SU1474451A1

SU1474451A1 - Термический датчик перемещени

Info

Publication number: SU1474451A1
Application number: SU874213886A
Authority: SU
Inventors: Герман Антонович Петраковский; Евгений Владимирович Бабкин; Абдурахман Абдимуратович Чарыев; Худоер Оманович Уринов
Original assignee: Институт Физики Им.Л.В.Киренского
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1989-04-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике. Цель - обеспечение измерени угловых перемещений с помощью термического датчика при одновременном повышении его чувствительности за счет использовани влени свободной конвекции нагретого газа от вертикально расположенной пленки нагревател 5 в сочетании с фазовым переходом металл-диэлектрик в термочувствительном элементе 9, выполненном из пленки диоксида ванади .Нагреватель 5 и термочувствительный элемент 9 датчика располагаютс в процессе измерени вертикально с возможностью углового поворота одного относительно другого вокруг вертикальной оси. Благодар тому, что около поверхности нагревател 5 при его нагреве образуетс пограничный слой, в который при повороте объекта постепенно вводитс термочувствительный элемент 9. В нем происходит фазовый переход, в результате чего электрическое сопротивление этого участка уменьшаетс на несколько пор дков, что регистрируетс с помощью соответствующей измерительной аппаратуры. Четка очерченность границ пограничного сло и его достаточна ширина позвол ют осуществл ть измерение углов поворота в диапазоне около 5°с с высокой чувствительностью. 3 ил.

Description

ный слой, в которьтЧ при повороте объекта постепенно вводитс термочувствительный элемент 9. В нем происходит фазовый переход, в результате чего электрическое сопротивление этого участка уменьшаетс на несколько пор дков, что регистрируетс с

помощью соответствующей измерительной -аппаратуры. Четка очерченность границ пограничного сло и его достаточна ширина позвол ют осуществл ть измерение углов поворота в диапазоне около 5 С с высокой чувствительностью . 3 ил.

1

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угловых перемещений объектов.

Цель изобретени - измерение уг- ловых перемещений и обеспечение высокой чувствительности датчика за счет использовани свободной конвекции нагретого газа от вертикально расположенной пленки нагревател в сочетании с фазовым переходом металл - диэлектрик в термочувствительном элементе - планке диоксида ванади .

На фиг.1 изображен датчик, общий вид; па фиг.2 - температурна зависимость электрического сопротивлени пленки диоксида ванади ; на фиг.З - трассировочна характеристика датчика .

Термический датчик перемещени содержит корпус 1 с осевым отверстием 2 и выступом 3, на одной из радиальных граней 4 которого размещен нагреватель 5 с электрическими выводами дл подключени к источнику электропитани . Нагреватель 5 выполнен в виде пленки нихрома. На установленной с возможностью вращени цилиндрической детали 6 имеетс выступ 7 и шток 8s вход щий в отверстие 2 корпуса 1 и св зываемый с процессе измерени с объектом контрол . На радиальной грани выступа 7 размещен пленочный термочувствительный эле- мент 9, выполненный из диоксида ванади и имеющий электрические выводы дл подключени к измерительной схеме (не показаны). Корпус 1 и цилиндрическа деталь 6 помещены в трубу 10, выполн ющую функции теплового экрана.

Датчик работает следующим образом

При выполнении измерений датчик располагают вертикально так, что на- греватель 5 и термочувствительный элемент 9 также располагаютс верти

0

0 5 0

5

кально . За счет тепловыделени нагревател 5 у его поверхности возникает конвективный тепловой поток, направленный параллельно плоскости нагревател . Вблизи поверхности нагревател формируетс пограничный слой с четко очерченными границами, внутри которого скорость газа отличаетс от скорости в полости датчика. Температура газа в пограничном слое также отличаетс от температуры в полости датчика и близка к температуре нагревател . Размеры пограничного сло завис т от состава газовой среды, температуры, ускорени свободного падени и линейных размеров пленки. При определенном повороте детали 6 относительно корпуса 1 участок пленки термочувствительного элемента 9 оказываетс внутри пограничного сло и, если температура пограничного сло превышает 340 К, этот участок переходит в металлическое состо ние (фиг.З), вследствие чего сопротивление термочувствительного элемента 9 уменьшаетс . При изменении угла поворота в область пограничного сло попадает дополнительный участок пленки термочувствительного элемента 9, что приводит к дальнейшему уменьшению сопротивлени элемента 9. Термочувствительный элемент 9 выполнен из пленки V04 (диоксида ванади ) на подложке поликристаллического корунда. Толщина пленки 0,5 мкм, ширина 2,4 мм, а рассто ние между контактами равно 4,5 мм. Нагреватель 5 выполнен из пленки нихрома на подложке слюды. Толщина пленки 0,08 мкм, ширина 3 мм, рассто ние между контактами равно 5 мм. Корпус датчика выполнен из оргстекла. Размеры датчика : диаметр 15 мм, высота 30 мм. Зависимость электросопротивлени пленки V02 от угла между плоскост ми пленок, измеренна при фиксированном токе 14 мкА через сечение пленки

314

нихрома (фиг.З) показывает, что датчик позвол ет измер ть угловое перемещение 5 с чувствительностью 13 10 Ом/град. Характеристика датчика на этом угловом интервале имеет линейный характер. Можно показать, что чувствительность датчика определ етс размером пограничного сло . Если толщина пограничного сло равна $ , то при угле if поворота участок пленки VCL длиной 1 находитс внутри пограничного сло , причем Ј/sin(. Если длина всей пленки выбрана равной L, то углова зависимость сопротивлени пленки может быть записана в виде

L

S L sinq

R

Гь - 4-1 .

L sincf J При малых углах ip сопротивление

VOZ описываетс ассимптотой гиперболы с чувствительностью

dR Ј P ГцГ™ cf s где р - удельное электросопротивление V02 в диэлектрической фазе;

S - площадь пленки. Из этого выражени видно, что чувствительность датчика определ етс толщиной пограничного сло и высока при малых углах проворота.

Толщина пограничного сло зависит от скорости конвекции газового пото

0

5

0

5

0

5

1

ка, котора обратно пропорциональна разности температур нагретой поверхности и термостата. Поскольку температура фазового перехода металл - диэлектрик в V02 незначительно отличаетс от комнатной температуры, то толщина пограничного сло в этом случае относительно велика, вследствие чего чувствительность датчика высока.

Таким образом, использование влени свободной конвекции газа от вертикально расположенной пленки нагревател в сочетании с фазовым переходом металл - диэлектрик в пленке V02 обеспечивает высокую чувствительность термического датчика при измерении им угловых перемещений.

Claims

Формула изобретени

Термический датчик перемещени , содержащий установленные с зазором пленочный нагреватель и выполненный из диоксида ванади пленочный термочувствительный элемент, отличающийс тем, что, с целью измерени угловых перемещений, нагреватель и термочувствительный элемент предназначены дл размещени в процессе измерений в вертикальных плоскост х и установлены с возможностью углового перемещени один относительно другого вокруг вертикальной оси.

/

/

4Ы Ф«1 О

90 ТО

Я

X

ю

V,tpat