Многоэлементный термоэлектрический преобразователь Советский патент 1991 года по МПК H01L35/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может ,быть использовано в преобразователях переменного напряжения в широком диапазоне частот по уровню среднеквадратичного значения в постоянное.

Целью изобретения является повышение точности преобразования на высоких частотах.

В предлагаемом преобразователе отсутствует гальваническая связь находящегося между нагревателем и термобатареей проводящего слоя с другими основными элементами термоэлектрического преобразователя (ТЭП) и не предполагается никакой связи с корпусом .или нулевым проводом измерительной схемы, в составе которой используется ТЭП. Вследствие этого получена малая величина входной емкости, которая практически не повышается в связи с применением проводящего слоя, а зависит в .основном от исходных входных параметров ТЭП, т.е. от паразитных емкостей цепи нагревателя..

Соединение проводящего слоя с соответ- ствуюш,ими выходными ветвями концевых термоп.ар, входяишх в состав термобатареи, с помощью конденсаторов шунтирует термобатарею по высокой частоте, защищает ее от высокочастотных наводок со стороны контактных площадок, коммутационных проводников и измерительной схемы, а также устраняет возможность возникновения паразитной связи, по высокой частоте между термобатареей и измерительной схемой.

На фиг. 1 изображен предлагаемый многоэлементный ТЭП. Преобразователь содержит диэлектричег скую подложку. 1, на одной из повер хно- стей которой размещен пленочный резис- тивный нагреватель 2, а на противоположной - пленочные проводящий слой 3 и термобатарея, состоящая из термопар, ветви 4 и 5 которых имеют различные термоэлектрические свойства. Горячие спаи 6 термопар расположены над нагревателем 2. Приводящий слой 3 размещен между нагревателем 2 и термобатареей и отделен от нее пленочной диэлектрической прослойкой 7. Нижние обкладки 8 и 9 пленочных конденсаторов раз- мещевы на поверхности подложки 1 и являются продолжением проводящего слоя 3. Верхние обкладки 10 и 11 отделены от нижних диэлектрической прослойкой 7. Нагреватель имеет контактные площадки 12. Холодные спаи 13 термопар расположены на поверхности подложки 1 по обе стороны от нагревателя 2.

Пример. На.Одну из поверхностей диэлектрической подложки I из оксида алюминия или слюды размерами 8Х4,5Х 0,03 мм осаждены пленки толщиной 0,8 мкм резистивного материала (нихрома Х20Н80 или кермета К 50С) в места расположения нагревателя 2 и пленки толщиной 0,6 мкм материала с высокой удельной электропроводностью (никеля НП1Эв, меди MB или серебра Ag 999,9) в места расположения контактных площадок 12 нагревателя 2. На противоположную поверхность диэлектрической подложки

1 осаждены пленки толщиной 0,6 мкм материала с высокой электропроводностью (никеля НП1Эв, меди MB или серебра Ag 999,9) в места расположения проводящего слой 3 и обкладок 8,9 и 10,11 пленочных конденсаторов, а также пленки толщиной 0,5...0,9 мкм

образующие ветви 4 и 5 термопар из различных . термочувствительных материалов (висмут-сурьма или теллурйд свинца - тел- лурид германия). Между проводящим слоем 3, обкладками 8 и 9 с одной стороны и ветC вями 4 и 5, обкладками 10 и 11 с другой стороны осаждена пленочная прослойка толщиной 0,5...1,0 мкм из диэлектрического материала (окись кремния, окись алюминия или окись титана). Горячие спаи 6 и холодные спаи 13 термопар образованы непосредст0 венной коммутацией соответствующих ветвей 4 и 5.

Нагреватель, имеющий геометрические размерь 4,55Х 0.2 мм, находится в тепловом контакте с 30 термопарами, каждая ветвь

которых имеет геометрические размеры 1,1X0,1 мм. Промежуток между ветвями двух соседних термопар равен 0,05 мм.

