УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1995 года по МПК G01K11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению высоких температур в условиях вакуума, например при выращивании монокристаллов.

Известен термоэмиссионный датчик температуры, в котором катод выполнен в виде замкнутого сосуда, подвергающегося непосредственному воздействию среды, температуру которой измеряют. Пространство между катодом, представляющим оболочку сосуда, и анодом находится под вакуумом [1]. К недостаткам известного датчика можно отнести значительную сложность его изготовления, а также отсутствие принципиальной возможности изменения чувствительности датчика после изготовления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее диэлектрическую трубку, анод, размещенный в корпусе, и коаксиальный ему катод, закрепленный на внутренней поверхности корпуса. Катод и анод установлены с образованием зазора между их рабочими поверхностями и включены в цепь измерительного прибора [2].

Недостатком известного устройства является значительная протяженность катода, что приводит к потере точности измерений локальной температуры из-за теплоотвода по нему. Разница давления внутри устройства и наружной среды обуславливает определенную толщину катода, что приводит к повышению инерционности. Изменение чувствительности термометра обязательно связано с изменением его внешних габаритов, что также можно отнести к недостаткам его конструкции.

Цель изобретения - повышение точности измерения локальной температуры в вакуумных установках.

Это достигается тем, что в известном устройстве для измерения температуры анод и катод выполнены в виде втулок, а диэлектрическая трубка установлена внутри корпуса из диэлектрического материала, в зазоре между рабочими поверхностями анода и катода.

В частном случае выполнения в устройство могут быть введены сетчатые электроды, выполненные в виде втулок и подключенные к источнику тока, и охватывающие диэлектрическую трубку коаксиально установленные дополнительные диэлектрические трубки, на внутренней поверхности которых закреплены сетчатые электроды.

Диэлектрическая трубка устройства может быть установлена с возможностью продольного перемещения внутри трубчатого корпуса.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 - вариант с сетчатыми электродами.

Устройство для измерения температуры (термоэмиссионный датчик) содержит корпус 1 в виде трубки из диэлектрического материала, диэлектрическую трубку 2 с закрепленным на ее внутренней поверхности анодом 3, катод 4, закрепленный на внутренней поверхности корпуса 1. Анод и катод выполнены в виде втулок, подключены к источнику тока и включены в цепь измерительного блока (не показаны). На дополнительных диэлектрических трубках 5 размещены сетчатые электроды 6 в виде втулок, подключенные к источнику тока (фиг.2).

Устройство работает следующим образом. С помощью источника тока между анодом 3 и катодом 4 создается разность потенциалов, необходимая для работы датчика в режиме насыщения. Измерительная аппаратура позволяет измерить величину тока эмиссии в цепи датчика и по его величине определить локальную температуру поверхности эмиттирующего термоэлектрода 4 (катода). Вольт-амперная характеристика (ВАХ) устройства имеет начальный, линейный участки и участок насыщения. В режиме контроля температуры целесообразно использовать линейный участок ВАХ. В этом случае на катоде и аноде 3, 4 поддерживается постоянное значение напряжения смещения, а контроль изменения температуры производят по величине изменения тока эмиссии.

При использовании дополнительных сетчатых электродов 6 ход ВАХ изменяется. Можно увеличить крутизну ВАХ и тем самым поднять чувствительность устройства. Величина тока эмиссии определяется еще и таким фактором, как размер площади взаимодействующих поверхностей.

Размеры анода и катода 3, 4 определяются исходя из необходимого уровня выходного сигнала и эмиссионных свойств материала катода 4. Чувствительность устройства определяется площадью взаимодействия катода и анода, которую можно также изменять, перемещая внутреннюю диэлектрическую трубку 2. Минимизация эмиттирующей поверхности позволяет повысить точность измерения локальной температуры. Температура определяется по величине эмиссионного тока, регистрируемого измерительной аппаратурой в режиме насыщения, в соответствии с известной зависимостью:
I = A_o· T²· EXP - , где А_o - константа, зависящая от свойств материала катода;
Т - измеряемая температура, К; ϕ - работа выхода, эВ;
К - постоянная Больцмана.

Диэлектрические трубки 1, 5 могут выполняться из лейкосапфира (Al₂O₃), а электроды - из молибденовой фольги. При измерениях в вакуумной электроустановке в диапазоне 1000-1650^oC вольт-амперная характеристика устройства имеет ярко выраженный линейный начальный участок и участок насыщения, на котором наблюдается близкая к экспоненциальной зависимость величины тока термоэмиссии от температуры.

Использование: измерение высоких температур в условиях вакуума. Сущность изобретения: в трубчатом корпусе из диэлектрического материала коаксиально размещены анод и катод в виде втулок. Катод закреплен на внутренней поверхности корпуса, а анод - на внутренней поверхности диэлектрической трубки, установленной с возможностью перемещения в зазоре между рабочими поверхностями катода и анода. В частном случае выполнения в корпусе коаксиально размещены дополнительные электрические трубки, на внутренней поверхности которых закреплены сетчатые электроды в виде втулок. Катод, анод и сетчатые электроды подключены к источнику тока. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее установленные коаксиально с образованием зазора между их рабочими поверхностями анод, закрепленный на внутренней поверхности диэлектрической трубки, и катод, закрепленный на внутренней поверхности трубчатого корпуса, соединенные с источником тока и включенные в цепь измерительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения локальной температуры в вакуумных установках, анод и катод выполнены в виде втулок, а диэлектрическая трубка установлена внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала, в зазоре между рабочими поверхностями анода и катода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диэлектрическая трубка установлена с возможностью продольного перемещения внутри корпуса. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены выполненные в виде втулок сетчатые электроды, подключенные к источнику тока и охватывающие диэлектрическую трубку, коаксиально установленные дополнительные диэлектрические трубки, на внутренней поверхности которых закреплены сетчатые электроды.