Устройство для контроля и регули-рования температуры

Устройство для контроля и регули-рования температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

843030

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (я) м. кл.з

Н 01 L 31/00

0 01 К 7/02 (22) Заявлено 243.279 (21) 2851902/18-25 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.06,81,Бюллетень 89 24

Дата опубликования описания 300681 (53) УДХ 62-555.621 (088. 8) Ю.И. Сукацкас, С.И. Гечяускас, A.A. Алексеюнас, С.А. Балейшис и В.М. Бондаренко (72) Авт"оры изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников AH Литовской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть исполь-. зовано для индикации достижения объектом заданной температуры, в том числе и в особых условиях измерения, в частности при измерениях в средах с ионизирующим излучением.

Известен ртутный контактный термометр,. который при достижении значения заданной фиксированной температуры замыкает или прерывает электрическую цепь и широко применяется при измерении и регулировании температуры различных сред (1).

Недостатками указанного измерите- 15 ля температуры являются большие га- бариты, сложность конструктивного выполнения, малая надежность для эксплуатации, а в некоторых особых условиях, например для измерения 20 температуры при изготовлении пищевых продуктов, он вообще неприменим, так как термочувствительным элементом является токсичная ртуть.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент с электродами, выполненный в виде слоистой структуры, включающей слой ЗО подложки, слой нагревателя, термочувствительный слой из стехиометрического состава оксида металла переходной группы, например из ЧО

Термочувствительный элемент крепится. на держателе, а его электроды подключены последовательно к источнику питания и исполнительному механизму (2).

Недостатком этого устройства является низкая надежность особенно при работах в условиях существования ионизирующего излучения и относительная сложность конструкции.

Цетць изобретения - увеличение надежности устройства и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в.известном устройстве для контроля и регулирования температуры, содержащем термочувствительный элемент, выполненный в виде многослойной структуры, термочувствительная область которой содержит слои из стехиометрического состава оксида металла переходной группы, держатель, источник питания и исполнительный механизм, подключенные последовательно к электродам термочувствительного элемента, в термо843030 чувствительный элемент введен, по крайней мере, один слой оксида металла переходной группы, легированного по катионной подрешетке.

Термочувствительный элемент прикреплен к держателю через термоизолирующую вставку, а его электроды выполнены из металла с наименьшей теплопроводностью.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - зависимость сопротивления термочувствительного элемента устройства от температуры окружающей среды.

Устройство для контроля к регулирования температуры .содержит источник 1 питания, исполнительный ме-, 15 ханизм 2 и термочувствительный зонд, в металлическом наконечнике 3 кото-. рого размещены слой 4 стехиометрического состава оксида металла переходной группы, слой 5 оксида металла 2О переходной группы, легированной по катионной подрешетке; связующий слой

6, подложку 7,тонкопленочные электроды 8 и защитный слой 9, прикрепленные к термоизоляционной втулке 10 электровыводы 11 и держатель 12.

Наличие в предлагаемом устройстве, например, двух термочувствительных слоев .— стехиометрического диоксида ванадия и слоя диоксида ванадия, легированного титаном, обеспечивает двухступенчатое скачкообразное изменение силы тока через термо-. чувствительный датчик прк двух раз- . личных температурах. Таким образом,: увеличивая количество термочув« З5 ствительных слоев, легированных по катионной подрешетке соответствующими примесями, можно обеспечить многоточечную индикацию температуры.

Устройство работает следующим 40 образом.

