Датчик теплового потока

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к датчикам теплового потока. Датчик теплового потока содержит пластинку монокристаллическго кремния с напыленным на одну из ее сторон слоем алюминия. При этом в зоне контакта кремниевой пластинки и напыленного слоя алюминия размещен чувствительный элемент термопары. На противоположной стороне кремниевой пластинки расположена контактная площадка из алюминия. Изобретение позволяет упростить конструкцию датчика.

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к датчикам теплового потока.

Наиболее близким к предполагаемому решению является датчик теплового потока, включающий чувствительный элемент, состоящий из пластинки монокристаллического кремния с напыленным на нее слоем алюминия, содержащий кремниевую подложку, на которой последовательно размещены мембрана и термопары, горячие и холодные спаи которых расположены на толстой и тонкой частях мембраны соответственно, а сами термопары соединены в батарею. (Патент №2242728 - прототип)

Недостатком прототипа является сложность изготовления и эксплуатации запатентованного датчика, большие габариты, а также необходимость поддержания постоянной температуры на теплоотводящем основании (термостат).

Целью заявляемой полезной модели является упрощение конструкции датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике теплового потока, включающем пластинку монокристаллического кремния с напыленным на одну из ее сторон слоем алюминия, в зоне контакта кремниевой пластинки и напыленного слоя алюминия размещен чувствительный элемент термопары, а на противоположной стороне кремниевой пластинки размещена контактная площадка из алюминия.

На фиг.1 изображен датчик теплового потока.

На фиг.2 изображен график зависимости плотности теплового потока от термо-ЭДС и контактной температуры.

Датчик включает в себя кремниевую пластинку 1, напыленный на нее слой алюминия 2, контактную площадку из алюминия 3, термопару 4.

На верхней стороне пластинки монокристаллического кремния n-типа 1 нанесен слой алюминия 2, а на противоположной нижней стороне кремниевой пластинки выполнена контактная площадка из алюминия 3, необходимая для проведения электрических измерений. В зоне контакта кремниевой пластинки с напыленным слоем алюминия закреплен чувствительный элемент термопары 4.

Для проведения электрических измерений датчик подключают к вольтметру 5, один из выводов которого присоединятся к слою напыленного алюминия 2, а второй - к контактной площадке 3.

Устройство работает следующим образом.

К тепловоспринимающей поверхности слоя монокристаллического кремния подводится тепловой поток (Q) (фиг.1), который проходит последовательно через слой кремния, зону контакта кремниевой пластинки со слоем напыленного алюминия, слой алюминия и отводится от теплоотдающей поверхности слоя алюминия. В зоне контакта кремниевой пластинки и слоя напыленного алюминия возникает термо-ЭДС, величина которой зависит от плотности теплового потока и температуры контакта.

Перед измерением датчик градуируют с получением зависимости плотности теплового потока от термо-ЭДС, которая апроксимируется линейной функцией (фиг.2) при каждом значении контактной температуры.

При определении плотности теплового потока замеряют температуру в зоне контакта кремниевой пластинки и слоя алюминия и контактную термо-ЭДС. По полученным данным из градуировочного графика определяют плотность теплового потока.

Тепловой поток определяется произведением плотности теплового потока на площадь рабочей поверхности.

Использование тесного контакта, в котором расстояние между соприкасающимися поверхностями соизмеримо с размерами молекул, что обеспечивает стабильность показаний в условиях длительных циклических тепловых нагрузок за счет сохранения фактической контактной площади, которая равна номинальной в идеальном случае.

Предлагаемая полезная модель позволяет производить измерения теплового потока по величине температуры в зоне контакта и контактной термо-ЭДС без использования теплофизических свойств материалов датчика (как в прототипе), что позволяет уменьшить размеры датчика и упростить его контрукцию.

Датчик теплового потока, включающий пластинку монокристаллического кремния с напыленным на одну из ее сторон слоем алюминия, отличающийся тем, что в зоне контакта кремниевой пластинки и напыленного слоя алюминия размещен чувствительный элемент термопары, а на противоположной стороне кремниевой пластинки расположена контактная площадка из алюминия.