Датчик температури

Датчик температури, що містить термочутливий елемент, світлофільтр, який відрізняється тим, що світлофільтр, ширина спектра пропускання якого не менша за суму ширини спектрів випромінювання активних елементів з р-nпереходами, виконаний із двох частин, одна з яких обрізає короткохвильову, а друга частина - довгохвильову область спектра, спектральне положення краю поглинання матеріалу обох частин світлофільтра не залежить від температури у 3 36175 стрибок інтенсивності в спектрі випромінювання на краю власного поглинання, що зміщується при зміні температури. Світлофільтр, що відрізає короткохвильову частин у спектру, виконаний з матеріалу з спектральним положенням краю поглинання, який не залежить від температури у заданому діапазоні вимірювань. Недоліком даного датчика температури є низька чутливість в широкому діапазоні вимірювання температури, складність конструкції, за рахунок використання спеціального фільтру та малий радіус його дії. Завданням корисної моделі є розширити діапазон вимірювання температури, підвищити чутливість датчика температури та спростити його конструкцію. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що датчик температури містить термочутливий елемент, світлофільтр, ширина спектра пропускання якого не менша за суму ширини спектрів випромінювання активних елементів з р-nпереходами, виконаний із двох частин, одна з яких обрізає короткохвильову, а др уга частина довгохвильову область спектра, спектральне положення краю поглинання матеріалу обох частин світлофільтра не залежить від температури у заданому діапазоні вимірювань, термочутливий елемент виготовлений не менше як із двох випромінюючих активних елементів з р-n-переходами із різною довжиною хвилі випромінювання розміщених у просвітлюючому та фокусуючому середовищі на основі напівпровідникових халькогенідних стекол, що містять Ge, As, Sb, Bi, S, Se у відповідних пропорціях і знаходяться у механічному контакті з теплопровідною основою, яка містить заглиблення у формі урізаного конуса або іншого концентратора випромінювання, ширина забороненої зони випромінюючих активних елементів з рn-переходами змінюється однаково із зміною температури, максимуми випромінювання активних елементів з р-n-переходами рознесені по довжинам хвиль так, що співпадають з початком краю поглинання матеріалу відповідних частин світлофільтра. Розширення діапазону вимірювання температури згідно корисної моделі відбувається за рахунок того, що в термочутливому елементі, при зміні температури в заданому діапазоні, спектри випромінювання активних елементів з р-n-переходами почергово проходять через спектральне положення краю поглинання матеріалу відповідних частин світлофільтра. Почергове включення випромінюючих активних елементів з р-n-переходами на різну довжину хвилі приводить до появи на виході світло фільтра випромінювання, що служить для реєструючого пристрою опорним сигналом і дозволяє підвищити чутливість датчика температури. Розміщення випромінюючих активних елементів з р-n-переходами у просвітлюючому і фокусуючому середовищі на основі напівпровідникових халькогенідних стекол в контакті з теплопровідною основою, яка містить заглиблення у формі урізаного конуса або іншого концентратора випромінювання, де розміщені активні елементи з р-n 4 переходами, забезпечить збільшення зовнішнього квантового виходу за рахунок концентратора випромінювання і зменшення втрат випромінювання всередині матеріалу активних елементів. Таке розміщення випромінюючих активних елементів з р-n-переходами також підвищує чутливість датчика температури. Спрощення конструкції відбувається за рахунок використання простого та технологічного у виготовленні світлофільтра, що складається з двох частин, які відрізають відповідно короткохвильову та довгохвильову область спектра. Такі світлофільтри технологічно простіші у виготовленні, так як існує широкий клас матеріалів для їх виготовлення та економічно вигідніші. Випромінюючі активні елементи з р-n-переходами виготовляються за пленарною технологією в однакових те хнологічних умовах з однаковими температурними змінами ширини забороненої зони. Зміна температури приводить до однакового зміщення спектрів випромінювання активних елементів в довгохвильову або короткохвильову область спектра. На Фіг. 1 схематично наведено конструкцію датчика температури, що заявляється. На теплопровідній 1 основі термочутливого 2 елементу розміщені випромінюючі активні 3 і4 елементи з р-n-переходами, випромінювання яких проходить через світлофільтр 5, що виконаний із двох частин. На фіг. 2 вказано розміщення спектрів 6 і 7 випромінювання активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами, термочутливого 2 елементу та спектральне положення краю 9 поглинання матеріалу однієї частини світлофільтра 