Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХШИВЛНппчесникРЕСПУБЛИК 09) 01) 4 (51) С 01 К 11 24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электроники АН Белорусской ССР(56) 1. Авторское свидетельство, СССРУ 647554, кл. С 01 К 1/24, 1977.2; Ридер, Келлен. Датчики давления и температуры., использующие поверхностные акустические волны. ,ТИИЭР, т.64, 1976, В 5, с.226-228(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качествечувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразователями поверхностных акустических , волн, о т л и ч а ю щ е е с я тем,1 что, с целью повышения точности измерений и быстродействия, звукопровод . выполнен в виде капиллярного водно- вода, в котором входной и выходной преобразователи размещены на торцах.42. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что .капиллярный волновод выполнен с утолщением торцовых концов.3. Устройство по п.1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что капиллярный волновод выполнен в виде Ч - образной трубки. 34. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что капиллярный волновод выполнен в виде спирали.11386 45 Изобретение относится к технике измерения температуры и может найти применение в системах измерения и регулирования температуры.Известно устройство для измерения температуры, содержащее электро-. акустические преобразователи, звуко- провод и электронную схему. возбуждения и регистрации Я .Недостатком устройства является невысокое быстродействие, обусловленное инерционностью датчика.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее в качестве чувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразователями .поверхностных акустическихволн 12,20Недостатками известного устройства являются невысокая точность, обусЛовленная влиянием на поверхность звукопровода окружающей среды и загрязнений, а также недостаточно высо-кое быстродействие из-за необходимости наносить на поверхность звукопровода защитное покрытие.Цель изобретения - повышение точности измерений и быстродействия,30Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащем в качестве чувствительного элемента эвукопровод с входным и выходным преобразователями поверхностных акустических волн, звукопровод выполнен в виде капиллярного волновода, в котором входной и выходной преобразователиразмещены на торцах.Капиллярный волновод выполнен40 с утолщением торцовых концов.Капиллярный волновод выполнен в виде Ч-образной трубки.Капиллярный волновод выполнен в виде спирали.На фиг, 1 показана конструкция устройства; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство с капилляром, свернутым в спираль, усовершенствованный вариант.Устройство (фиг. 1) содержит звукопровод, выполненный в виде Ч -образно изогнутого в своей утоньшенной части круглого капиллярного волновода 1, изготовленного, например, из плавленного кварца. Входной 2 и выходной 3 преобразователи поверхностных акустических волн 68 2(ПАВ размещены по окружности на плоских соответственно 4 и 5 торцовых поверхностях утолщенных частей (соответственно 6 и 7) волновода и подключены к входу и выходу усилителя 8, Образуя ПАВ - генератор. Плоские торцовые поверхности 4 и 5волновода 1 переходят во внутренйий канал 9 волновода 1 с радиусом закругления К. Возбуждение и прием ПАВ производится с помощью встречно.штыревых преобразователей 2 и 3 (фиг, 2), нанесенных по окружности на плоских торцовых поверхностях 4 и 5 утолщенных частей б и 7 волновода 1 и снабженных, в случае волновода 1 из непьезоэлектрического материала, слоем пьезоэлектрической окиси цинка ЕпО. Для сведения сопротивления электродной структуры к подходящему уровню она может быть разделена на сегменты (фиг.2), управляемые в параллель, Возбуждение 1 ПАВ в волноводе 1 может осуществлять ся также с помощью пьезоэлектрических пластин, закрепляемых на торцовых поверхностях волновода.Устройство работает следующим образом.Звукопровод своей Ч - образной частью помещается в жидкость или газ, температуру которых необходимо контролировать. Возбуждаемые входжм преобразователем 2 ПАВ канализируются вдоль внутренней поверхности вол, новода . Смещения материала в капилляре имеют подобную рэлеевским аксиальную и радиальную компоненты и не имеют азимутальной компоненты. Результатирующее распределение энергии имеет симметрию кругового цилиндра и уменьшается приблизительно экспо" ненциально с радиальным расстоянием от внутренней поверхности, с глубиной радиального проникновения моды порядка длины ПАВ.Прошедшая по капиллярному вол" новоду 1 ПАВ принимается преобразователем 3. Частота, при которой про" исходит возбуждение ПАВ - генератора, образованного усилителем 8 (с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации потерь в звукопроводе с включенным в цепь его обратной связи звукопроводом, описывается уравнениемЬо =и 1.м я0 3 1138Ь - рабочая длина звукопровода;и - электрический сдвиг фазыв преобразователях 2 и 3 и усилителе 8,При изменении температуры жидкос 5ти или газа изменяется скорость Чканализируемых по внутренней поверхности волновода 1 ПАВ, что приводит к изменению частоты ПАВ- гене, ратора.Диаметр Э утолщенных частей6 и 7 звукопровода выбирается из условия размещения,на их плоских поверхностях 4 и 5 преобразователейПАВ 2 и 3, а также из условия выполнения необходимого радиуса закругления КР 8 + 10)Ъ , что, в своюочередь,требуется для уменьшения потерь ПАВ при их канализированиивдоль внутренней поверхности волновода 1. С этой же целью уменьшенияпотерь ПАВ радиусы изгибов Ч - образной части волновода 1,фиг. 1) и ра;диусы изгибов при сворачивании волиовода в спираль (Фиг.31 вибираотся яя. также из условия К (8 + 1 О ).Толщина стенок й капиллярногоЧ-образного волновода в его утоньшенной части выбирается небольшой,вгчоть до 4+6)11 . В этом случае З 0,практически полностью определяетсяпроцессом нагрева погружаемой в исследуемый , объем Ч - образнойчасти звукопровода, будет мала,35что позволяет повысить быстродейст 668 4вне процесса измерения. Кроме это-.го в случае небольших величин Д паразитные моды, имеющие обычно большие глубины проникновения, избирательно удаляются путем поглощенияна внешней поверхности капиллярного , волновода.Для повышения точности измерениязвукопровод должен иметь фазовуюхарактеристику, быстро изменяющуюсяс частотой. Это приводит к необходимости увеличивать , длину Ь звукопровода, так как фиг.З наклон фазовой характеристики 3 д ц пропорционален Ь до тех пор, пока влияние акустических потерь не станет преобладающимВ предлагаемом устройстве это легко осуществить, сохраняя жесткость конструкции и ее компактность, увеличением длины Ь Ч - образной части капиллярного волновода и сворачивая его в виде спирали 1,фиг.З)а В предлагаемом устройстве поверхность распространения ПАЗ изолирована от внешних воздействий, что позволяет, с учетом капиллярнЬсти структуры с толщиной Й стенок капилляра вплоть до 1,4+6производить непосредственно контроль температуры зидкостей и агрессивных и загрязненных газовых сред с высокой точностью и быстродействием, при малых габарит тах и массе устройства, высокой ,его надежности.За одписное СССРтий по 113035аб.,ППП "Патент", г.ужгород ул.Проект йли 4 осударств елам изоб Москва, Ж ираж 897нного комитететения и открь35, Раушская