Пристрій для вимірювання температури

Пристрій для вимірювання температури, який містить в собі чутливий шар германію, корпус і контакти, який відрізняється тим, що додатково містить в собі термочутливий р-п-перехід, розміщений на основі в середині корпусу, при цьому шар германію та р-п-переход: з'єднані між собою електричною перемичкою, а корпус виконаний в вигляді полого паралелепіпеду із електроізоляційного і теплопровідного матеріалу. (19) (21) 98052367 (22) 07.05.1998 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Шварц Юрій Михайлович (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 29305 гляді пластично деформованої плівки германію і контакти до нього (а. с. СССР 887945. Терморезистор / Ю.А. Тхорик, Ю.М. Шварц, В.В. Митин и др. Бюллетень изобретений № 45, 1981) - прототип винаходу. При зміні температури в діапазоні 77300 К змінюється величина опору плівки германію в межах від »100 кОм при 77 К до »50 Ом при 300 К. З відомої залежності опору від температури і вимірюваному значенні опору терморезистора знаходять величину температури, що треба вимірювати. Виникаючі при пластичній деформації лінійні та точкові дефекти в об'ємі плівки германію забезпечують появу провідності по домішках в ділянці низьких температур і, як наслідок, високу чутливість терморезистора. Зміна температури в ділянці низьких температур (біля 77 К) на один градус Кельвіна тягне за собою зміну опору терморезистора в межах від сотень до тисячі Ом/К. При більш високих температурах (200-300 К) через те, що рівень легування домішками високий, чутливість терморезистора зменшується і складає одиниці-десяті долі Ом/К і, як наслідок, зменшується точність вимірювання температури. При подальшому збільшенні температури (300-400 К) чутливість відомого пристрою складає соті долі Ом/К і, як наслідок, різко знижується точність вимірювання температури. Таким чином, відомий пристрійпрототип забезпечує, завдяки високій чутливості, точне вимірювання температури в ділянці низьких температур (77-300 К), а при збільшенні температури в ділянку більш високих температур (більше ніж 300 К) через зменшення чутливості точність вимірювання температури низька. Задачею запропонованого пристрою є підвищення точності вимірювання у розширеному діапазоні температур 77-500 К. Поставлена задача досягається тим, що пристрій для вимірювання температури за п. 1 формули вміщує напівпровідниковий шар, корпус і контакти, і відрізняється від відомого тим, що чутливий елемент пристрою додатково вміщує термочутливий р-п-перехід, з'єднаний електричним виводом з напівпровідниковим чутливим шаром, і розміщений на основі всередині корпусу, а корпус виконаний у вигляді полого паралелепіпеду з електроізоляційного і теплопровідного матеріалу. Експериментально доведено, що виконання чутливого елементу пристрою, що пропонується, з напівпровідникового чутливого шару і термочутливого р-п-переходу, сполучених між собою електричними виводами і розміщеними на основі всередині електроізоляційного теплопровідного корпусу, дозволяє підвищити точність вимірювання температури в локальній ділянці простору в розширеному діапазоні температур 77-500 К. Вказаний новий позитивний ефект досягається завдяки встановленій сукупності таких ознак: в області низьких температур (77-200 К) висока точність вимірювання забезпечується за рахунок високої чутливості германію, а в області високих температур (200-500 К) висока точність вимірювання забезпечується за рахунок високої чутливості додаткової ознаки - рп-переходу, з'єднаного електричною перемичкою з германієвим чутливим шаром. Таким чином, пристрій, який пропонується, володіє високою чутливістю в розширеній області температур 77-500 К. Експериментально доведено, що розміщення чутливого елементу пристрою, що пропонується, на основі всередині теплопровідного і електроізоляційного корпусу забезпечує зменшення впливу градієнтів температури на точність вимірювання в локальній області завдяки малому тепловому опору корпусу і дозволяє провести вимірювання температури електропровідного середовища. Робота пристрою, що пропонується, проходить таким чином. Пристрій розташовують на об'єкті, температуру якого потрібно виміряти. Через контакти пристрою пропускають постійний струм І і вимірюють падіння напруги U на контактах пристрою. В процесі вимірювання температури Тх вимірюють падіння напруги на контактах пристрою при умові підтримання постійності струму. Потрібну температуру Тх знаходять по вимірюваному значенню U і термометричній характеристиці U(T). Конкретна реалізація запропонованого пристрою представлена таким прикладом. Приклад. Схематично пристрій, який запропоновано, представлено на фіг. 1. Чутливий елемент (фіг. 1, позиції 1 та 2 ) вміщує шар германію 1 розміром 500×500×500 мкм3 з двома контактами 6 та виводом 5 і кремнієвий термочутливий р-п-перехід розміром 420×420×400 мкм3 з двома контактами 6 і виводом 5. Чутливий елемент розташований на основі всередині корпусу 3. Один із контактів шару германія з'єднаний з контактом термочутливого рп-переходу за допомогою електричної перемички 4. Перемичка виконана з золотого дроту, як виводи 5 використовується золотий дріт діаметром 30 мкм. Корпус розміром 2x2x2.5 мм3 виконаний у вигляді полого паралелепіпеда із електроізоляційної і теплопровідної кераміки Аl2О3. Вимірювання температури проводять таким чином. Розміщують пристрій, який запропоновано, на об'єкті, температуру якого Тх необхідно виміряти. Пропускають через контакти пристрою постійний струм І=100 мкА і вимірюють падіння напруги U на контактах пристрою. Температуру Тх визначають по вимірюваному значенню U і термометричній характеристиці пристрою U(T). На фіг. 2 представлена термометрична характеристика (крива 1) пристрою, який запропоновано, і штриховими лініями - процедура визначення температури Тх, а також для порівняння представлена термометрична характеристика прототипу (крива 2). Дослідження показали, що пристрій, що пропонується в порівнянні з прототипом забезпечує в розширеному діапазоні температур 77-500 К високу чутливість і, як наслідок, точність вимірювання температури. В діапазоні температур 77-200 К величина чутливості складає не менше 5-10 мВ/К, в діапазоні температур 200-500 К величина чутливості складає не менше »2 мВ/К. Таким чином, досягається підвищення точності вимірювання в розширеному діапазоні температур. 2 29305 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3