СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1994 года по МПК G01R5/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в преобразователях тепловых величин.

Известен способ измерения температуры с помощью полупроводникового датчика температуры на основе пластически деформированной пленки германия на арсениде галлия, заключающийся в пропускании тока через чувствительный элемент и измерении падения напряжения на токовых контактах [1].

Однако этот способ не обладает требуемой точностью при измерениях в магнитных полях из-за возникновения на измерительных контактах дополнительного изменения напряжения, связанного с эффектом магнитосопротивления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу является способ, в котором используются размерные эффекты в полупроводниках, заключающийся в пропускании в произвольном направлении вдоль чувствительного элемента тока, ориентировании датчика так, чтобы толщина чувствительного элемента была перпендикулярна направлению вектора индукции магнитного поля, и последующем измерении величины напряжения на измерительных контактах [2].

Однако и этот способ не позволяет с высокой точностью проводить измерения в магнитных полях в связи с тем, что магнитосопротивление датчика сильно возрастает с увеличением магнитных полей и при понижении температуры, поэтому резко возрастает погрешность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры в магнитном поле путем компенсации влияния магнитного поля на величину измеряемого напряжения.

Цель достигается тем, что в способе, включающем ориентацию чувствительного элемента в виде прямоугольной пластины в магнитном поле, пропускание тока через чувствительный элемент вдоль его продольной оси и измерение падения напряжения на измерительных контактах, предварительно на измерительных контактах при заданной температуры определяют величины удельного сопротивления ρ, постоянной Холла
R_x = V_xd/I˙B, где V_x - напряжение, возникающее на измерительных контактах;
В - магнитная индукция;
d - толщина чувствительного элемента;
I - ток питания через чувствительный элемент, и магнитосопротивления
M = Δ ρ/ρ˙B, где Δ ρ- изменение удельного сопротивления при появлении магнитного поля, и при измерении напряжения измерительные контакты сдвигают на расстояние, равное
l = a˙Rx/ ρ˙M, где а - ширина чувствительного элемента.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение датчика температуры, изготовленного на основе объемного германия; на фиг.2 - то же, на основе пленок германия на арсениде галлия; на фиг.3 показана взаимная ориентация тока, магнитного поля, направления движения носителей заряда, расположения контактов при осуществлении способа измерения температуры в магнитном поле для случая положительного магнитосопротивления для полупроводника n-типа проводимости; на фиг.4 - то же, для полупроводника р-типа проводимости.

Для изготовления чувствительного элемента датчика температуры использованы пленки германия с удельным сопротивлением при 300 К, равным 6˙10^-4 Ом˙м. Ширина пленки а = 1˙10^-3 м, толщина d = 5˙10^-6 м.

Для компенсации влияния магнитного поля на величину измеряемого напряжения (пропорционального температуре) в области температур жидкого гелия датчик с чувствительным элементом 1 в виде прямоугольной пластины ориентируется в магнитном поле В при Т = 4,2 К так, чтобы силовые линии поля были перпендикулярны граням, определяющим толщину пластины, и вдоль ее продольной оси пропускается ток. На измерительных контактах 3, расположенных на гранях, определяющих ширину пластины, измеряется возникающее в магнитном поле Холловское напряжение V_х и рассчитывается постоянная Холла R_x = V_xd/I˙B, которая составила величину R_x = 0,37˙10^-4 м³/Кл. Величина магнитосопротивления М = Δ ρ/ρ˙В измерялась на токовых контактах 2 и составила величину М = 0,5˙10^-2 Т^-1, измеренное удельное сопротивление при Т = 4,2 К равно 1,1˙10^-2 Ом˙м. Затем измерительные контакты сдвигают и устанавливают на расстоянии между ними вдоль граней
l = = = 0,73·10^-3м
Для измерения температуры проводится градуировка датчика, т.е. измеряется зависимость напряжения на измерительных контактах 3 от температуры при отсутствии магнитного поля и строится график или составляется таблица. Из табличных данных для изготовленного датчика напряжение на измерительных контактах при Т = 4,2 К равно 150,3 мВ. После ориентации датчика в магнитном поле B = 8 Т и погружении его в жидкий гелий (Т = 4,2 К) напряжение на измерительных контактах оказалось равным 150,4 мВ. Исходя из чувствительности датчика к температуре, которая определена из градуировочных данных и равна 8%/К, посчитана погрешность в определении температуры ΔТ = 0,006 К.

Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении температуры в присутствии магнитных полей в электроэнергетике, устройствах термоядерного синтеза, сверхпроводящих магнитных системах и др. Способ магнитокомпенсации, заключающийся в пропускании тока через чувствительный элемент, расположении измерительных контактов на чувствительном элементе и взаимной ориентации чувствительного элемента и магнитного поля такими, что возникающая в магнитном поле на измерительных контактах добавка к напряжению за счет эффекта магнитосопротивления компенсируется возникающим на этих же контактах холловским напряжением. 4 ил.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, включающий ориентацию чувствительного элемента в виде прямоугольной пластины в магнитном поле, пропускание тока через чувствительный элемент вдоль его продольной оси и измерение падения напряжения на измерительных контактах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры в магнитном поле путем компенсации влияния магнитного поля на величину измеряемого напряжения, предварительно на измерительных контактах при заданной температуре определяют величины удельного сопротивления ρ , постоянной Холла
R_x = U_xd / J˙B ,
где U_x - напряжение, возникающее на измерительных контактах;
B - магнитная индукция;
d - толщина чувствительного элемента;
J - ток питания через чувствительный элемент,
и магнитосопротивления
M = Δρ / ρ˙B ,
где Δρ - изменение удельного сопротивления при появлении магнитного поля,
и при измерении напряжения измерительные контакты сдвигают на расстояние, равное
l = a˙R_x / ρ˙M ,
где a - ширина чувствительного элемента.