Устройство для измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/34 

1

Изобретение относится к изме- рению малых изменений температуры (не более 1-2 К) и может быть использовано в информационно-измерительной технике и системах управления особо точными технологическими процессами.

Известен пироэлектрический детектор с пониженной чувствительностью к вибрационному шуму, содержащий пластину из пирозлектрического материала, размещенную между электродами, соединенными между собой так, что напряжения шумов, возникающие на них при воздействии вибраций или изменении температуры окружающей среды, взаимно компенсируются ГП.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее расположенные на одной птэдложке и отделенные от нее теплоизолирующим

слоем активный и компенсирующий пироэлектрические элементы выполненные в виде слоя пироэлектрического материала, помещенного между двумя плоско-параллельными электродами 23Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения малых изменений температуры (порядка 1-2 к), что обусловлено

10 размещением активного и компенсирующего пироэлектрических элементов на различных, значительно удаленных друг от друга участках слоя пироэлектрического материала.Вследствие

15 этой удаленности трудно добиться полной идентичности свойств и структуры активного и компенсирующего пироэлектрических элементов, что является необходимым для достижения

20 высокой точности измерения.

Кроме того, большое выходное сопротивление пироэлектрических элементов приводит к необходимости использования в измерительной цепи согласующих узлов с большим входным сопротивлением, что однако неизбежно снижает точность измерения из-за высокого уровня собственных шумов последних. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее расположенные на одной подложке и отделенные от нее теплоизолирующим слоем активный и компенсирующий пиро электрические элементы, выполненные в йиде слоя пироэлектрического материала, помещенного между двумя плоско-параллельными электродами, введен усилитель напряжения, включенный между активным и компенсирующим элементами , электроды которых выполнены в виде двух гребенок,размещенных одна в другой с зазором,а наружные боковые поверхности обоих 91ироэлектрических элементов теплоизолированы. При такой конструкции электродов функции активного и компенсирующего элементов выполняет практически один и тот же участок слоя пйроэлектрика, что позволяет существенно сни зить погрешность измерения. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит подложку 1с теплоизолирующим слоем 2, слой 3 поляризованного пироэлектрического материала с нанесенными на его проти. воположные поверхности, перпендикулярные оси поляризации, электродами -7, усилитель 8 напряжения и теплоизолирующее покрытие 9. Электроды 4 и 6 и расположенный между ними пироэлектрический материал образуют активный пироэлектрический элемент,а электроды 5 и 7 с тем же слоем пироэлектрика образуют компенсирующий пироэлектрический элемент. Все электроды имеют конфигурацию гребенок, причем электроды и 5 одной поверхнести пироэлектрического слоя 3 размещены с зазором друг в друге, а эле троды 6 и 7 другой поверхности повторяют по конфигурации и расположению относительно слоя 3 электроды и 5 и также размещены один в друго с зазором. Электроды -7 электрически изолированы. Пироэлектрические элементы могут быть выполнены методами планарной технологии. Ширина зубьев гребенки электродов может быть выбрана в пределах 1-50 мкм, предпочтительная величина зазора не должна превышать 10-20 мкм, а толщина слоя пироэлектрического материала может выбираться в пределах мкм. Электроды 4 и 6 активного пироэлектрического элемента подключены к входу усилителя 8 напряжения .выход которого соединен с электродами 5 и 7 компенсирующего элемента. Теплоизолирующее покрытие 9 наружных боковых поверхностей активного и компенсирующего пироэлектрических элементов вместе с теплоизолирующим слоем 2 предназначены для обеспечения адиабатного процесса изменения температуры пироэлектрического слоя 3 при приложении электрического напряжения. Устройство работает следующим образом . При малом изменении температуры контролируемого объекта (не показан), приведенного в тепловой контакт с поверхностью электродов А и 5, изменяется температура слоя 3 пироэлектри еского материала. Вследствие проявления пироэлектрического эффекта между электродами 4 и 6, образующими конденсатор емкостью С, возникает пироэлектрическое напряжение и - Р п- g: где Р - пироэлектрический коэффициент материала; g - диэлектрическая проницаемость;d - толщина слоя пироэлектрика;дТх - изменение температуры; Ел - диэлектрическая постоянная. Напряжение Uf подается на вход усилителя 8, вырабатывающего при достаточно высоком коэффициенте усиления напряжение U, полярность которого зависит от знака напряжения между электродами Ц и 6, Приложение напряжения U к электродам 5 и 7 компенсирующего пироэлектрического элемента вызывает электрокалорический эффект, т.е. изменение температуры дТ пирс