Устройство для контроля и регули-рования температуры

н 843030 Союз Советских Социапнстических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ(22 Заявлено 241279 (21) 2851902с прмсоединеиием заявки йо Н 01 Ь 31/ 6 01 К 7/О Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 300 2) Авт"оры изобретен ексеюнас,укацкас, С.И. Гечяускас, А.А.С,А. Балейшис и В.М. Бондаренк рдена Трудового Кра полупроводников(71) Заявител ого Знамени инс Н Литовской ССР вики 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИ ТЕМПЕРАТУРЫй нагрев й слой и ва окси пы, нап ельный э аегоэ довательолнитель ателя, термоз стехиометрида металла пеример из ЧО лемент крепитс лектроды подно к источнику ному механиз" подложки сло чувствительны ческого сост реходной гру Термочувстви на держателе ключены посл питания и ис 5 Изобретение относится к контактной термометрии и может быть исполь-.зовано для индикации достиженияобъектом заданной температуры, втом числе и в особых условиях измерения, в частности при измеренияхв средах с ионизирующим излучением.Известен ртутный контактный термометр ,. который при достижении значения заданной Фиксированной температуры замыкает или прерывает электрическую цепь и широко применяетсяпри измерении и регулировании температуры различных сред 1,Недостатками указанного измерителя температуры являются большие га-бариты, сложность конструктивноговыполнения, малая надежность дляэксплуатации, а в некоторых особыхусловиях, например для измерения Отемпературы при изготовлении пищевых продуктов, он вообще неприменим,так как термочувствительным элементом является токсичная ртуть.Наиболее близким к предлагаемому 25является устройство для контроляи регулирования температуры, содержащее термочувствительный элементс электродами, выполненный в видеслоистой структуры, включающей слой ЗО му 2,Недостатком этого устройстваявляется низкая надежность особеннопри работах в условиях существованиионизирующего излучения и относительная сложность конструкции.Цетцб изобретения - увеличение надежности устройства и упрощение егоконструкции,Поставленная цель достигается течто в известном устройстве для контроля и регулирования температуры,. содержащем термочувствительный элемент, выполненный в виде многослойной структуры, термочувствительнаяобласть которой содержит слои изстехиометрического состава оксидаметалла переходной группы, держатель, источник питания и исполни.тельный механизм, подключенные последовательно к электродам термо"чувствительного элемента, в термочувствительный элемент введен, покрайней мере, один слой оксида металла переходной группы, легированного по катионной подрешетке,Термочувствительный элемент прикреплен к держателю через термоизолирующую вставку, а его электродывыполнены из металла с наименьшейтеплопроводностью.На фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - зависимостьсопротивления термочувствительногоэлемента устройства от температурыокружающей среды,Устройство для контроля к регулирования температуры содержит ис-точник 1 питания, исполнительный ме-, 15ханизм 2 и термочувствительный зонд,в металлическом наконечнике 3 кото-.рого Размещены слой 4 стехиометрического состава оксида металла переходной группы, слой 5 оксида металла 2 Опереходной группы, легированной покатионной подрешетке; связующий слой6, подложку 7,тонкопленочные электроды 8 и защитный слой 9, прикрепленные к термоизоляционной втулке 10электровыводы 11 и держатель 12,Наличие в предлагаемом устройстве, например, двух термочувствительных слоев ; стехиометрического диоксида ванадия и слоя диоксида ванадия, легированного титаном, обеспечивает двухступенчатое скачкообразное изменение силы тока через термо-.чувствительный датчик прк двух раз-личных температурах. Таким образом,увеличивая количество термочув З 5ствительных слоев, легированных покатионной подрешетке соответствующими примесями, можно обеспечить многоточечную индикацию температуры.Устройство работает следующим 40образом.При температуре окружающей среды,не превышающей температуру фазовогоперехода (ФП) термочувствительнойполупроводниковой пленки, напРимеР 45пленки диоксида ванадия (участока кривой на фиг. 2) термочувствительный зонд находится в высокоомном состоянии, и протекающий ток,например, в обмотке реле исполни Отельного механизма 2 недостаточендля еесрабатывания, С повиаениемтемпературы окружающей среды дотемпературы ФП термочувствительнойполупроводниковой пленки напримерпленки диоксида ванадия стехиометрическфго состава, сопротивление еескачкообразно падает(участок б нафиг. 