способ определения превышения заданной температуры
Классы МПК: | G01K7/22 с резисторами, имеющими нелинейную характеристику, например с терморезисторами |
Автор(ы): | Волков А.Ю., Сальников В.А. |
Патентообладатель(и): | Волков Андрей Юрьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-05-20 публикация патента:
20.05.1996 |
Использование: контроль криогенных и низких температур. Сущность изобретения: термочувствительный элемент (ТЧЭ) из композиционного материала на основе полимерной матрицы и электропроводящего дисперсного наполнителя с концентрацией 6 - 25 об. % охлаждают до контролируемой температуры ниже температуры перколяционного перехода композиционного материала. При отогреве регистрируют скачок электросопротивления ТЧЭ. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ определения превышения заданной температуры, заключающийся в размещении в объекте контроля резистивного термочувствительного элемента из композиционного материал на основе полимерной матрицы и электропроводящего дисперсного наполнителя с концентрацией последнего 6 25 об. и регистрации скачка электросопротивления термочувствительного элемента, отличающийся тем, что термочувствительный элемент охлаждают до контролируемой температуры ниже температуры перколяционного перехода композиционного материала.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к контролю температуры и может использоваться в криогенной технике для слежения за требуемым уровнем температуры. Известен способ регистрации повышения температуры, по которому в электрическую цепь включают термочувствительный элемент (ТЧЭ) на основе композиционного материала в высокоэластичном состоянии, с концентрацией электропроводящего наполнителя 6 25 об. с высоким температурным коэффициентом сопротивления, пропускают ток через термочувствительный элемент и регистрируют скачок электросопротивления [1]В известном способе для регистрации повышения температуры используется эффект резкого повышения сопротивления композиции за счет того, что при нагреве расширение полимерной матрицы существенно превосходит расширение частиц проводящего наполнителя (из-за разности их коэффициентов температурного расширения (КТР)). Этот эффект значительно усиливается плавлением кристаллической фазы полимера при определенной температуре Тпл, в результате чего резко увеличивается взаимная подвижность частиц наполнителя и разрываются электропроводящие цепочки. В частности, в [1] переход термочувствительного элемента на основе полиэтилена в непроводящее состояние происходит в области 120оС, совпадающей с Тпл полиэтилена. Использование этого резистивного перехода в способе-прототипе может обеспечить только контроль определенной температуры, близкой к Тпл. Температура этого перехода обусловлена только типом полимера, типом и концентрацией наполнителя. Поэтому для слежения за определенной температурой в известном способе требуется подбор серии композиций на разные температуры и включение в электрическую цепь конкретно, "настроенного", именно на эту температуру ТЧЭ. Это делает известный способ неудобным в случаях, когда нужно контролировать разные температуры, поскольку требуется постоянная смена термочувствительных элементов. Кроме того, в областях низких температур, при Т << Тпл, где отсутствует высокоэластичное состояние полимера, подобный подбор полимеров невозможен. Цель изобретения обеспечение возможности контроля криогенных температур (4 100 К), а также использование только одного композита для работы в широком (до 250 К) интервале температур. Цель достигается тем, что термочувствительный элемент охлаждают до контролируемой температуры ниже температуры перколяционного перехода композиционного материала. Сущность изобретения заключается в том, что при охлаждении композиционных материалов с концентрацией наполнителя 6 25 об. ниже температуры возникновения перколяционного перехода Тпп и последующем их отогреве, на температурной зависимости сопротивления возникает гистерезис. Это явление проявляется тем сильнее, чем ниже температура охлаждения материала. В данном случае гистерезис заключается в том, что при нагреве образца, охлажденного ранее ниже Тпп, его сопротивление резко возрастает в относительно узком интервале температур. При этом для одного и того же материала рост сопротивления начинается при отогреве именно от той температуры, до которой он был охлажден. Этот эффект связан с тем, что композиты имеют существенно различные значения коэффициентов температурного расширения стеклообразной полимерной матрицы и электропроводящего наполнителя. Охлаждение такой двухфазной системы приводит к возникновению сил сжатия разрозненных частиц наполнителя в единый проводящий ансамбль. Именно наличие возрастающих при охлаждении сил сжатия приводит при некоторой Тпп к смятию поверхности частиц в местах их контакта. При последующем расширении матрицы при нагреве контакты между соседними деформированными частицами исчезнут раньше, чем они появились при охлаждении: проводимость резко уменьшится при отогреве от Tmin < Tпп (появление гистерезиса на зависимости R(T)). При повторном охлаждении до любой Т < Tmin контакты снова восстановятся и, будучи еще сильнее деформированными, обеспечат такой же быстрый разрыв проводящих связей при отогреве от этой Т. На фиг. 1 приведены зависимости удельного сопротивления lg
![способ определения превышения заданной температуры, патент № 2060476](/images/patents/412/2060031/961.gif)
![способ определения превышения заданной температуры, патент № 2060476](/images/patents/412/2060476/8855.gif)
![способ определения превышения заданной температуры, патент № 2060476](/images/patents/412/2060476/8855.gif)
Класс G01K7/22 с резисторами, имеющими нелинейную характеристику, например с терморезисторами