5, що відрізає довгохвильову область спектра і спектральне положення краю 8 поглинання матеріалу другої частини світлофільтра 5, що відрізає короткохвильову область спектра. Спектральне положення світлофільтра 5 не залежить від температури у заданому діапазоні вимірювань. Розміщення спектрів 6 і 7 випромінюючих активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами та спектральне положення світлофільтра 5 вказані на початок проведення вимірювань температури. Датчик температури працює у такий спосіб. При почерговому прикладанні напруги до випромінюючих активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами в них генерується випромінювання, яке проходить через світлофільтр 5 і попадає на реєструючий пристрій. Довжина хвилі випромінювання активного 3 елементу з р-n-переходом розміщена в короткохвильовій області спектра, а випромінюючого активного 4 елементу з р-nпереходом розміщена в довгохвильовій області спектру так, що на початку проведення вимірювань температури, максимуми довжин хвиль випромінювання активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами співпадає з початком краю 8 і 9 поглинання матеріалу відповідних частин світлофільтра 5 (фіг. 2). Ширина спектра пропускання світлофільтра 5, яка не менша суми ширини спектрів випромінювання активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами забезпечує відповідну точність вимірювання в заданому діапазоні температур при збільшенні або зменшенні температури відносно 5 36175 встановленої на початку вимірювань. Зміна температури приводить до однакового зміщення спектрів випромінюючих активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами згідно з температурним коефіцієнтом зміни ширини забороненої зони, так як вони виготовлені в однакових те хнологічних умовах. Почергове включення активних 3 і 4 елементів з р-nпереходами дозволяє при збільшенні або зменшенні температури відносно встановленої на початку вимірювань, використати випромінювання одного із активних елементів як опорний сигнал для реєструючого пристрою, що підвищує чутливість оптичного датчика температури. Розміщення випромінюючих активних елементів з р-n-переходами у просвітлюючому і фокусуючому середовищі на основі напівпровідникових халькогенідних стекол, що містять Ge, As, Sb, Bi, S, Se у відповідних пропорціях із заданим показником заломлення, в контакті з теплопровідною основою, яка містить заглиблення у формі урізаного конуса або іншого концентратора випромінювання, де розміщені випромінюючі активні елементи з рn-переходами, забезпечує збільшення зовнішнього квантового виходу (потужності випромінювання активних елементів) у 2-3 рази. Таке розміщення випромінюючих активних елементів з р-nпереходами також підвищує чутливість датчика температури. Довжина хвилі випромінювання активних 3 і 4 елементів з р-n-переходами вибирається в залежності від температурного коефіцієнту зміни ширини забороненої зони та інтервалу вимірюваних температур. Форма краю поглинання матеріалу обох частин світлофільтру 5 та їх спектральне положення дозволяє змінювати інтервал вимірюваних температур, чутли вість датчика температури та область його використання. Випромінюючі активні 3 і 4 елементи були отримані на основі 6 твердих розчинів InGaAs та InAsSbP групи А3В5 за планарною технологією методом рідинно-фазної епітаксії із створеними в них p-n-переходами максимуми випромінювання яких лежать в області спектру 2,5-5,0мкм при Т=300К. Оптичний фільтр використаний з робочою довжиною хвилі DР=3,37мкм і шириною смуги пропускання DlP=0,08мкм. Температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони випромінюючих активних елементів рівний 3,3x10-4еВ/град. При імпульсному режимі роботи випромінюючих активних 3 і 4 елементів з p-n-переходами величина струму, що проходить через них становить І=200мА, а частота слідування імпульсів знаходиться в межах 103-106Гц. При імпульсному режимі роботи з різним інтервалом часу, величина струму становить І=110А, а частота слідування імпульсів знаходиться в межах 2-10Гц із тривалість імпульсу t=100мкс. Розміщення датчика температури у фокусі параболічної дзеркальної поверхні дозволяє впевнено реєструвати зміну температури на відстані до 5м. Даний винахід дозволяє одержати оптичний датчик температури з підвищеною чутливістю вимірювання температури, працюєв широкому діапазоні зміни температури і може бути реалізований на широкому класі матеріалів при одночасному спрощенні конструкції. Джерела інформації: 1. Патент SU №1786497, MПK G08B 17/12, Опублікований 07.01.93, Бюл. №1. 2. Патент України №10686, МПК G01K 11/00, Опублікований 1994. 3. Патент України №43934, МПК G01K 11/00, Опублікований 1985. 7 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 36175 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601