Development of liquid-in-tube microthermometers

Abstract

Існує низка проблем, які повинна вирішити мікро- й нанотермометрія, щоб забезпечити подальший прогрес та промислове освоєння виробництва й застосування мікрооб’єктів. Найпершою з них вважається визначення підстав застосування до цих об’єктів поняття “температура” подібно до того, як воно застосовується до макрооб’єктів. Наступною проблемою є оцінювання змін температури контрольованого об’єкта внаслідок акту термометрування, причому незалежно від застосування контактних чи безконтактних методів. У роботі проведено дослідження на основі оптимізації основного рівняння стану термодинаміки в мікро- та нанообластях. Внаслідок його розв’язання встановлено термодинамічні фактори, що визначають метрологічну характеристику рідинних мікро- і нанотермометрів, а також встановлено чинники впливу. З’ясовано, як і наскільки змінюються термометричні характеристики рідинних термометрів у міру зменшення їхніх лінійних розмірів із переходом у мікро- і надалі у нанообласть. Показано, що термометрична характеристика кардинально змінюється зі зменшенням лінійних розмірів, оскільки переважною термодинамічною силою, що визначає чутливість до температури, стає сила поверхневого натягу. Разом з тим, важливим є фактор співрозмірності контрольованого об’єкта та термометра, проектованого й застосовуваного для вимірювань. Цей фактор визначає методичну похибку вимірювання температури розглянутим термометром. Остання стає доволі значною за умови термометрування об’єкта, співмірного за об’ємно- теплофізичними властивостями з термометром. Для мікро- і нанотехнологій питання створення нанотермометрів набуває визначального значення, позаяк мінімізація методичної похибки до рівня, нижчого від 1 %, означає, що розміри разом з теплоємністю та питомою вагою термометра повинні бути на порядок меншими за відповідні параметри контрольованого об’єкта.

Consideration of the liquid-in-tube thermometers envisages that the performance depends on their linear sizes and the row of thermophysical properties. Methodic error is defined by the ratio of the complex parameters that take into account the mentioned characteristics of the measured object and the thermometer. We consider the liquid-in-micro tube thermometers for measuring temperature. Permanent development consists first in minimization of their sizes due to the continuous diminishing of electronics production operation control of which is realized with help of nanosensors, nanoelements, and nanosystems.