Устройство для измерения температуры

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ШИ ЛН

РЕСПУБЛИК

09) 01) б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ OOOP

ЛО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3601366/24-10 (22) 18.04.83 (46) 07,02.85.Бюл. 1! 5 (72) Ю.В.Гуляев, В.М.Колешко и Ю.В.Мешков (71) Институт электроники АН Белорусской ССР (53) 536.53 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство, СССР

У 647554, кл. С 01 К 1/24, 1977.

2; Ридер, Келлен. Датчики давления и температуры., использующие поверхностные акустические волны. . ТИИЭР, т.64, 1976, 9 5, с.226-228 (прототип). (54)(57) l. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качестве чувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразова:4 (51) G 01 К 11 24 телями поверхностных акустических, волн, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 1 что, с целью повышения точности измерений и быстродействия, звукопровод . выполнен в виде капиллярного волновода, в котором входной и выходной преобразователи размещены на торцах. б

2. Устройство по п.l о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что .капиллярный волновод выполнен с утолщением торцовых концов.

3. Устройство по п.l и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что капиллярный волновод выполнен в виде Ч вЂ” образной трубки. Я

4. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что капиллярный волновод выполнен в виде спирали.

11386

Изобретение относится к технике измерения температуры и может найти применение в системах измерения и регулирования температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее электро-. акустические преобразователи, звукопровод и электронную схему. возбужде-. ния и регистрации ))) .

Недостатком устройства является невысокое быстродействие, обусловленное инерционностью датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее в качестве чувствительного элемента звукопровод с входным и выходным преобразователями .поверхностных акустических волн $2/ .

Недостатками известного устройства являются невысокая точность, обусЛовленная влиянием на поверхность звукопровода окружающей среды и загрязнений, а также недостаточно высо- кое быстродействие из-за необходимости наносить на поверхность звукопровода защитное покрытие.

Цель изобретения — повышение точности измерений и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащем в качестве чувствительного элемента эвукопровод 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

40 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, усовершенствованный вариант.

Устройство (фиг. I) содержит звукопровод, выполненный в виде

V --образно изогнутого в своей утоньшенной части круглого капиллярного волновода 1, изготовленного, например, из плавленного кварца. Входной 2 и выходной 3 преобразователи поверхностных акустических волн

68 2 (ПАВ) размещены по окружности на плоских соответственно 4 и 5 торцовых поверхностях утолщенных частей (соответственно 6 и 7) волновода и подключены к входу и выходу усилителя 8, Образуя ПА — 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 встречно.штыревых преобразователей 2 и 3 (фиг. 2), нанесенных по окружности на плоских торцовых поверхностях

4 и 5 утолщенных частей б 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), уп.равляемые в параллель. Возбуждение ПАВ в волноводе 1 может осуществлять ся также с помощью пьезоэлектрических 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 входжм преобразователем 2 ПАВ канализируются вдоль внутренней поверхности вол. новода I. Смещения материала в капилляре имеют подобную рэлеевским аксиальную и радиальную компоненты и не имеют азимутальной компоненты. Ðåзультатирующее 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 вол" новоду I ПАВ принимается преобразователем 3. Частота, при которой происходит возбуждение ПА — генератора, образованного усилителем 8 (с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации потерь в звукопроводе) с включенным в цепь его обратной связи звукопроводом, описывается уравнением

27in =иЦМ су, (1) где И вЂ” частота генерации, 10

3 1138

L — - рабочая длина звукопровода; и — электрический сдвиг фазы в преобразователях 2 и 3 и усилителе 8.

При изменении температуры жидкос5 ти или газа изменяется скорость Ч канализируемых по внутренней поверхности волновода 1 ПАВ, что приводит к изменению частоты ПАВ- гене, ратора.

Диаметр D утолщенных частей

6 и- 7 звукопровода выбирается из условия размещения.на их плоских поверхностях 4 и 5 преобразователей

ПАВ 2 и 3, а также из условия выполнения необходимого радиуса закругления КУ(8 + 10)Ъ, что, в свою очередь, требуется для уменьшения IIQ терь ПАВ при их канализировании

O вдоль внутренней поверхности волновода 1. С этой же целью уменьшения потерь ПАВ радиусы изгибов V — образной части волновода 1фиг. 1) и ра; диусы изгибов при сворачивании волиовода в спираль (Зиг.31 выбираются яб

- также из условия К (8 + 10 } q .

Толщина стенок d капиллярного

Ч-образного волновода в его утоньшенной части выбирается небольшой, вгчоть до (4+6)11 . В этом случае З0, тепловая инерционность устройства, .практически полностью определяется ! процессом нагрева погружаемой в исследуемый, объем Ч вЂ” образной части звукопровода, будет мала, 35 что позволяет повысить быстродейст668 4 вне процесса измерения. Кроме этого в случае небольших величин d паразитные моды, имеющие 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 Ь звукопровода, так как (фиг.3) наклон фазовой характеристики Jy (J y пропорционален Ь до тех пор, пока влияние акустических потерь не станет преобладающим

В предлагаемом устройстве это легко осуществить, сохраняя жест- . кость конструкции и ее компактность, увеличением длины L Ч вЂ” образной части капиллярного волновода и сворачивая его s 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 зидкостей и агрессивных и загрязненных газовых сред с высокой точностью и быстродействием, при малых габари тах и массе устройства, высокой ,его надежности.

1138668

1138668

Составитель Ю.Андриянов

Техред М. Пароцай Корр ек тор С. Черни Редактор Е,Лушникова

Подписное

Фйлиал ППП "Патент", г.Ужгород„ ул.Проектная, 4

Заказ 10677/31 Тираж 89Р

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5