Тепловая микросистема с фотонным нагревом



Тепловая микросистема с фотонным нагревом
Тепловая микросистема с фотонным нагревом
G01K2013/024 - Измерение температуры; измерение количества тепла; термочувствительные элементы, не отнесенные к другим классам ( измерение температурных колебаний с целью компенсации их влияния на измерение других переменных величин или для компенсации ошибок в показаниях приборов для измерения температуры, см. G01D или подклассы, к которым отнесены эти переменные величины; радиационная пирометрия G01J; определение физических или химических свойств материалов с использованием тепловых средств G01N 25/00; составные термочувствительные элементы, например биметаллические G12B 1/02)

Владельцы патента RU 2700886:

Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения свойств и характеристик газовых потоков в экстремальных условиях эксплуатации. Заявлена тепловая микросистема с фотонным нагревом, включающая источник нагрева микросистемы и площадку круглой формы, в пределах периметра которой с двух сторон содержится электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и ножки, содержащей также электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами, охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и сквозное отверстие. Источник нагрева тепловой микросистемы представляет собой источник света, формирующий несколько прямых световых потоков с определенной периодичностью, направленных на разогреваемые элементы микросистемы. При этом один из направленных потоков излучения проходит через сквозное отверстие микросистемы, формируя с той же периодичностью, что и у прямых световых потоков, на обратной стороне тепловой микросистемы дополнительный источник нагрева элементов микросистемы с помощью установленных за сквозным отверстием отражающих поверхностей, расположенных под необходимым углом к световому потоку. Технический результат - уменьшение погрешности за счет возможности использования высокоомной терморезистивной структуры, а так же возможность локального нагрева микросистемы за счет использования установленных под необходимым углом различных отражающих поверхностей, упрощение настройки этих поверхностей, уменьшение погрешности измерений за счет сокращения количества элементов электрических цепей. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения свойств и характеристик газовых потоков в экстремальных условиях эксплуатации.

Известны термоанемометры с бесконтактным способом нагрева термочувствительного элемента (ТЧЭ), (патент RU №2060504), состоящие из опорного и рабочего ТЧЭ, оптически согласованных с радиационным нагревателем. Излучение радиационного нагревателя поглощается ТЧЭ, при этом на выходе термоанемометра появляется сигнал фототока, несущий информацию о скорости потока.

Недостатками таких термоанемометров являются: образование стока тепловой энергии на внешних выводах термоанемометров, невысокая степень изотермичности поверхности термоанемометров, при этом при возникновении помех оба ТЧЭ опорный и рабочий свертывается в одну катушку, что так же свидетельствует о неравномерности прогрева ТЧЭ и значительно увеличивает погрешность измерения.

Известны термоанемометры и способ их нагрева (патент RU №2528572), состоящие из расположенных на одной оптической оси последовательно друг за другом: источника света, ТЧЭ и отражающей пластины. Причем пластина обладает свойствами прогиба вдоль оптической оси, а центр пластины совпадает с оптической осью.

Недостатками таких термоанемометров являются необходимость точности настройки положения отражающей пластины относительно источника света и положения термоанемометра, невозможность использования источника света с периодизацией излучения, а также невозможность локализации нагрева в определенных зонах.

Наиболее близким по техническому решению является тепловая микросистема, конструкция которой включает термоанемометр и термометр (патент RU №2648306). Тепловая микросистема изготовлена из полупроводникового материала и содержит сквозное отверстие. При этом, нагрев элементов тепловой микросистемы осуществляется при помощи постоянного или переменного электрического тока.

Недостатками такой тепловой микросистемы является сильная зависимость греющего тока от электрического сопротивления ТЧЭ термоанемометра, и, как следствие невозможность использования ТЧЭ с высокими значениями электрического сопротивления, а так же сложность электрических цепей тепловой микросистемы ввиду большого количества элементов, что повышает погрешность измерений.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности за счет возможности использования высокоомной терморезистивной структуры, а так же возможность локального нагрева элементов тепловой микросистемы за счет использования установленных под необходимым углом различных отражающих поверхностей, упрощение настройки этих поверхностей, уменьшение погрешности измерений за счет сокращения количества элементов электрических цепей.

Для достижения данного технического результата предложена тепловая микросистема с фотонным нагревом, включающая источник нагрева микросистемы и площадку круглой формы, в пределах периметра которой с двух сторон содержится электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и ножки содержащей также электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами, охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и сквозное отверстие, причем источник нагрева тепловой микросистемы представляет собой источник света, формирующий несколько прямых световых потоков с определенной периодичностью, направленных на разогреваемые элементы микросистемы, при этом один из направленных потоков излучения проходит через сквозное отверстие микросистемы формируя с той же периодичностью, что и у прямых световых потоков, на обратной стороне тепловой микросистемы дополнительный источник нагрева элементов микросистемы с помощью установленных за сквозным отверстием отражающих поверхностей, расположенных под необходимым углом к световому потоку.

