МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ
MULTICHANNEL TEMPERATURE SENSOR

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для измерения температуры и может быть использовано для регистрации температуры высокоскоростных термодинамических процессов, таких как горение взрывчатых веществ (ВВ) и ПТС.
Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение №162343; МПК G01K, опубл. 16.04.1964 г. под названием «Комбинированная термопара», состоящее из двух термоэлектродов, соединенных дифференциально с двумя рабочими спаями, находящимися в двух или одном защитном наконечнике в точках с различной толщиной стенки, отличающаяся тем, что, с целью одновременного получения показаний двух термопар разной инерционности и разности этих показаний с повышенной точностью, промежуточный термоэлектрод значительно удлинен и выведен на дополнительную клемму головки термопары.
Недостатком данного устройства является:
- значительные габариты;
- невозможность регистрации профиля температуры термодинамических процессов с характерным временем (продолжительностью) ~20 мс и менее;
- высокая инерционность при регистрации температуры.
Также известно устройство, содержащее ряд соединенных последовательно термопар, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, она выполнена из расположенных параллельно и вплотную один к другому термоэлектродов, например из константановой и медной микропроволок, причем константановые термоэлектроды уложены в два слоя, в одном из которых каждый провод покрыт изоляционной склеивающей пленкой, например из клея БФ-2, во втором слое константановые проволоки уложены с пропуском, в котором расположен медный термоэлектрод, оба слоя термоэлектродов с обеих сторон покрыты сплошной изоляционной склеивающей пленкой, например из клея БФ-2, к которой приклеены с каждой стороны листочки слюды, описанное в авторском свидетельстве на изобретение №342077, МПК G01K 7/02, опубл. 14.06.1972 г. под названием «Термоэлектрическая батарея».
Недостатками известного детонирующего устройства являются:
- сложность конструкции;
- значительные габариты;
- высокая инерционность при регистрации температуры.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является многоканальный датчик температуры, выполненный в виде набора термоэлектродов с образованием горячих спаев, описанный в авторском свидетельстве №1508106, МПК G01K 7/02, опубл. 15.09.1989 г. под названием «Термопара».
К недостаткам устройства следует отнести:
- высокая инерционность при регистрации температуры;
- невозможность регистрации профиля температуры термодинамических процессов с характерным временем (продолжительностью) ~20 мс и менее.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого устройства, а именно возможность регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс (таких как горение ВВ и ПТС) и улучшение массо-габаритных характеристик.
Техническим результатом данного изобретения является возможность обеспечения быстродействия многоканального датчика температуры при регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее, и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс.
Это достигается тем, что многоканальный датчик температуры, выполненный в виде набора термоэлектродов с образованием горячих спаев, согласно изобретению, выполнен в виде сборки из не менее чем двух микротермопар, образующих независимые каналы регистрации температуры, собранных в виде чередующихся слоев плоских термоэлектродов, с изменяющейся площадью поперечного сечения, расположенных между диэлектрическими подложками и образующими горячие спаи, выполненные с изменяющейся площадью поперечного сечения при выполнении условия, что каждая предыдущая площадь поперечного сечения горячего спая меньше последующей.
Кроме того, с целью повышения быстродействия термоэлектроды выполнены из металлической фольги.
Кроме того, с целью изоляции каналов друг от друга термоэлектроды выполнены из металлической фольги, ламинированной полиимидом.
Кроме того, с целью исключения взаимного влияния друг на друга горячие спаи смещены друг относительно друга по продольной оси.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах:
На фиг. 1 приведен общий вид и продольное сечение многоканального быстродействующего датчика температуры;
На фиг. 2 приведено продольное сечение варианта выполнения многоканального датчика температуры со смещением горячих спаев по продольной оси.
