УНИВЕРСАЛЬНАЯ МИКРОСИСТЕМА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ
UNIVERSAL MICROSYSTEM BASED ON SILICON CARBIDE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик газовых потоков, включая пламена.
Известно устройство для измерения скорости ветра (газа), конструкция которого представлена в виде «ветромерной доски» на горизонтальной оси и дугообразно изогнутой в вертикальной плоскости шкалы с штифтами-делениями (Клоссовский А.В. Основы метрологии. 1914 г. С. 223).
Недостатком такой конструкции является невозможность измерения скорости и температуры раскаленных газов из-за материалов, имеющих низкую температуру плавления.
Известен также микроизлучатель в виде пирометрического зонда, состоящий из излучающей площадки круглой формы и держателя, нагрев которого осуществляется за счет процессов теплопередачи (конвекция + тепловая радиация) из окружающей среды и который в рамках оптического метода позволяет измерять температуру раскаленного газа (Карачинов В.А., Ильин С.В., Карачинов Д.В. Пирометрические зонды на основе карбида кремния // Письма в ЖТФ. - 2005. Т. 31. Вып. 11. - С. 2-3).
Недостатком конструкции микроизлучателя в виде пирометрического зонда является невозможность измерения скорости газового потока.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению и принятой за прототип является конструкция микроизлучателя в виде пирометрического зонда, состоящая из излучающей площадки круглой формы и держателя, содержащего сквозное отверстие (патент №2466361 РФ, МПК G01J 5/00, 10.11.2012, бюл. №31).
Недостатками такого микроизлучателя являются значительная погрешность измерения температуры, обусловленная кондуктивной связью элементов конструкции с внешними устройствами управления (позиционирования) между излучающей площадкой и держателем, и невозможность измерения скорости газового потока.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональной возможности прототипа и уменьшение кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами за счет изменения его конструкции.
Для решения данной задачи предложена конструкция универсальной микросистемы из монокристаллического карбида кремния, содержащая маятник в виде микроизлучателя (пирометрического зонда) со сквозным отверстием в держателе и дополнительный вилочный держатель с крепежной осью, проходящей через отверстие в держателе маятника. При этом нагрев микросистемы, как и в прототипе, осуществляется за счет процессов теплопередачи (конвекция + тепловая радиация) из окружающей среды.
На фиг. 1 изображен общий вид конструкции. Устройство состоит из маятника 1, отверстия 2, вилочного держателя 3, крепежной оси 4.
Устройство работает следующим образом: одним из известных способов микросистему помещают в заданную область исследуемого нагретого газового потока. При этом плоскость маятника 1 ориентирована вдоль направления газового потока, а положение вилочного держателя 3 строго вертикально. Благодаря тому, что диаметр отверстия 2 несколько превышает диаметр крепежной оси 4, под действием силы давления (напора) газового потока маятник отклоняется от вертикального положения на угол пропорционально скорости газового потока. Регистрируя изображение микросистемы известными техническими средствами и используя цифровые методы его обработки, измеряют угол отклонения маятника от вертикально ориентированного вилочного держателя 3, и с помощью известных математических зависимостей рассчитывают скорость газового потока (ПО "Fakel").
За счет известных основных механизмов теплопередачи из газового потока, таких как конвекция и тепловое излучение, конструкция маятника нагревается и его поверхность излучает световой поток в окружающее пространство. Известными техническими средствами, например телевизионным пирометром, регистрируют светящееся изображение (яркостный контраст) круглой площадки маятника и определяют (рассчитывают) температуру, значение которой, как и в прототипе, принимается равным температуре газа.
Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат:
маятник закрепляется в дополнительном держателе, который выполнен в виде вилки, что позволяет измерять скорость и температуру газового потока одновременно. За счет дополнительного сквозного отверстия в держателе маятника и в вилочном держателе уменьшается величина кондуктивной связи конструкции за счет большого контактного термического сопротивления в отверстии (см. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высшая школа, 1984. С. 30-31).
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:
- расширить функциональные возможности конструкции на основе карбида кремния;
- уменьшить величину кондуктивной связи элементов конструкции микроизлучателя с внешними устройствами.