На фиг. изображена оптико-геометрическая модель тепловой микросистемы с фотонным нагревом. Тепловая микросистема содержит: 1 - источник света, 2 - направленные световые потоки, 3 - термометр с металлизированной контактной площадкой, 4 - сквозное отверстие в ножке, 5 - термоанемометр с металлизированными контактными площадками, 6 - светоотражающая пластина.

Устройство работает следующим образом.

Источник света 1 создает световые потоки 2, направленные вдоль оптической оси, распространяющиеся в газовой или жидкостной среде. За счет поглощения энергии излучения, длина волны которого согласована с коэффициентом поглощения тепловой микросистемы, на ее поверхности, где сформированы металлизированные контактные площадки 3, 5, формируются источники теплового потока. При этом, формирование световых импульсов от источника происходит не одновременно, а с определенной периодичностью. Через отверстие 4 в тепловой микросистеме проходит сформированный пучок света и при помощи светоотражающей пластины 6, установленной под определенным углом к этому пучку, направляет его на необходимую поверхность, создавая на обратной (теневой) поверхности микросистемы дополнительный источник тепла, тем самым происходит увеличение быстродействия микросистемы за счет увеличения количества теплового потока на ее поверхности, сокращается время ее нагрева. При этом форма, материал и расположение пластины могут быть различными и определяются условиями эксплуатации и не требуют специальной или точной настройки. Стоит отметить, что создание двух источников теплового потока с противоположных сторон тепловой микросистемы обеспечивает более равномерный ее нагрев. Кроме того, фотонный нагрев позволяет использовать высокоомные материалы при изготовлении тепловой микросистемы, что значительно снижает погрешность при измерении, а использование источника с фотонным нагревом для разогрева тепловой микросистемы позволило сократить количество элементов электрических цепей тепловой микросистемы.

Таким образом, технический результат - уменьшение погрешности за счет возможности использования высокоомной терморезистивной структуры, возможность локального нагрева элементов тепловой микросистемы за счет использования установленных под необходимым углом различных отражающих поверхностей, упрощение настройки этих поверхностей и уменьшение погрешности измерений за счет сокращения количества элементов электрических цепей - достигнут полностью.

Тепловая микросистема с фотонным нагревом, включающая источник нагрева микросистемы и площадку круглой формы, в пределах периметра которой с двух сторон содержится электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и ножки содержащей также электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами, охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и сквозное отверстие, отличающаяся тем, что источник нагрева тепловой микросистемы представляет собой источник света, формирующий несколько прямых световых потоков с определенной периодичностью, направленных на разогреваемые элементы микросистемы, при этом один из направленных потоков излучения проходит через сквозное отверстие микросистемы, формируя с той же периодичностью, что и у прямых световых потоков, на обратной стороне тепловой микросистемы дополнительный источник нагрева элементов микросистемы с помощью установленных за сквозным отверстием отражающих поверхностей, расположенных под необходимым углом к световому потоку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока неоднородных, химически агрессивных и абразивосодержащих газов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения физических параметров и скорости потоков жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и повышение быстродействия способа. Суть способа состоит в том, что в потоке локально устанавливают три идентичных терморезисторных элемента с подогревом - охлаждением управляемыми контролируемыми источниками разной переменной мощности, измеряют сопротивления терморезисторных элементов во времени, определяют мгновенные значения температуры терморезисторных элементов и их производных, определянэт мгновенное значение параметра потока по градуировочной зависимости от интегрального коэффициента теплообмена a(t)S тер-морезисторного элемента со средой или по градуировочной зависимости от теплоемкости тс терморезисторного элемента, которые вычисляют.по формулам где θ1(t), θ2(t) и θ3(t) - мгновенные температуры первого, второго и третьего терморезисторных элементов; θ1'(t), θ2'(t) и θ3'(t) - мгновенные производные температур первого, второго и третьего терморезисторных элементов; Ρ1(t), Ρ2(t) и Ρ3(t) - мгновенные мощности нагрева первого, второго и третьего терморезисторных элементов, температуру потока θc(t) определяют по формуле. .

