Рідинні мікро- і нанотермометри виготовляють на основі капілярів, заповнених рідиною. Важливим є вид рідини (вода, спирт, ртуть тощо), кут нахилу термометра і відповідно, капіляра, його внутрішній діаметр. Нині потреба у мікро- і нанотермометрах з невисокою інерційністю і відповідно з малим діаметром капіляра зростає, а інформації щодо їх інерційності, необхідної, зокрема, для медицини стає недостатньо. Час їх теплової інерції достатньо малий, оскільки теплова рівновага термометра і контрольованого об’єкта встановлюється надзвичайно швидко. Проте насправді переміщення рідини в капілярі термометра, що визначає відлік значення температури, внаслідок зміни термодинамічних умов під час вимірювання не є настільки швидким, щоб задовольнити метрологів. Досвід вивчення спонтанного проникнення рідин у пористі мікро- і наноканали природних структур обмежується переважно працями, що фіксують істотність впливу початкових умов на швидкість проникнення.
У роботі розглянуто особливості заповнення капілярів різних внутрішніх діаметрів за різних кутів нахилу, що дає змогу опрацьовувати питання технології виготовлення та використання вказаних термометрів, і отже, прогнозувати тривалість встановлення показів мікро- і нанотермометрів з термочутливою рідиною під час вимірювання, не обмежуючись розглядом лише теплових процесів .
Для цього скористались законом Жюрена та рівняннями Вашборна й Босанке. На швидкість заповнення капіляра впливають в’язкість рідини, поверхневий натяг, довжина заповненої частини капіляра та його радіус. Оскільки в’язкість рідини незначно збільшується із підвищенням тиску й експоненційно зменшується із підвищенням температури, то вона обернено пропорційна до швидкості проникнення або переміщення меніска стовпчика термометра. Ми проаналізували вплив зазначених чинників на метрологічні параметри мікро- і нанотермометрів, що сприяє їх ефективнішому виготовленню та використанню.
[1] S. Yatsyshyn, B. Stadnyk, Ya. Lutsyk, “Research in Nanothermometry. Part 8. Summary”, Sensors & Transducers, vol. 144, iss. 9, p. 1–15, 2012.
[2] P. Skoropad, B. Stadnyk, S. Yatsyshyn, H. Pol’ova, “Development of Noise Measurements, Part 7. Coriolis Mass Flowmeter and its Errors”, Sensors & Transducers, vol. 158, iss. 11, p. 249–254, 2013.
[3] B. Stadnyk, S. Yatsyshyn, O. Kozak, “Research in Nanothermometry. Part 2. Methodical Error Problem of Contact Thermometry”, Sensors & Transducers, vol. 140, iss. 5, p. 8–14, 2012.
[4] S. Yatsyshyn, B. Stadnyk, R. Samchenko, “CNT nanosensors in the tumors treatment”, Int. J. Biosen. Bioelectron., vol. 2, iss. 6, p. 188–189, 2017.
[5] X. Yang, Z. Zhou, F. Zheng et al, “High sensitivity temperature sensor based on a long, suspended single-walled carbon nanotube array”, Micro & Nano letters, IET, vol. 5, iss. 2, p. 157–161, 2010.
[6] S.Yatsyshyn, B. Stadnyk, Ya. Lutsyk, “Research in Nanothermometry. Part 3. Characteristics of the Thermometers with liquid- and solid-phase sensitive elements”, Sensors & Transducers, vol. 140, iss. 5, p. 15–23, 2012.
[7] G. Khaidarov, A. Khaidarov, A. Mashek, “The physical nature of liquid surface tension”, vestnik St.Petersburg Un., ser. 4: Physics and Chemistry, iss. 1, p. 3–8, 2011.
[8] http://www.ppsi.ethz.ch/fmi/xsl/eqi/eqi_property_details_ en.xsl?node_id=1113
[9] Powering nanotechnology devices with novel surface energy generators, Nanowerk Nanotechn. Spotlight, March 5, 2010.
[10] E. Washburn, The Dynamics of Capillary Flow, Phys. Rev., vol. 17 (3), 273, 1921.
[11] H. Akima, "A new method of interpolation and smooth curve fitting based on local procedures", Journ Ass. Comp. Mach., vol. 17, no. 4, p. 589–602, 1970.