датчик температуры

Формула изобретения

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий чувствительный элемент из нитевидного монокристалла GaAs с электрическими выводами, каждый из которых выполнен из двух проводников разного поперечного сечения, и наполнитель, размещенные в полости герметизированного корпуса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика путем обеспечения измерения лучистых тепловых потоков при одновременном снижении инерционности и повышении надежности в условиях вибрации, одна из граней нитевидного монокристалла покрыта графитом, его электрические выводы закреплены на стенках корпуса, выполненного из монокристаллического корунда, по длине проводников большего поперечного сечения, а в качестве наполнителя использован порошок A1₂O₃.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для низкотемпературных измерений.

Известны датчики температуры, содержащие чувствительные элементы (ЧЭ) из нитевидного кристалла GaAs, к которому подсоединены электрические выводы, установленные в цилиндрическом корпусе или на пленочном основании [1]

Контакт ЧЭ с поверхностью объекта и теплообмен между ними осуществляются, как правило, через корпус и слой наполнителя.

Недостатками известных датчиков являются низкая надежность из-за отсутствия герметизации ЧЭ, а также невозможность измерения тепловых потоков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик температуры, содержащий ЧЭ из нитевидного монокристалла GaAs с электрическими выводами, выполненными из двух проводников разного поперечного сечения, и наполнитель, размещенные в полости герметизированного металлического корпуса [2] В качестве теплообменной среды (наполнителя) в устройстве используется газообразный гелий.

Недостатками этого температурного датчика являются ограниченные функциональные возможности, а также высокая инерционность.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей датчика за счет обеспечения измерения лучистых тепловых потоков при одновременном снижении инерционности и повышении надежности в условиях вибрации.

Для этого в известном датчике температуры одна из граней нитевидного монокристалла покрыта графитом, его электрические выводы закреплены на стенках корпуса, выполненного из монокристаллического корунда, по длине проводников большего поперечного сечения, а в качестве наполнителя использован порошок Аl₂О₃.

Благодаря высокой теплопроводности монокристаллического корунда при низких температурах (его коэффициент теплопроводности при Т=30-40^оК достигает 6000 Вт/м К, при 77^оК-1300 Вт/м К, а также использованию в качестве теплообменной среды порошка Аl₂О₃ улучшаются тепловые характеристики датчика повышается быстродействие.

Прикрепление электрических выводов ЧЭ к корпусу, а также высокая прочность последнего повышают надежность устройства в условиях вибрации.

Покрытие тепловоспринимающей поверхности ЧЭ графитом, а также высокая оптическая прозрачность монокристаллического корунда позволяют использовать данный датчик в качестве микроболометра для измерения лучистых тепловых потоков в полосе пропускания корунда (0,145-6 мкм).

На чертеже представлена схема датчика температуры.

На чертеже показаны чувствительный элемент (ЧЭ) 1, графитовое покрытие 2, золотые электрические выводы 3, медные электрические выводы 4, корпус 5 из монокристаллического корунда, отверстие 6 с наполнителем 4 и эпоксидный компаунд 7.

Датчик температуры содержит ЧЭ1 из нитевидного монокристалла GaAs, который посредством электрических выводов 3 и 4 подсоединяют к измерительному прибору. ЧЭ установлен в отверстии 6 корпуса 5 вблизи дна, засыпан наполнителем (порошок Аl₂О₃) и загерметизирован компаундом 7.

Датчик изготавливается следующим образом.

К ЧЭ 1 посредством сварки подсоединяют электрические выводы 3 из золотого микропровода 30 мкм, к которым затем также с помощью сварки подсоединяют выводы 4 из медного провода в лаковой изоляции 0,1 и 0,05 мм. Одну из граней нитевидного монокристалла покрывают слоем диэлектрического графитового порошка на клеевой основе. ЧЭ 1 вместе с электрическими выводами 3 и 4 располагают в отверстии 6 корундового корпуса 5. Проводник 4 большего диаметра прикрепляют к стенке отверстия 6 посредством клея. После этого производят засыпку отверстия 6 порошком Аl₂О₃ с размером зерна 3-5 мкм. Корпус 5 изготавливают из монокристалла корунда в форме параллелепипеда с размерами 2,0х1,0х0,7 мм. Отверстие 6 в корпусе 5 высверливают 0,3 мм. Герметизирующий компаунд 7 содержит эпоксидную смолу "ЭДП" с 30%-ной добавкой Аl₂О₃.

Для измерения температуры предварительно проградуированный датчик (измерена зависимость R/T) устанавливается на исследуемой поверхности или в объеме. При измерении лучистых тепловых потоков датчик градуируют как болометр (в В/Вт), при этом излучение должно падать перпендикулярно зачерненной поверхности ЧЭ1, покрытой графитовым слоем.

Показатель тепловой инерции датчика не превышает 1 мс.