Изобретение может быть использовано для измерения скорости течений и ветра, а также расхода жидкостей и газа в трубопроводах. Технический результат - повышение точности, упрощение технической реализации способа измерения скорости потока и расширение областей применения. Сущность: для измерения скорости направленного потока используют первичный измерительный преобразователь меток в потоке с равномерно распределенной измерительной базой известной длины L, размещают измерительную базу в потоке под известным острым углом α к направлению потока, подают выходной сигнал R(t) первичного, измерительного преобразователя через вторичный измерительный преобразователь на спектроанализатор, вычисляют известным способом текущую за время Τ функцию спектральной плотности сигнала SR(f).

Изобретение относится к термоанемометрическим средствам измерения скорости и направления потока жидкости или газа и может быть применено при исследовании различных сред, в том числе агрессивных, в любых водоёмах и в атмосфере. Технический результат каждого из изобретений, входящих в заявленную группу - повышение чувствительности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров потоков жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей способа. Способ измерения параметров газовых и жидких сред датчиком температуры с подогревом по периодической функции, на фоне постоянной составляющей, включает фиксацию температуры датчика и мощности подогрева, а также использование градуировочных зависимостей параметров среды от параметров датчика.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры в потоках газов и жидкостей. Предлагается устройство термоанемометра, в котором на одной оптической оси последовательно друг за другом расположены источник света, ТЧЭ в виде терморезистивной структуры с внешними электрическими выводами и пластина, выполняющая роль отражающей поверхности.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выполнении анемометрических измерений. Заявлен анемометрический зонд с проволочкой или с n (n≥1) проволочками, параллельными между собой, для измерения вблизи стенки, содержащий для каждой проволочки два стержня (4, 6) крепления проволочки.

Изобретение относится к устройству и способу измерения скорости, направления и ориентации течения газообразной текучей среды, такой, например, как воздух. .

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано при контроле разработки нефтяных месторождений. .

Изобретение относится к устройству измерения потока для определения направления потока флюида. .

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов.

Изобретение относится к технике радиофизических измерений и может быть использовано для измерения в миллиметровом участке спектра собственного теплового излучения разнообразных быстропротекающих газодинамических процессов, развивающихся в радиопрозрачных объектах.

Изобретение относится к области кристаллографии, а более конкретно к беспроводным устройствам для контроля температуры в вакуумных ростовых камерах, а также при отжиге кристаллов, выращенных из расплава.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры технологических сред. Предложена система расчета температуры технологической среды, которая включает в себя первый датчик температуры, установленный для измерения внешней температуры канала для технологической среды.

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов, в частности к способам спектрометрического измерения температуры потока газов и обработки спектральных данных оптических датчиков определения температуры потоков газов и может быть использовано для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок и для повышения надежности при эксплуатации газовых турбин и газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области контактных измерений параметров высокотемпературных газов, в частности к средствам измерения температуры газа и распределения ее значений в полостях высокотемпературных элементов газотурбинных двигателей, и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок при проведении аэродинамических испытаний.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия высоких давлений и газодинамического напора.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Для этого в заданном районе наблюдения вначале регистрируют несколько фактических значений общего влагосодержания, затем регистрируют фактическое значение вертикального профиля температуры наземным метеорологическим температурным профилемером.

Устройство для измерения температуры наружного воздуха относится к контрольно-измерительной технике и служит для измерения температуры наружного воздуха и отображения ее текущего значения на экране компьютера.

В изобретении раскрыт способ мониторинга и измерения толщины стенки ванны алюминиевого электролизера, который позволяет постоянно и непрерывно отслеживать температуру кожуха электролизера, выполняя при этом отбор проб и анализ электролита для получения температуры ликвидуса электролита.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения свойств и характеристик газовых потоков в экстремальных условиях эксплуатации. Заявлена тепловая микросистема с фотонным нагревом, включающая источник нагрева микросистемы и площадку круглой формы, в пределах периметра которой с двух сторон содержится электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и ножки, содержащей также электропроводящий слой известного химического состава с внешними электрическими выводами, охранное кольцо в виде мезопланарной структуры и сквозное отверстие. Источник нагрева тепловой микросистемы представляет собой источник света, формирующий несколько прямых световых потоков с определенной периодичностью, направленных на разогреваемые элементы микросистемы. При этом один из направленных потоков излучения проходит через сквозное отверстие микросистемы, формируя с той же периодичностью, что и у прямых световых потоков, на обратной стороне тепловой микросистемы дополнительный источник нагрева элементов микросистемы с помощью установленных за сквозным отверстием отражающих поверхностей, расположенных под необходимым углом к световому потоку. Технический результат - уменьшение погрешности за счет возможности использования высокоомной терморезистивной структуры, а так же возможность локального нагрева микросистемы за счет использования установленных под необходимым углом различных отражающих поверхностей, упрощение настройки этих поверхностей, уменьшение погрешности измерений за счет сокращения количества элементов электрических цепей. 1 ил.

Наверх