Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K11/24 

1 Изобретение относится к технике измерения температуры и может найти применение в системах измерения и р гулирования температуры. Известно устройство для измерения температуры, содержащее электро акустические преобразователи, звуко провод и электронную схему возбужде ния ц регистрации ij . Недостатком устройства является невысокое быстродействие, обусловленное инерционностью датчика. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измере ния температуры, содержащее в качестве чувствительного элемента зву копроврд с входным и выходным преоб разователями .поверхностных акустических волн 2j . Недостатками известного устройст ва являются невысокая точность, обу ловленная влиянием на поверхность звукопровода окружающей среды и за рязнений, а также недостаточно высо кое быстродействие из-за необходимо ти наносить на поверхность звукопро вода защитное покрытие. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащем в качестве чувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразователями поверхностных акустических волн, звукопровод выполнен в виде капиллярного волновода, в котором входной и выходной преобразователи размещены на торцах. Капиллярный волновод выполнен с утолщением торцовых концов, Капиллярный волновод выполнен в виде V-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, усоверщенствованный вариант. Устройство (фиг. l) содержит звукопровод, выполненный в виде V--образно изогнутого в своей утонь шенной части круглого капиллярного волновода 1, изготовленного, например, из плавленного кварца. Входной 2 и выходной 3 преобразователи поверхностньтх акустических волн 82 (ПАВ) размещены по окружности на плоских соответственно 4 и 5 торцовых поверхностях утолщенных частей (соответственно 6 и 7) волновода I и подключены к входу и выходу усилителя 8, Образуя ПАВ - генератор. Плоские торцовые поверхности 4 и 5 волновода 1 переходят во внутренйий канал 9 волновода 1 с радиусом закругления R. Возбуждение и прием ПАВ производится с помощью встречноштыревых преобразователей 2 и 3 (фиг. 2/, нанесенных по окружности на плоских торцовых поверхностях 4 и 5 утолщенных частей 6 и 7 волновода 1 и снабженных, в случае волновода 1 из непьезоэлектрического материала, слоем пьезоэлектрической ОКИСИ цинка ZnO. Для сведения сопротивления электродной структуры к подходящему уровню она может быть разделена на сегменты (фиг.2), управляемые в параллель. Возбуждение ПАВ в волноводе 1 может осуществлять- ся также с помощью пьезоэлектричес- , ких пластин, закрепляемых на торцовых поверхностях волновода. Устройство работает следующим образом. Звукопровод своей V - образной частью помещается в жидкость или газ, температуру которых необходимо контролировать. Возбуждаемые входным преобразователем 2 ПАВ канализируются вдоль внутренней поверхности волновода 1, 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 экспоненциально с радиальным расстоянием от внутренней поверхности, с глубиной радиального проникновения моды порядка длины ПАВ ; . Прошедшая по капиллярному волноводу 1 ПАВ принимается преобразователем 3. Частота, при которой происходит возбуждение ПАВ - генератора, образованного усилителем 8 (с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации потерь в зву.копроводе} с включенным в цепь его обратной связи звукопроводом, описывается зфавнением 2;rn uL/V Ч, где Q - частота генерации; L - рабочая длина звукопровода су - электрический сдвиг фазы в преобразователях 2 и 3 и усилителе В. При изменении температуры жидкос ти или газа изменяется скорость V канализируемых по внутренней поверх ности волновода 1 ПАВ, что приво, дит к изменению частоты ПАВ- гене. ратора. Диаметр D утолщенных частей 6 R 7 звукопровода выбирается из ус ловия размещения на их плоских поверхностях 4 и 5 преобразователей ПАВ 2 и 3, а также из условия выпол нения необходимого радиуса закругления R(8 + 10) И , что, в свою очередь, требуется для уменьшения п терь ПАВ при их канализировании вдоль внутренней поверхности волновода 1.. С этой же целью уменьшения потерь ПАВ радиусы изгибов V - образной части волновода (фиг. l) и р диусы изгибов при сворачивании волновода в спираль (фиг.3/ выбираются -также из условия R(8 + Ю) . Толщина стенок d капиллярного V-образного волновода в его утоньшенной части выбирается небольшой, впоть до (4+6) . В этом случае . тепловая инерционность устройства, i практически полностью спределАется процессом нагрева погружаемой в исследуемый - объем V - образной части звукопровода, будет мала, что позволяет повысить быстродействие процесса измерения. Кроме это-го в случае небольших величин d паразитные моды, имекмцие обычно большие глубины проникновения, избирательно удаляются путем поглощения на внешней поверхности капиллярного волновода. Для повышения точности измерения звукопровод должен иметь фазовую характеристику, быстро изменяющуюся с частотой. Это приводит к необходимости увеличивать длину L,звукопровода, так как (фиг.З) наклон фазовой характеристики Jv/Ju пропорционален L до тех пор, пока влияние акустических потерь не станет преобладающим . В предлагаемом устройстве это легко осуществить, сохраняя жест- кость конструкции и ее KOMnaKfHOCTb, увеличением длины L V - образной части капиллярного волновода и сворачивая его в виде спирали (фиг.3}« В предлагаемом устройстве поверхность распространения ПАЗ изолирована от внешних воздействий, что позволяет, с учетом капиллярнЬсти структуры с толщиной d стенок капилляра вплоть до (4+6) производить непосредственно контроль температуры жидкостей и агрессивных и загрязненных газовых сред с высокой точностью и быстродействием, при малых тах и массе устройства, высокой его надежности.

S

3 5

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качестве чувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразователями поверхностных акустических волн, отличающееся т ем, что, с целью повьппения точности измерений и быстродействия, звукопровод выполнен в виде капиллярного волновода, в котором входной и выходной преобразователи размещены на торцах. 2.Устройство по П.1, о т л и что. .капиллярчающееся тем, ный волновод выполнен с утолщением торцовых концов. 3.Устройство по П.1 и 2, о т л кчающееся тем, что капиллярный волновод выполнен в виде V - образной трубки. 4.Устройство попп. 1и2, от(Л личающееся тем, что капиллярный волновод выполнен в виде спирали.. а д 00 Ф ЭО

Фиг.