Дифференциальный термодатчик Советский патент 1991 года по МПК G01K11/22 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с частотным выходным сигналом и предназначено для использования на объектах различного класса и назначения.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерителя.

На фиг. 1 и 2 представлен дифференциальный термодатчик; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2.

Термодатчик содержит пьезоподложку 1, шины 2 и полоски 3 отражателей, соединенные с контактными площадками преобразователей, отдельные контактные площадки 4 и штыри 5 встречно-штыревых преобразователей (ВШП), соединительную общую полоску 6, усилитель, электроизолирующий герметик 8, рамку 9, крышку 10 с

термоконтактным, например, сварным швом 11.

Термодатчик работает следующим образом.

Тепловой поток от поверхности крышки 10, соприкасающейся со средой, нагревает до температуры среды последовательно крышку, пленочную структуру, приповерх- /ностный слой пьезоподложки 1.

В статике - при неизменяющейся контролируемой температуре после включения питания усилителя 7, в результате неизбежной флуктуации напряжения, (ВШП), состоящий из контактных площадок 4 и штырей 5, излучает поверхностную акустическую волну (ПАВ). ПАВ распространяется по рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 1 перпендикулярно штырям ВШП

ON СО, О 41 О О

в обе стороны от него. В результате многократных отражений периодически расположенных полосок 3, электрически замкнутых накоротко шинами 2 обоих отражателей, по окончании переходного процесса устанавливается стоячая ПАВ. Ее длина соответствует резонансной частоте всего ПАВ-резонатора, включающего указанные ВШП и отражатели на подложке. При этом ВШП через наводимую волной на его штырях ЭДС обеспечивает связь усилителя 7, соединенного с их контактными площадками 4, со стоячей ПАВ. Так что, компенсируя энергетические потери ПАВ в ПАВ-резонаторе, усилитель обеспечивает генерацию сигнала с частотой, близкой резонансной. При этом через крышку 10, соединенную термоконтактным швом 11, с помощью соединительной полоски б обеспечивается равномерный тепловой контакт рабочей поверхности со средой, температура которой контролируется. Выемка крышки исключает закорачивание ВШП и отражателей. Пазы дают возможность присоединения к контактным площадкам выводной проволоки, имеющей толщину, большую глубины выемки,,а также, возможность герметизации корпуса электроизолирующим герметиком 8.

Благодаря описанному конструктивному решению при изменения уровней температуры контролируемой среды имеет место быстрый прогрев частотно-задающих зон датчика и, как следствие, быстрое применение частоты его выходного-сигнала.

Далее в течение времени прогрева остального объема подложки резонансная частота резонатора практически уже не изменяется, Микропроцессор, соединенный с выходом электронно-счетного частотомера, может определить температуру по выражению

& & +Т

+ 6Q

At

где ®2 -соответствующее начальной частоте значение температуры;

(50- изменение температуры;

At - измеренный отрезок времени между начальным и новым уровнем температуры, а также паспортное значение коэффициента постоянной времени Т датчика.

Точнее можно определять температуру на основе экспоненциальных выражений для тепловых переходных процессов, на основе полученных путем аппроксимации экспериментальных кривых переходного процесса предлагаемого термодатчика. Формула изобретения 1. Дифференциальный термодатчик, включающий пьезоэлектрическую подложку, прикрепленную нерабочей поверхностью к основанию теплопроводящего корпуса, два пленочных полосковых встречно-штыревых преобразователя и два замкнутых каждый двумя шинами отражателя

резонатора на поверхностных акустических волнах, размещенные на рабочей поверхности подложки, усилитель, вход которого подключен к контактной площадке одного преобразователя, а выход - к контактной

площадке другого преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия термодатчика, в нем рабочая поверхность пьзоэлектрической подложки прикреплена к основанию корпуса

через теплоизоляцию, две крайние внутренние полоски преобразователей выполнены в виде одной общей полоски, а одна из шин первого из отражателей и противоположная ей шина второго отражателя соединены с

общей полоской, причем полоски каждого из отражателей и ближайшего к нему преобразователя выполнены с одним и тем же общим пространственным периодом.

2 Термодатчик по п. 1,отличающийс я тем, что общая полоска выполнена шириной

l 0,5(3d+ A),

где d - пространственный период полоски отражателей и преобразователей;

Я - резонансная длина волны резонатора;

а ширина полосок отражателей и пре- образователен равна 0,75 d.

- Ад

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с частотным выходом и предназначено для использования на объектах различного класса и назначения. Цель изобретения - повышение быстродействия, В процессе измерения тепловой поток от поверхности крышки, соприкасающейся со средой, нагревает до температуры среды последовательно крышку, пленочную структуру и приповерхностный слой пьезоподложки. Разогрев структуры, состоящей из полосковых встречно-штыревых преобразователей, образованных штырями 5, двух замкнутых каждый двумя шинами 2 отражателей 3 резонатора на поверхностных акустических волнах и соединительной полоски 6, происходит равномерно и быстро на всем протяжении приповерхностного слоя пьезоподложки. При этом резонансная частота поверхностной акустической волны меняется вслед за изменением уровня температуры. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. W ё

Фа$.1

Фиг.З