термоэлектрический датчик скорости потока
Классы МПК: | G01P5/12 с использованием изменения сопротивления нагретого проводника |
Автор(ы): | Варшава С.С., Потапчук Г.Н., Стельмах О.Б., Чекурин В.Ф. |
Патентообладатель(и): | Львовский политехнический институт, Институт прикладных проблем механики и математики им.Я.С.Подстригача АН Украины |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-07-09 публикация патента:
30.11.1994 |
Использование: измерительная техника, измерение скорости газовых потоков. Сущность изобретения: половину терморезистора (ТР) из нитевидного кристалла GaAs n - типа, легированного S и Zn, размещают внутри защитного экрана, имеющего форму цилиндрического стакана. ТР подключен к переменному источнику тока и через ограничительный резистор соединен с вольтметром постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащий терморезистор, включенный в измерительную схему, защитный экран и источник тока, отличающийся тем, что в него введены ограничительный резистор и вольтметр постоянного тока с параллельно подключенным к нему кондесатором, причем вольтметр постоянного тока последовательно соединен с ограничительным резистором и терморезистором, при этом защитный экран выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещена половина терморезистора, выполненного из нитевидного кристалла GaAS n-типа, легированного S и Zn, а источник тока выполнен переменным.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей газовых потоков. Известен термоанемометрический датчик, содержащий нагреваемый терморезистивный элемент из нитевидного полупроводникового кристалла Те, легированного серебром, подключенный в измерительную схему [1]. Его недостатком является сложность применения для работы в широком температурном диапазоне и невысокая точность. Известен термоанемометр, содержащий нагреваемый терморезистор (ТР), а также компенсационный ТР для уменьшения температурной погрешности, который принимает температуру потока за счет конвекции, но защищен от него экраном, при этом ТР включены в мостовую измерительную схему, содержащую источник тока, резисторы, измерительный прибор [2]. Недостатком термоанемометра является сложность конструкции, связанная как с установкой в потоке дополнительного конструктивного элемента - защитного экрана, так и с наличием усилителя. Кроме того, разделение элементов конструкции повышает инерционность. Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение инерционности. Цель достигается за счет того, что в термоэлектрический датчик скорости потока, содержащий терморезистор, включенный в измерительную схему, источник тока и защитный экран, введены ограничительный резистор и вольтметр постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором, причем вольтметр постоянного тока последовательно соединен с ограничительным резистором и терморезистором, при этом защитный экран выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещена половина терморезистора, выполненного из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, а источник тока выполнен переменным. На фиг. 1 показана схема датчика; на фиг. 2 приведена его градуировочная характеристика. Датчик содержит чувствительный элемент в виде ТР 1, электрические выводы 2, защитный экран 3, торцовый экран 4, регулируемый источник 5 переменного тока, вольтметр 6, ограничительное сопротивление 7, конденсатор 8. Чувствительный элемент 1 выполнен из нитевидного полупроводникового кристалла (например, GaAs), к концам его присоединены методом электроимпульсной приварки золотого микропровода электрические выводы 2, часть чувствительного элемента 1 расположена внутри цилиндрического защитного экрана 3 таким образом, что он зафиксирован по оси цилиндра 3 с помощью торцового экрана 4. Характерные размеры чувствительного элемента: длина - 2/3 мм, сечение - 0,13-0,17 мм2. Цилиндрический экран 3 выполнен из керамической трубки l = 5 мм;![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/8856.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/8856.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/920.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/2024023t.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/961.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/961.gif)
d - диаметр кристалла. С защищенной части ТР, обмениваемой теплом с внешней средой в режиме свободной конвекции, с единицы длины ТР отводится мощность
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/920.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/955.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/955.gif)
Т - температура ТР;
Тс - температура среды. Незащищенная часть ТР обменивается теплом с внешней средой в режиме вынужденной конвекции. Мощность, отводимая с единицы длины ТР, выразится
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/920.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/955.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/2024023-2t.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/2024023-3t.gif)
(2) где
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/961.gif)
V - скорость потока. В отсутствие потока
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/920.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/920.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024001/916.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/8800.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024001/916.gif)
U =
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/945.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024006/729.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024001/916.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/945.gif)
R = 20 Rтр,
C
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024012/8805.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024023/2024023-4t.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024007/969.gif)
U~ - напряжение источника;
U - постоянная составляющая напряжения на ТР;
Rтр, R - сопротивления ТР и ограничительного резистора. Пример конкретного исполнения. Чувствительный элемент 1 был выполнен из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, с удельным сопротивлением 0,23 Ом
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024006/729.gif)
![термоэлектрический датчик скорости потока, патент № 2024023](/images/patents/449/2024003/8776.gif)
Класс G01P5/12 с использованием изменения сопротивления нагретого проводника