат к дну корпуса 1 через диэлектрическую крышку 11, фиксированную от поворота своими выступами (не показано), входящими в пазы 10 так же, как резистивный элемент, пробкой 12, ввинченнои вн 55 корпус 1. Электрическая цепь датчика однопроводна и состоит из клеммы 13 в изоляторе 14, проводника 15 в крьппке 11, вывода 4, пленки 3 и части замыкающей ее полоски 7, вывода 5 со шпеньком 6 и корпуса 1, 1(онтакты между клеммой 13, проводником 15, выводом 4, шпеньком 6 и корпусом 1 обеспечиваются прижатием пробкой 12, которое недостаточно для противодействия термонапряжениям.в этих деталях и в основе 2 по их поверхностям, сопряжения, поэтому в них, особенно в основе 2, не возникают термокоробления, Корпус 1 имеет шлицы 16, а пробка 12 - гнезда 17 для спецотверток, полоска 7 несколько длиннее и шире пленки 3, начала выводов 4 и 5 - не толще пленки 3. Основа 2, пластинка 8 и хомутик 9 зафиксированы от взаимного сдвига, например, выступами и пазами (не показано). Пластинка 8 может быть прикреплена консольно с контактом к одному из концов пленки 7, она может быть выполнена из биметаллической пластинки, которая в этом случае служит одновременно кон" тактным элементом. Термодеформатор (фиг. 3) может быть выполнен в виде манометрического элемента, например баллончика с угругой стенкой, заполненного жидкостью, который одновременно служит контактным элементом (поэтому обозначен на Фиг. 3 поз.7,8). Термодеформатор может быть выполнен также на дилатометрнческом принципе (фиг. 4),в виде пластинки , 8, закрепленной с продольным прогибом и выполняющей также роль контактного элемента. Пленка 3 может быть выполнена на одномили двух встречно изгибающихся термодеформаторах 8, если нужно с основой 2 под ними.,1(онтактная поверхность планки 3 может быть не.плоской, Например цилиндрической, с изменением толщины или формы продольного профиля основы 2, Пластинка 8 может быть плоской в исходном состоя нии и изгибаться при изменении температуры. Пленка 3 и полоска 7 могут иметьразличную Форму контактных поверхностей. Все эт варианты позволяют получить нужную зависимость сигнала датчика от температуры, Датчик может быть выполнен для работы с двухпроводной линией, для этого вместо шпенька 6 к выводу 5 будет прижат другой проводник 10, соединенный с другой клеммой 13, как от вывода 4, Контактный элемент 7 также можетиметь вывод.Формула изобретенияДатчик температуры, содержащий резистивный элемент на диэлектрической основе, снабженный выводами и связанный с термодеформируемым эле 5155 О 3Работа датчика (основного варианта). Для определенности рассмотрим работу датчикапо фиг. 1 при росте . температуры. В исходном состоянии пластинка 8 изогнута. При росте тем 5 пературы кривизна пластинки 8 уменьшается, поэтому она распрямпяется и прилегает к пленке .3 на все большей . длине, т.е. замыкает все большую часть резистора. На нижней температурной границе пластинка 8 прогнута не толька в продольном, но и в поперечном сечении, поэтому она должна образовывать с пленкой 3 точечный 15 контакт, однако на пластинку 8 давит хомутик 9 по линии и по этой линии разгибает пластинку 8, прижимая ее к пленке.3 по линии, т.е. обеспечивает не точечный, а линейный контакт (гластинка 8 тонка, поэтому имеет неболь" шое сопротивление изгибу). Конечно, на самом деле контакт будет не по линии, а по узкому пятну контакта за счет деформаций контактирукицих дета" 25 лей. При увеличении стягивания хому" тиком 9 пластинки 8 с резистивным элементом ширина пятна контакта увеличивается, сопротивление резистора уменьшается еще до помещения перемен- ЗО ного резистора (основа 2, пленка 3, полоска 7, термодеформатор 8) в корпус 1, поэтому можно регулировать начальное сопротивление датчика в процессе сборки. Согласно геометрии касание дуги с прямой.или кривой может быть только в точке, т.е. никакого постепенного закорачивания пленки 3 не может быть, однако это относится только к абсолютно твердым телам, но 4 О реальные детали способны деформироваться, поэтому контакт происходит не по точке, а по пятну (в двухмерном зображении). Если на поверхности пленки 3 будет Выступ, то полоска 7 45 при разгибании коснется его вершины до того, как граница пятна контакта дойдет до этого выступа, т.е. часть пленки 3 будет закорочена не плавно, а ступенчато, что вызовет погрешность 5 О Для устранения этого пленка 3 (как и контактная поверхность полоски 7) должна быть гладкой. 1 онечно, микро" неровности неизбежны, но они дадут "микропогрешности", которые меньше погрешностей от других причин. То.же самое произойдет, если будет нарушена непрерывность пленки 3 (или контактной поверхности полоски 7), иа 35 6пример пленка будет иметь форму меандра, изгибы которого будут вие ширины полоски 7 (точнее вне шириныпятна контакта), они эквивалентнывпадинам между вертикапьными выступами, как было описано, но дают большую погрешность. То же будет, еслиначало любого вывода (например, 4)будет толще пленки 3; вывод образуетступень, которая будет причиной погрешности.Пластинка 8 не находится в контакте с измеряемой средой, поэтому еепрогибание будет отставать при изменении температуры, что дает динамическую погрешность и даже разностьтемператур за счет охлаждения со стороны пробки 12 (систематическая погрешность), Дпя уменьшения этих погрешностей можно применить известныеконструктивные решения (которые вызывают другие нежелательные последствия), например пропускать внутрь корпуса измеряемую среду, заполнить корпус неэлектропроводной.жидкостью ит.д. Во всяком случае в датчике должет быть наименьший объем для воздуха. При работе манометрического элемента (фиг. 3) при росте температурыжидкость (или газ) в баллончике расниряются, но он зажат в корпусе 1,поэтому его стенка. распрямляется инижняя сторона закорачивает все больную часть пленки 2,При работе дилатометрического элемента (фиг. 4) элемент в виде пластинки 3 из одного материала, например бериллиевой бронзы, подвергнутпродольному изгибу при нижней границе температурного измерительногодиапазона и приведен в контакт спленкой 3. При росте температурыпластинка стремится стать длиннее,но этому препятствуют упоры, расстояние между которыми увеличивается гораздо меньне, поэтому пластинка будет стремиться увеличить продольныйизгиб, но этому препятствует пленка3, поэтому увеличивается длина прнлегания пластинки 3 к пленке 3, т.е.она закорачивается все в больней мере.65осуда Тираж 496венного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская Подписное и открытиям при ГКНТ СССаб., д. 4/5 ЗаказВНИИПИ иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага ментом через контактный элемент, закрепленный на последнем, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения при од"новременном увеличении надежности, внего введен корпус, в котором размещены термодеформируемый элемент, выполненный в виде биморфной симметрично-выпускной пластины, контактный элемент, выполненный н виде полоски, закрепленной на выпуклой поверхности пластины, и резистивный элемент, выполненный в виде пленки, йри этом пленка и полоска соединены друг с другом, а выводы резистивного элемента в зоне их соединения с пленкой вы" полнены с толщиной, не превышающей толщину пленки.