2), ток в цепи возрастает, послечего срабатывает реле исполнительного механизма, и в этот момент еОвключается механизм, управляющийтемпературным режимом технологического процесса. При дальнейшем увелйчении температуры(участок в кривой.на фиг. 2) и достижении темпера туры фазового перехода другого слоя оксида переходного металла, легированного по катионной подрешетке, например слоя диоксида ванадия; легированного титаном ЧТ О, сопротивление этого слоя скачкообразно уменьшается(участок г кривой на фиг. 2), термочувствительный зонд переходит в проводящее состояние (участок д кривой на фиг. 2), и в этот момент вновь срабатывает исполнительный механизм, управляющий температурным фрежимом технологического процесса. При уменьшении температуры окружающей среды происходит обратный процесс.Предлагаемое устройство для контроля и регулирования температуры по сравнению с известным обладает повышенной надежностью эа счет значительного упрощения конструкции. Это обуслдвлено тем, что многослойная структура термочувствительного элемента обеспечивает многократное и скачкообразное изменение сопротивления,в результате чего исполнительный механизм срабатывает и без предварительного усиления электрического сигнала, который поступает от термочувствительного элемейта. Многоступенчатое изменение сопротивления термочувствительного элемента позволяет фиксировать несколько точек температурного режима технологического про-. цесса. Кроме того, температуру фазового перехода термочувствительного элемента в широком интервале температур можно совмещать с критическими точкамк температурного. режима заданного технологического процесса путем легированйя различными примесями слоев оксидов переходных металлов по катионной подрешетке. Например, в настоящее время для регулирования температуры и сигнализации об окончании процесса варки колбасных изделий применяются термопары ТХКГОСТ 6616-61, Готовность колбасных изделий контролируется регулятором, датчкк-термопара которогс устанавливается. в центре одного кэ батонов, Колбасные изделия считаются готовьва, если температура в центре их достигает 70 С, т.е. происходит процесс коагуляции белков. В этот момент включается сигнализация и исполнительный механизм перекрывает паровую линию. Для этого случая особенно пригбден диоксид ванадия, температура ФП которого совпадает с температурой коагуляции белков.Применение предлагаемого устройства для контроля и управления процессом варки колбасных изделий эа счет упрощения конструкции к повышения надежности дает значительную экономию. Предлагаемый термочувствительный полупроводниковый элемент,а также устройство в целом могутбыть с успехом применены для контроля температурного режима технологических процессов при наличии гамма или другого ионизирующего излучения. Это обусловлено тем, чтотермочувствительные слои оксидовванадия явЛяются сильно дефектными, и дополнительная дефектность,вызванная ионизирующим излучением,слабо влияет на температуру фазового перехода и величину скачка электропроводности.,формула изобретения 843030 6подключенные последовательно и электродам термочувствительного элемен-,та, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что,с целью повышения надежности и упрощения конструкции, в термочувствительный элемент введен, по крайнеймере, один слой оксида металла переходной группы, легированного покатионной подрешетке.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что термочувф ствительный элемент прикреплен кдержателю через термоизолирующуювставку, а его электроды выполненыиз металла с наименьшей теплопроводностью, 1, Устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде многослойной структуры, термочувствительная область которой содержит слои из стехиометрического состава оксида металла переходной группы, держатель, источник питания и исполнительный механизм,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ртутный термометр, ГОСТ 9871.- 75 ТПК. Указатель стандартов. М.,2 из-во Госстандартф, 1978, т. 2.2. А.А. Бугаев и др. фазовый переход металл-полупровоДник и егоприменение. Л., ффНаукаф, 1979,с. 159 (прототип).843030 ставитель Е, Громхред А.Бабинец ректор Н. Стец Редактор А. Лежнин каз 5140/7 о Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 иал Тираж 784 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 13035, Москва, Ж, Раушская н