Изобретение относится к измерительной технике, а именно к универсальным средствам комплексного многофункционального измерения технологических параметров в газовой и других отраслях промышленности, а также может быть использовано в робототехнике и других высокотехнологичных отраслях.

Известен чувствительный элемент датчика для изучения свойств исследуемой среды, выполненный в виде нагреваемого элемента, закрепленного в корпусе и подключенного с помощью двух проводников к источнику импульсного электрического тока, где нагреваемый элемент выполнен в виде подложки из сплава вольфрама с процентным содержанием вольфрама не менее 90%, с нанесенным на подложку чувствительным слоем (см. US2015241386A1, опуб., -27.08.2015).

Недостатками известного датчика являются малая долговечность чувствительного слоя из-за относительно быстрого его отравления составляющими исследуемой среды вследствие образования прочных связей ими с материалом чувствительного слоя, а также искажение результатов исследования в процессе эксплуатации датчика.

Задачей изобретения является создание долговечного чувствительного элемента, на поверхности которого не удерживаются прочно элементы исследуемой среды, но при этом обеспечивается достаточно плотный контакт исследуемой среды с поверхностью чувствительного элемента.

Техническим результатом изобретения является повышение ресурса чувствительного элемента датчика и стабильность результатов исследования. Задача решается и технический результат достигается тем, что чувствительный элемент датчика для изучения свойств исследуемой среды, выполненный в виде нагреваемого элемента, подключенного к источнику тока, где нагреваемый элемент изготовлен в виде подложки из материала, содержащего не менее 90% вольфрама, при этом, согласно изобретению, материал подложки имеет удельное электрическое сопротивление при температуре 20°С, равное или превышающее величину 0,51 Ом мм ² /м, характеристический размер поперечного сечения подложки не превышает 150x10 ³ ангстрем, а ее поверхность выполнена с заданным рельефом, характеризующимся максимально допустимой высотой неровностей не более 150 ангстрем и средним шагом неровностей, не превышающим высоту неровностей.

Технический результат достигается также тем, что чувствительный элемент датчика может быть закреплен непосредственно в корпусе, или на стеклянном изоляторе, или на ножках, выполненных из меди или из любого иного материала.

Технический результат достигается также тем, что чувствительный элемент может быть подключен к источнику тока по двухпроводной или трехпроводной схеме.

Технический результат достигается также тем, что чувствительный элемент может быть выполнен в виде проволоки или нити любой формы.

Технический результат достигается также тем, что на подложку чувствительного элемента датчика может нанесен чувствительный слой, содержащий легирующие компоненты из металлов платиновой группы и имеющий толщину в диапазоне от 5 до 15 ангстрем.

Совокупность данных признаков дает повышение ресурса чувствительного элемента датчика и стабильность результатов. Чувствительный элемент содержит нагреваемый элемент, выполненный в виде подложки, закреплённый, например, в корпусе (или закрепленный иным образом) и подключенный к источнику импульсного электрического тока с помощью двух или трех проводников или с иным количеством проводников. Подложка выполнена из материала, содержащего не менее 90% вольфрама. При этом материал подложки имеет удельное электрическое сопротивление при температуре 20°С, равное или превышающее величину 0,51 Ом мм ² /м. На подложку может быть нанесен чувствительный слой. Характеристический размер сечения (см. ГОСТ ISO 7800-2013. Проволока) подложки или ее диаметр (в случае выполнения сечения круглым) не превышает 150x10 ³ ангстрем.

Поверхность подложки выполнена с заданным рельефом, имеющим неровности в виде вершин и впадин. Рельеф характеризуется, согласно ГОСТ 2789-73, максимально допустимой высотой R _max неровностей не более 150 ангстрем и средним шагом S неровностей по вершинам, не превышающим наибольшую высоту неровностей.

Толщина чувствительного слоя, в случае его нанесения на подложку, находится в диапазоне от 5 до 15 ангстрем, при этом чувствительный слой содержит легирующие компоненты из металлов платиновой группы.

Описываемый датчик изготавливают следующим образом.

Из материала с содержанием вольфрама не менее 90% формируют подложку путем пропуска материала через фильерную установку для получения проволоки с различной формой поперечного сечения. Размеры характеристического сечения проволоки не превышают 150x10 ³ ангстрем. Поперечное сечение проволоки может иметь круглую форму или иметь форму овала, многоугольника и т.п.

Затем поверхность подложки очищают (обезжиривают от масла и других примесей) и с помощью операции травления (гальванической, кислотой и т.д.) образуют на её поверхности неровности («шероховатость») в виде вершин и впадин, увеличивая таким образом площадь активной поверхности и ее адгезионные свойства, необходимые для нанесения чувствительного слоя толщиной, примерно 5-15 ангстрем, эквидистантно повторяя рельеф поверхности подложки. То есть форма рельефа подложки и размеры неровностей, практически не изменяются после нанесения чувствительного слоя.

В случае нанесения на подложку чувствительного слоя, то используют для этого материал с высокой прочностью, избирательностью. Материал чувствительного слоя не вступает в химическое, сорбционное взаимодействие, обеспечивая за счет этого повышенную точность измерений. При этом за счет формы рельефа и размеров неровностей обеспечивается высокая адгезия по отношению к веществу исследуемой среды, так как размеры неровностей примерно сопоставимы с размерами молекул жидкостей и газов и образуемых ими кластеров молекул. То есть, при среднем размере молекул жидкостей и газов порядка 2 ангстрем, между вершинами неровностей может разместиться ограниченное количество молекул, попавших туда за счет повышенной площади поверхности слоя, что позволяет увеличить соотношение площади чувствительной поверхности к количеству исследуемой среды. При отсутствии чувствительного слоя контакт исследуемой среды осуществляется непосредственно с материалом подложки. При относительно малых размерах подложки или чувствительного элемента такое соотношение позволяет минимизировать затраты энергии на исследования, уменьшить время воздействия на исследуемую среду, обеспечивая периодическое локальное микроимпульсное зондирование среды. Отсутствие химического взаимодействия с веществом исследуемой среды предотвращает «отравление» вещества чувствительного слоя и обеспечивает практически бесповерочные, длительные сроки эксплуатации датчика. Воздействие электрического тока на минимально возможное количество исследуемого вещества, заключенного во впадинах между неровностями подложки или чувствительного слоя, обеспечивает отсутствие явления гистерезиса.

Таким образом, использование описываемого чувствительного элемента датчика позволяет повысить его ресурс, а также стабильность результатов исследования за счет образования неровного рельефа поверхности с размерами, сопоставимыми с размерами молекул исследуемых веществ, что значительно увеличивает их адгезию при исключении химического взаимодействия контактирующих между собой материалов и веществ.