Способ стабилизации терморезисторов Советский патент 1988 года по МПК G01K7/16 

00

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для стабилизации характеристик терморезисторов.

Целью изобретения является повышение стабильности терморезисторов за счет интенсификации процессов их старения.

На чертеже дано устройство, реали- зующее предлагаемый способ,

Предложенный способ основан на экспериментально установленном эффекте уменьшения величины дрейфа сопротивления терморезисторов после воз- действия импульсного электронагрева при пропускании переменного или импульсного электрического тока. Этот эффект оказался одинаковым для разных типов терморезисторов, что позволяет сделать вывод о единстве механизмов дрейфа, определяемых процессами в их.рабочем теле. При этом указанные процессы интенсифицируются пропорционально величине электронагрева, определяемого уровнем рассеиваемой мощности, а накапливаемый ими эффект ухода характеристик пропорционален величине воз- действия и имеет линейную зависимость при небольших значениях последнего; при увеличении воздействия (увеличение рассеиваемой мощности или времени ее рассеяния) скорость ухода характеристик снижается, приближаясь к близким к нулю значениям, что позво- ляет сделать вывод о стабилизации указанных характеристик после окончания воздействия.

Способ осуществляется следующим образом,

Терморезисторы подвергают воздействию 8-10 термоциклов под электрической нагрузкой. Электрическую нагрузку обеспечивают пропусканием постоянного тока (например, через по- следовательно включенный токоограни- чивающий резистор, соизмеримый по величине сопротивления с терморезистором) от источника постоянного напряжения, устанавливая величину рассеиваемой на терморезисторе мощности примерно на уровне предельно допустимой мощности для данного терморезистора. При этом терморезисторы поочередно помещают в камеры тепла (с пре- дельно допустимой температурой для данного типа резисторов) и холода (вплоть до температуры жидкого азота) , а время пребывания в каждой из

ig

5 20 25 30 „

0

j i

0

температур ограничивают временем релаксации величины сопротивления терморезисторов. Время релаксации зависит от приспособления (корпуса), в котором заключают терморезисторы при испытаниях, и составляет практически 5-15 мин. Вьщержка терморезисторов более указанного времени не приводит к дополнительному эффекту, так как установившееся значение величины их сопротивления свидетельствует о за- канчивании процчсса трещинообразова- ния, а при меньшем времени вьщержки не происходит раскрытия трещин, что не позволяет достичь эффекта устранения остаточных механических дефектов структуры рабочего тела термо резис- торов.

Электротермотренировку в режиме импульсного нагрева материала рабочего тела терморезисторов осуществляют путем пропускания электрического тока через последовательно включенный с терморезистором токоограничивающий резистор, соизмеримый по величине с сопротивлением терморезистора, от источника импульсного напряжения. При этом терморезисторы помещают в термокамеру с температурой на 30-50 С ниже средней рабочей температуры термо- резисторов, при которой планируется их использование в составе термоизмерительной аппаратуры.

Наибольший эффект стабилизации достигается при уровне импульсной мощности, рассеиваемой на терморезисторе, равном 0,5-0,8 максимально до- пустимой мощности рассеяния ( ) s длительности импульсов в диапазоне (Оj05-0,2) cr и периоде их повторения (0,5-1,5) сГ , где Г - постоянная времени терморезисторов. При этом за ремя 200-500 ч воздействия в указанном режиме достигается уменьшение дрейфа характеристики до 10 град/ч и ниже для подавляющей массы терморезисторов, причем получаемая величина стабильности сохраняется и для режима эксплуатации под электрической нагрузкой до 0,1 Р,лин Д /лин значение мощности рассеяния, при которой величина сопротивления уменьшается не более чем на 1% в результате нагрева тёрморезистора током в нормальных условиях, в отличие от нестабилизированных терморезисторов, для которых данная нагрузка удваивает скорость дрейфа характеристик по сравнению с

