Устройство для создания одномерного теплового потока Советский патент 1986 года по МПК G01N25/18 

1

З стройство относится к тепловым испытаниям и может быть использовано при исследовании и контроле теплофи- зических свойств материалов и ве- ществ.

Цель изобретения - повышение точности згщания теплового потока и надежности устройства.

Устройство состоит из размещенных в одной плоскости центрального электронагревателя, охватывающего его охранного электронагревателя и термочувствительных элементов. Согласно изобретению электронагреватели и термочувствительные элементы выполнены на общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположного матрице типа проводимости.

На фиг. 1 изображена вертикальная структура устройства; на фиг, 2-4 - то же, послойные срезы.

Основой конструкции является полупроводниковая матрица 1, в которой по известной технологии (путем диффузии или ионного легирования.) созда пь участки противоположного матрице типа проводимости. В центре расположен участок прямоугольной формы 2, являющийся нагревателем и термочувствительным элементом одновременно. По периметру его охватывают три дру гих, имеющих форму разрывных прямоугольных конту1:1ОВ5 расположенных соосно, с постоянным зазором. Первые два контура 3 и 4 имеют небольшую (,2 мм) иирину и высокое (60- 100 кОм) сопротивление, Р1аружньш контур 5 имеет большую иирину (10мм) и сопротивление порядка нескольких сот Ом. Матрица 1 со ее струк- турныочи элементами покрыта слоем окисла 6 в В тех местах, где к нагревателям и терморезисторам подводится напряжение в окисной пленке, вытрав™ лены окна. Так на центральный нагреватель напряжение подается через ок йа 7 на его противоположных сторонах На терморезисторы и охраиньш нагреватель напряжение поступает через расположенные на концах двух коктуров 3 и 4 и нижнего контура 5 окна, 8, 9 и 10. Напряжение подводится по напыленным поверх окисла алюминл:евым дорожкам. По дорожкам 11 питание,поступает на центральный нагреватель, п дорожкам 12 - на внутренний терморе - зистор, по дорожкам 13 - на внешней, а по дорожкам 14 на охранный нагре10

15

20

25

769712

ватель. Конфигурация дорожек такова, что они повторяют по форме централь- ньй и охранный нагреватели, что создает дополнительные условия для вы5 равнивания температуры по поверхности, а также увеличивает площадь, находящуюся в контакте с исследуемым образцом. Все дорожки оканчиваются восьмью контактными площадками 15, расположенными с одного края матрицы. В зависимости от требуемой точности устройство может быть односторонним либо двycтopoнни. В большинстве случаев перепад температур на матрице по сравнению с перепадом температур , на образце оказывается пренебрежимо малым, а односторонняя конструкция вполне удовлетворительной.

В процессе работы на центральньй нагреватель подается такое напряжение j что в нем выделяется постоянная мощность. Создаваемое нагревателем температурное поле и тепловой поток будут однородными в силу структурной однородности самого нагревателя. Для устранения тепловых потерь двух контуров 3 и 4 измеряется перепад температуры в П.ПОСКОСТИ нагревателя. Про- порщюнальный ему сигнал подается на вход регулятора, управляющего охранным нагревателем. Выделяемая при этом в охранном нагревателе мощность выравнивает температурное поле и уст- раняе.т тепловые потери.

Был изготовлен экспериь ентальный источник тепла со следующими характеристиками: материал - кремний , центральньБ 4 нагреватель, площадью. 8x8 мм, электросопротивление р

40 100 Ом; терморезисторы: ширина 0,2 мм, расстояние от нагревателей 0,2 мм, расстояние друг от друга 0,6 мм, электросопротивление р- ВО Ом-, охран-- ный нагреватель - IШipинa 8 мм, элект45 росопротивление 80 Ом, толщина окисла 1 мкм, толщина металлизации 3 мкм; мощность централь лого нагревателя 0,1 Вт.

Для предохранения источника от механических повреждений он помещается в фторопластовую оправу с отверстиями Д.ПЯ исследуемых образцов.

Высокая точность задания теплового потока обеспечивается за счет высокой равномерности плотности тепловыделения по поверхности электронагревателей,, за счет Э(|х| ективного выравнивания их температур и возмож30

35

50

55

3

ности выбора оптимальных значений удельных электросопротивлений элементов устройства. Единая технология изготовления основного, охранного электронагревателей и терморезисто- ров, а также монолитность конструкции обеспечивают высокую надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство для создания одномерного теплового потока, содержащее

714

центральный и окружающий его охран- ньй электронагреватели с термочувствительными элементами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности задания теплового потока и надежности устройства, электронагреватели и термочувствительные элементы вьшолнены на общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположного матрице типе проводимости с постоянным по площади удельиым сопротивлением .

Устройство относится к области тепловых испытаний и может использоваться при исследовании и контроле теплофизических свойств веществ и материалов, например теплопроводности. Цель изобретения - повьшгение точности задания теплового потока и надежности устройства. Устройство для создания одномерного теплового потока содержит основной и охранный электронагреватели, а также термочувствительные элементы, которые выполнены на общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположного матрице типа проводимости. Высокая точность задания теплового потока обеспечивается за счет эффективного выравнивания температур в зонах основного и охранного нагревателей, так как нагреватели служат датчиками температуры и обладают высокой равномерностью плотности тепловыделения. Единая технология изготовления элементов и монолитность конструкции делает ее надежной и долговечной. Устройство может быть изготовлено с заданными в пшроких пределах значениями электросопротивлений нагревателей и терморезисторов. 4 ил. § К 05

Т

, ;

jApi-jFn Yj i Tjp 4fi Y

t t jr.r. IT .,. rr , гГ /1.. n. i T ll f f JJ -f- 7 - - - 7- ; - - -

I/

4 2

,Д .3

срие.2

cfjus.y

s.

rf.

12,

0 74.

ф/.