При температуре окружающей среды, не превышающей температуру фазового перехода (ФП) термочувствительной полупроводниковой пленки, напРимер 45 пленки диоксида ванадия (участок а - кривой на фиг. 2) термочувствительный зонд находится в высокоомном состоянии, и протекающий ток, например, в обмотке реле исполни- 5О тельного механизма 2 недостаточен для ее срабатывания. С повиаением температуры окружающей среды до температуры ФП термочувствительной полупроводниковой пленки,, например пленки диоксида ванадия стехиометрическфго состава, сопротивление ее скачкообразно падает(участок б на фиг. 2), ток в цепи возрастает, после чего срабатывает реле исполнительного механизма, и в этот момент d0 включается механизм, управляющий температурным режимом технологического процесса. При дальнейшем увелйчении температуры(участок в кривой.на фиг. 2) и достижении темпера- 65 туры фазового перехода другого слоя оксида переходного металла, легированного по катионной подрешетке, например слоя диоксида ванадия, легированного титаном Ч q Т„„О, сопротивление этого слоя скачкообразно уменьшается(участок г кривой на фиг. 2), термочувствительный зонд переходит в проводящее состояние (участок д кривой на фиг. 2), и в этот момент вновь срабатывает исполнительный механизм, управляющий температурным режимом технологического процесса. При уменьшении температуры окружающей среды происходит обратный процесс.

Предлагаемое устройство для контроля и регулирования температуры по сравнению с известным обладает повышенной надежностью эа счет значительного упрощения конструкции. Это обуслдвлено тем, что многослойная структура термочувствительного элемента обеспечивает многократное и скачкообразное изменение сопротивления,в результате чего исполнительный механизм срабатывает и без предварительного усиления электрического сигнала, который поступает от термочувствительного элемейта. Многоступенчатое изменение сопротивления термочувствительного элемента позволяет фиксировать несколько точек температурного режима технологического про-. цесса. Кроме того, температуру фазового перехода термочувствительного элемента в широком интервале температур можно совмещать с критическими точкамк температурного. Режима заданного технологического процесса путем легированйя различными примесями слоев оксидов переходных металлов по катионной подрешетке.

Например, в настоящее время для регулирования температуры и сигнализации об окончании процесса варки колбасных изделий применяются термопары ТХК-0033 ГОСТ 6616-61. Готовность колбасных изделий контролируется регулятором, датчик-термопара которогс устанавливается. в цент- . ре одного кэ батонов. Колбасные изделия считаются готовьзаи, если температура в центре их достигает 70 С, т.е. происходит процесс коагуляции белков. В этот момент включается сигнализация и исполнительный механизм перекрывает паровую линию.

Для этого случая особенно пригоден диоксид ванадия, температура ФП которого совпадает с температурой коагуляции белков.

Применение предлагаемого устройства для контроля и управления процессом варки колбасных изделий эа счет упрощения конструкции к повышения надежности дает значительную экономию. Предлагаемый термочувствительный полупроводниковый элемент, а также устройство в целом могут быть с успехом применены для контроля температурного режима технологических процессов при наличии гамма или другого ионизирующего излучения. Это обусловлено тем, что термочувствительные слои оксидов ванадия RBJlRloTcH сильно дефектными, и дополнительная дефектность, вызванная ионизирующим излучением, слабо влияет на температуру фазового перехода и величину скачка электропроводности..

Формула изобретения

843030 6

1 подключенные последовательно и электродам термочувствительного элемен-. та, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что, с целью повышения надежности и упрощения .конструкции, в термочувствительный элемент введен, по крайней мере, один слой оксида металла переходной группы, легированного по катионной подрешетке.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что термочувствительный элемент прикреплен к держателю через термоизолирующую вставку, а его электроды выполнены из металла с наименьшей теплопроводностью, 1, Устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде многослойной структуры, термочувствительная область которой содержит слои из стехиометрического состава оксида металла переходной группы, держатель, источник питания и исполнительный механизм, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ртутный термометр, ГОСТ 9871.75 ТПК. Указатель стандартов. М., 7П из-во Госстандарт, 1978, т. 2.

2. A.À. Бугаев и др. Фазовый переход металл-полупроводник и его применение. Л., Наука, 1979, с. 159 (прототип).

843030.R, Ои

Составитель Е. Громов

Техред А.Бабинец Корректор Н. Стец

Редактор А. Лежнина

Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5140/72

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4