режимом хранения. Достигаемый эффект стабилизации объясняется приближением к равновесному состоянию примесей в твердом растворе материала в соответ- ствии со сформированным их распределением - максимумом концентрации вдали от термочувствительных .контактных зон структуры рабочего тела терморезисторов. Пребывание терморезис- торов при пониженной температуре (на 30-50 с ниже средней рабочей) в период электротермотренировки учиты- вает величину перегрева рассеиваемой мощности и способствует формированию равновесного состояния для условий средней рабочей температуры. При более высоких температурах среды, в которой выдерживаются терморезисторы при элект- ротермотренировке, равновесное состояние примесей в твердом растворе соответствует повьшденным (по сравнению со средней эксплуатационной) температурам и после электротермотренировки наблюдается заметный дрейф сопротив- ления терморезисторов в сторону увеличения, а при более низких температурах выдержки при электротренировке наблюдается уменьшение сопротивления терморезисторов в эксплуатационных условиях.

При увеличении рассеиваемой мощности до Рддсякс резко возрастает флукту- ационная составляющая дрейфа, вызываемая развитием процесса нового тре- щинообразования и накоплением эффекта потенциальных механических дефектов в структуре материала терморезистора и обесценивающая тем самым проводимый перед электротермотрениров- кой этап термоциклирования; а при : снижении рассеиваемой мощности ниже 0,)c значительно увеличивается время достижения положительного эффекта, кроме того, недостаточно пол- ный выход примесей из контактных зой зерен структуры приводит к тому, что в последующем режиме эксплуатации остаточная величина дрейфа со временем начинает возрастать.

Уменьшение длительности импульсов электрического тока короче оговоренной ограничивает величину нагрева за время импульса, а увеличение длительности импульсов и приближение ее к периоду повторения импульсов умень шает импульсные градиенты температур и соответственно эффект перераспределения концентраций примесей, к это

Q15 20 25 зО

дд.

35

50

55

му же приводит и уменьшение периода повторения импульсов. При увеличении периода повторения импульсов пропорционально возрастает необходимое время электротернотренировки для достижения требуемого эффекта.

Пример. Экспериментальные . исследования проводились на парчиях полупроводниковых терморезисторов, прошедших процесс естественного старения в течение 1-5 лет з складских условиях. Типичный пример эффекта уменьшения величины дрейфа (стабилизации) характеристики терморезистора при интенсификации механизмов старения электронагревом путем рассеяния мощности импульсного электрического тока приведен на чертеже. Контрольная группа терморезнсторов в одной из иccлJeдoвaнныx партий в режиме естественного старения характеризовалась кривой дрейфа а-б-в. Вторая группа терморезисторов из этой же партии подвергнута электроггагреву электрическим током с импульсной мощностью, равной 50% от максимально допустимой мощности рассеяния, в течение 500 ч; усредненная зависимость дрейфа характеристик терморезисторов этой группы соответствует участку кривой а-б во время воздействия () и участку б -в после воздействия электронагревом. Кз сравнения участков кривых б-в и б -в следует, что благодаря пpoизвeдeнкo г/ воздействию на терморезисторы, существенно ускорен их переход на пологий участок характеристики старения и, кроме того, относительная величина дрейфа терморезисторов, подвергнутых ронагреву, на участке б -в оказалась ниже ( Ю град/ч), чем у контрольных терморезисторов на участке б-в (-240 град/ч).

Формула изобр етения

Способ стабилизации терморезисторов, заключающийся в термоциклирова- нии и электро термотренировке термо- резисторов путем их нагрева при пропускании электрического тока, о т - личающийся тем, что, с целью повышения стабильности терморезисторов за счет интенсификации процессов их старения, электротермотре- нировку терморезисторов осуществляют импульсами электрического тока в теТг-ю,ч

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение стабильности терморезисторов путем интенсификации процессов их старения. Электротермотренировку в режиме импульсного нагрева материала рабочего тела терморезисторов осуществляют путем пропускания электрического тока через последовательно включенный с терморезистором токоограни- чивающий резистор, соизмеряемый по величине с сопротивлением терморезистора, от источника импульсного напряжения. Терморезисторы помещают в термокамеру с температурой на 30-50 С ниже средней рабочей температуры терморезисторов. 1 ил.