Устройство для определения тепловых эффектов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (tel 735979

:б,4 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл. (22) Зая»«o01.09.76 (21) 2393561/18-25 с присоединением заявки №G 01 М 25/20

Госудерстееииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19 (53) УДK 536. 61 (088.8) Дата опубликования описания 30.05.80

A. А, Глушко,Л. С. Кременчугский и С. К. Скляренко (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт медико-биологических проблем (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ

Изобретение относится к области технической и медицинской физики, например, к средствам исследования функции внешнего дыхания человека.

Известные устройства подобного типа основаны на наличии температурной зависимости пироэлектрического поля в керамике $1(. В обшем случае формируемый в ниро-сегнетоэлектрическом кристалле сигнал является функцией его электрических, тепловых и механических свойств или иначе: величины энтропии (9 ), электроиндукции (Д) и деформации (U ) кристалла являются результатом действия сил: температуры (Т), электрического поля (Е) и механического напряжения (6 ), Указанные параметры в кристалле связаны прямым и косвенным образом. Так, например, при Т= V/си непосредственно изменяется индукция Д и возникает собственно пироэлектрический эффект, хотя возможно индуцирование и вследствие теплового расширения и пьезоэлектрического эффекта.

Пироэлектрический эффект обусловлен прямым изменением тепловой энергии решетки кристалла и не связан с его деформаци ей. При индикации аэ роди намического действия потока воздуха пироэлектрический коэффициент должен определяться вторым изменением диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрического модуля и упругих жесткостей.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является температурный датчик, выполненный в виде каркасной рамки, изогнутой по форме подl5 борбдочной и окологубной частей лица (2/.

Термочувствительный элемент датчика представляет собой сетку из тонких провсйок, воспринимаюших температуру, что влечет изменение электрического сопротивления и соотвэтственно измеряемого выходного сигнала в измерительной схеме устройства.

Недостатками известного устройства являются: невозможность прямого из979

40 мерения переноса энергии нестационарных во времени потоков газовой среды

У относительно низкая чувствительность ,термопреобразователя вследствие ограниченной величины его температурного коэффициента сопротивления наличие погрешностей измерения вследствие невозможности исключения влияния внешних тепловых потбков; селективность выход-. ной характеристики термопреобразователя в диапазоне инфракрасного излучения, на« пример, от 5 до 40 мкм; инерционность термопреобразователя, не позволяющая исследовать динамические характеристики нестационарных во времени

15 потоков газовой среды.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности определения.

Это достигается тем, что калориметри-2О ческую ячейку выполняют проточной в виде пироэлектрической детекторной ловуш- ки, представляющей собой трехгранную полую правильную пирамиду, каждая из сторон которой составляет 0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха.

Одна грань пирамиды выполнена в виде двух пироактивных пластин, имеющих противоположно направленную п я 30 ризацию и внутреннюю зеркальную поверхность, отражающую инфракрасные лучи, например, в диапазоне от 5 до 40 мкм, другая грань пирамиды, выполненная идентично первой грани, имеет внутреннюю поверхность, покрытую, например, золотой чернью, поглошающей инфракрасные лучи в том же диапазоне, а третья грань пирамиды, идентичная первой и второй граням, снабжена пироактивными пластинами с однонаправленной поляризацией.

На фиг. 1 схематически изображено описываемое устройство, на фиг. 2— принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 3 — структурная схема измерительного комплекса.

Устройство состоит из калориметрической ячейки 1, выполненной, например, в виде полумаски 2 с основанием 3

Э изогнутым по форме части лица человека и снабженной пироэлектрической детекторной ловушкой 4, представляющей правильную полую трехгранную пирамиду, каждая из сторон которой составляет

0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха.

Одна грань 5 д ет ектор ной ловушки 4

Д выполнена в виде двух пироактивных пластин 6 и 7, имеющих противоположно направленную попяризацию и зеркальную поверхность 8, вторая грань 9 выполнена в виде двух пироактивных пластин 10 и ll с противоположной направленностью поляризации и внутренней поверхностью 12, покрытой золотой чернью, а третья грань 13 имеет две пироактивные пластины 14 и 15, но с одинаково направленной поляризацией и внутренней поверхностью 1 6, идентичной второй и первой граням 5 и 12.

Для исследования тепловых эффектов внешнего дыхания человека полумаску 2 укрепляют на лице в .ходе чего обеспечивают плотное прилегание основания полумаски к поверхности абтюрации. Производят коммутацию пироактивных пластин в соответствии с измерительной схемой устройства. После окончания этой операции устройство готово к работе, последовательность которой поясняется структурной схемой (см. фиг. 3). Сигналы от каждого из детекторов 17 поступают на усилители 18, а затем на коммутатор

19„ производящий периодическое подключение измерительных каналов к преобразователю аналог-код 20. В последнем поступившая информация преобразуется в десятиразрядные двоичные коды, которые в последовательном виде вводятся в вычислительный комплекс 21, построенный на. базе электронно-вычислительной машины.

Устройство центрального управления

22 вычислительного комплекса 21 обеспечивает выбор программы, реализация которой необходима в данное время, последующее чтение этой программы и выполнение каждой операции в отдельности.

Периодическая регистрация измеряемых параметров осуществлялась на бумажном рулоне 23 по программе или вызову оператора. Длительное хранение и ввод в вычислительный комплекс 21 информации, записанной автоматически или вручную, обеспечивается внешним накопителем на перфоленте 24.

Регистрация тепловых эффектов внешнего дыхания с помощью предложенного устройства позволяет существенно повысить точность (на порядок) по сравнению с известными устройствами подобного типа, резко (до долей секунд) уменьшить инерционность измерений, что дает не только значительный технико-экономический эффект, но позволяет применять

735979

25 устройство при изучении динамики процессов нестационарного газообмена, термографии поверхности тела человека и т.п.

Формула изобретения

1. Устройство для определения тепловых эффектов, преимущественно при внешнем дыхании человека, состоящее из полумаски, с основанием, изогнутым

IIo форме части лица, капориметрической ячейки, тепломеров, измерительной схемы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности определения, калориметрическая ячейка выполнена проточной в виде пироэлектрической детекторной ловушки, представляющей собой трехгранную полую правильную пирамиду, каждая из сторон основания которой составляет

0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что одна грань пирамиды выполнена в виде двух пироактивных пластин, обладающих противоположно направленной поляризацией и внутренней зеркальной поверхностью, отражающей инфракрасные лучи, например, в диапазоне от 5 до 40 мкм; другая грань пирамиды, выполненная

10 идентично первой грани, имеет внутреннюю поверхность, покрытую, например, золотой чернью, поглошающей инфракрасные лучи в том же диапазоне, а третья грань пирамиды, идентичная первой и второй граням, снабжена пироактивными пластинами с однонаправленной попяризацией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Кобо@ G.С.Engarcil U.Rev. Gci.Instr.

33, 3,118, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 307789е кл. А 61 В 5/05.

А-A

Е-б

735979

Фи< 3

Составитель В. Вертоградский

Редактор A. Бер Техред А. Шепанская Корректор C. Шекмар

Заказ 2417/35 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фили ал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и(() 1 1

W() Ю(t) цшц 1 ( ц lI цццц ц ц цц ц