Сопротивление нагревателя Постоянному току составляет 75 Ом. Суммарное сопротивление термобатареи, состоящей из последоваQ тельно включенных термопар, не превышает 10 кОм, а сопротивление одной ветви термопары 166 Ом. При толщине подложки из оксида алюминия 30 мкм емкость между нагревателем и проводящим слоем име- . ет величину порядка 2 пФ. Выполнение

5 диэлектрической прослойки между проводящим слоем и термобатареей из моноокиси, кремния толщиной порядка 1 мкм обеспечивает получение емкости между одним горячим спаем термобатареи и участком проводящего слоя, находящимся под этим спа0, ем, величиной не более 0,55 пФ и суммарной емкости между термобатареей и проводя- щ-им слоем 20 пФ. Выходная емкость ТЭП, т.е. емкость цепи термобатареи имеет величину 2...4 пФ. Величины емкостей шунти5 рующих плёночных-конденсаторов выбраны равными. 150 пФ.

В предлагаемом ТЭП получена величина входной емкости порядка 0,52 пФ, которая

при прочих равных параметрах элементов входных цепе;й в 4,85 раза меньше, чем у

0 прототипа и определяется в основном емкостями внешних токоподводов к нагревателю, так как суммарная емкость нагревателя с контактными площадками -имеет величину порядка.0,03 пФ.

В таблице приведены результаты расче5 та модулей 2ги Zz комплексных сопротив- лений нагревателей с учетом влияния входных емкостей для предлагаемого и известного ТЭП, а также погрешностей от изменения модулей Z и Zz для различных частот приложенного к-нагревателям перемен- Hord напряжения

Как показывают результаты расчета, в предлагаемом ТЭП на частоте 100 МГц погрешность Преобразования от изменения комплексного сопротивления нагревателя вследствие влияния входной емкости равна 0,03%, а на частотах до 400 МГц включительно не превышает 0,5%. По сравнению-с прото- типом на высоких частотах (например, на частоте 300 МГц) эта погрешность снижена, т.е. точность преобразования повышена не менее, чем в 22,8 раза.

Кроме того, в предлагаемом ТЭП существенно ослаблено влияние высокочасО

5

тотных наводок со стороны термобатареи и выходных цепей.

Формула изобретения Многоэлементный термоэлектрический преобразователь, содержащий диэлектрическую подложку, на поверхности которой размещены разделенные диэлектрическими прослойками пленочные резистивный нагреватель, термобатарея, образованная термопарами, и расположенный между нагревателем и горячими спаями термобатареи проводящий слой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования на высоких частотах, проводящий слой соединен, с выходными ветвями концевых термопар термобатареи с помощью выполненных на поверхности подложки пленочных конденсаторов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть- использовано в преобразователях переменного напряжения в широком диапазоне частот по уровню среднеквадратичного значения в постоянное. Целью изобретения является повышение точности преобразования термоэлектрического преобразователя на высоких частотах за счет размещения между нагревателем и горячими спаями термобатареи проводящего слоя, соединенного с выходными ветвями концевых термопар термобатареи с помощью выполненных на поверхности подложки пленочных конденсаторов. В результате уменьщается величина входной ем- ,; кости, устраняются высокочастотные наводки со стороны нагревателя непосредственно в горячие спаи термопар и существенно ослабляется влияние высокочастотных наводок со стороны выводов термобатареи и выходных цепей преобразователя, что обеспечивает получение высокой точности преобразования и дополнительно расширяет указанный диапазон в сторону более высоких частот. 1 ил. 1 табл. « (Л сг

/

а i,

-5

Составитель О. Федотов

Редактоо Т. Рыба.поваТехред И. ВересКорректор А. Обрунар

Заказ 3728 , Тираж 3 /Подписное

ЬНИИНИ I осударственного комитета СССР по делам изобретеиий и открытий

13035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4