На чертежах обозначены следующие позиции (для трехканального исполнения):
1 - микротермопара с площадью поперечного сечения горячего спая S1,
2 - микротермопара с площадью поперечного сечения горячего спая S2,
3 - микротермопара с площадью поперечного сечения горячего спая S3,
4 - диэлектрические подложки из полиимида,
5 - первый плоский термоэлектрод,
6 - второй плоский термоэлектрод,
7 - горячий спай микротермопары.
Многоканальный датчик температуры представляет собой многослойную конструкцию, например, трехслойную конструкцию из трех совместно расположенных микротермопар 1, 2, 3 (фиг. 1) одинаковой толщины и разной ширины, собранных из двух плоских термоэлектродов 5 и 6, выполненных из пары металлов в виде фольги, например медной и никелевой, способных вырабатывать термо-ЭДС и расположенных между диэлектическими (ламинированными) подложками 4 из полиимида с образованием на стыке плоских термоэлектродов 5 и 6 горячих спаев 7 с площадью сечения S1, S2 и S3 соответственно, при этом S1<S2<S3.
Возможны варианты выполнения горячих спаев одинаковой ширины, но разной толщины или разной ширины и разной толщины.
Многоканальный датчик температуры на основе металлической фольги работает следующим образом.
При изменении температуры в области размещения многоканального датчика температуры каждый из каналов, образованных из микротермопар, например, трех: 1, 2 и 3 с площадью сечения горячих спаев S1, S2 и S3 соответственно, при этом S1<S2<S3, осуществляет регистрацию профиля изменения температуры, при этом наиболее близким к реальному температурному профилю будет участок температурного профиля, регистрируемый каналом с наименьшей площадью сечения горячего спая S1 микротермопары 1 (фиг. 1), т.к. уменьшение площади поперечного сечения микротермопары в зоне горячего спая приводит к снижению инерционности и повышению чувствительности термопары. Если температура в точке измерения превышает температуру плавления одного из металлов плоского термоэлектрода 5 или 6, зоны горячего спая 7 микротермопар 1, 2 и 3 начнут поочередно разрушаться, начиная с микротермопары 1 с наименьшей площадью поперечного сечения горячего спая S1, при этом регистрация температурного профиля продолжится остальными каналами, образованными микротермопарами 2 и 3. Регистрация температурного профиля прекращается после разрушения микротермопары 3 с наибольшей площадью поперечного сечения S3 горячего спая 7.
Примером конкретного выполнения является многоканальный датчик температуры на основе медь-никелевой фольги, содержащий микротермопару 1 с площадью поперечного сечения S1 горячего спая 7 из медных 5 и никелевых 6 плоских термоэлектродов, образующей первый канал регистрации, микротермопару 2 с площадью поперечного сечения S2 горячего спая 7 из медных 5 и никелевых 6 плоских термоэлектродов, образующей второй канал регистрации и микротермопару 3 с площадью поперечного сечения S3 горячего спая 7 из медных 5 и никелевых 6 плоских термоэлектродов, образующей третий канал регистрации, при этом S1<S2<S3. Горячие спаи 7 всех каналов регистрации выполнены из медных 5 и никелевых 6 заготовок методом диффузионной сварки и последующей прокатки до фольги толщиной ~10 мкм. Нарезка фольги на полосы необходимой ширины (0,5 мм, 1,0 мм и 1,5 мм) производилась лазером. Медные 5 и никелевые 6 плоские термоэлектроды, а так же каналы регистрации изолированы друг от друга диэлектрической прокладкой 4 из полиимидной пленки. В некоторых технических измерительных схемах датчик может быть выполнен со смещением горячих спаев 7 друг относительно друга по продольной оси (фиг. 2).
Использование данного изобретения позволит:
- обеспечить быстродействие при регистрации профилей температуры высокоскоростных термодинамических процессов с характерными временами (продолжительностью) ~20 мс и менее и скоростями изменения температуры порядка 100 град/мс (таких как горение взрывчатых веществ ВВ и ПТС);
- получить эффективный и информативный датчик для многоканального измерения температуры,
- уменьшить массогабаритные характеристики датчика.
Таким образом, многоканальный датчик температуры, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».