Термочувствительный элемент Советский патент 1992 года по МПК G01K7/22 G01K7/00 

Изобретение относится к области теплотехники точнее к технике измерения температуры

Известны устройства для измерения температуры, содержащие в качестве термочувствительного элемента полупроводниковые приборы - дчоды работающие при прямых смещениях они имеют резко нелинейную зависимость от температуры, большой разброс параметров и неприемлемы для проведения точных измерений Известны также устройства, содержащие в качестве датчиков температуры обратнос- мещенные диоды

Однако их работа связана с г тимене- нием сложных и громоздких преобразователей температуры в частоту и устройства для компенсации напряжения стабилизации кроме того они имеют недостаточную чувствительность связанную со ела бой зависимостью частоты генерации от температуры,

Наиболее близким по технической сущности к заявляемом/ решению является тех(Л

ническое решение где в качестве термочувствительного элемента испогьзованы стабилитроны Д808-Д814 работающие в диапазоне 0-125°С Стабилитрон очи дается от краски срезается бортик удаляется положительный электрод вместо которого напаивается контакт а корпус изолируется винифлексовым лаком Чувствительность элемента 8 мВ/°С

Недостатком такого решенр я чпляется невозможность непосредственного измерения температуры в градусах Цельсия бе дополнительных электронных устройств вычитающего устройства в частности г предварительной градуировки устангпки что сказывается и на эффективности измерений Крометого точность измгрени не со ответствует современни м требов ч ыи

Целью изобретения является i-змере- ние температуры в градусах Ц тьсия и . ч. ние точности измерении v

за счет исключения необл дь

ровки

О

со Х{

Поставленная цель достигается тем, что термочувствительный элемент, выполненный в виде стабилитрона, изгото.пен из халькоге нидов свинца с концентрацией носителей заряда в р- и n-облзстях, равной (7-8) -.1017 см 3. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что стабилитрон выполнен из хзлькогенидоа свинца (в частности, из сульфида свинца с концентрацией носителей (7-8) 10 см )-материала с аномальной зависимостью -ширины запрещенной зоны от температуры.

На фиг. 1 представлена схема устройст- ва для измерения температуры; на фиг. 2 -- график зависимости напряжения на регистрирующем приборе от температуры.

Устройство для измерения температуры содержит стабилитрон 1, работающий в режиме туннельного пробоя, переменный резистор 2, источник напряжения, образующие замкнутый контур, и регистрирующий прибор 3 (вольтметр типа В7-33), подключенный к выходу стабилитрона 1.

Устройство работает следующим образом,

Термочувствительный элемент - Ь гзс- корпусный стабилитрон 1, помещается в .спеду., температуру которой необходимо изме- рить. С источника напряжения на стабилитрон 1 подается напряжение, приблизительно рэз- иое 1,5 В; с помощью переменного резистора 2 устанавливается рабочий ток, равный 3 мА, прм этом, регистрирующий вольтметр 3 регистрирует напряжение стабилизации стабилитрона 1, зависящее от температуры и равное 200 мВ при 20°С. При измене:пли температуры на 1°С напряжение стабилизации изменяется на 10 м В, Таким образом, показания регистрирующего прибора в вольтах, усиленные в сто раз, соответствуют измеряемой температуре в градусах Цельсия (фиг.2).

Пример осуществления предлагаемого устройства.

Для изготовления термочувствительного элемента в монокристалле сульфида свинца, (выращенном из газовой фазы), с концентрацией носителей (5-6) 10 ° см сформирован резкий р - п-переход. В качестве легирующей примеси использовались C.I и S. Концентрации носителей заряда в п- и р-областях приведены в таблице.. Термочувствительный стабилитрон, источник пи- тания (55-31), переменный резистор и цифровой вольтметр были собраны в схему, изображенную на Фи/ .1. Все устройство помещалось в термостат, температура в котором изменялась от 20 до 100°С; точность поддержания температуры в термостате составляла 0,1°С, Зависимость напряжения отсечки, регистрируемого цифрооы / вольтметром,от температуры приведена на фиг.2.

Анализ результатов, приведенных а таблице показывает следующее.

При концентрации носителей, монниеЛ (7-8) - 10 7 , между показаниями вольтметра и температурой не наблюдается прямого соответствия, т.е. 20°С соответствует напряжение 1,9 В, з изменению температуры на 1°С - изменения напряхсенмя В мВ. При большей, чем (7-8) -10 сг. Г, концентрации носителей изменению температуры на 1°С соответствует изменение напряжения на 10 мВ, но температуре 20°С соотеетствуэт напряжение 0,04 мВ, и для непосредственного считывания температуры в градусах Цельсия с вольтметра необходимо использовать дополнительную аппаратуру. При достижении концентрации носителей заряда (7-8) 10 см по обе стороны перехода напряжения отсечки при температуре 20°С .составляет 200 мВ, з температурный коэффициент напряжения - 10 мВ/грзд. что позволяет непосредственно со шкалы цифрового вольтметра считывать температуру з градусах Цельсия. Очевидно, что 0°С будет соответствовать нулевое значение напряжения ка регистрирующее приборе, что т.:- :.:лючазт необходимость предварительной калибровки преобразователе ,.. повышает точность измерения температуры, ТЕК как позволяет активно использовать есе разряды цифровой индикации регистрирующего прибора, число которых о- ран &мс точностью АЦП, лежащих я их основе.

Использование-в устройстве для измерения температуры предлагаемого термочувствительного элемента обеспеченны по сравнению с существующими следующее преимущества:

упрощение эксплуатации устрпйствз зя счет отсутствия необходимости предаэрм- тельной его калибровки, Это связано с выбором соответствующего напряжения стабилизации -и температурного коэффициента напряжения, которые в свою очередь определяются способом изготовления заявляемого термочувствительного элемента;

повышение точности измерений темпе- рагуры, связанное с тем, что заявляемый термочувствительный элемент позволяет рационально использовать все разряды цифровой индикации регистрирующего прибора, число которых ограничено точностью АЦП, лежащих в их основе. При использовании в

качестве термочувствительного ялочентз обрэтносмяш.йнного виодз, рлр отяюшаго о ;у;химе л а с (.- i-i : sr-c. r.oobo . Сь- - .довате/м-

н L, и менл::мс температурь ; оызы-- еае ; измеи:-н 1я только и трагьем разряде индикатора и позволяв зарегистрировать температуру с гочнссгью, н« прйеы- шаю;.мэй 0.1°С.

Формула изобретения

Тер очувств; - эль;-;ы ; л.ог., зыпол- :.: м-1ый р. Jt-де стэб л тро;-;,:1, о г /- и ч я ю- и.| и и с я тем, чтп, с цогн-ю . eHiiH эффективности за счет исключение градуировки, стаб1 1ЛИтро -1 внполнб:-: из хл. пькогени- да сзикцг с концентрацией носителей заряда Б р- и n-областях, равной (-8) О17

Коние1:| ;ЗЗц:-;« --юс1 - -- зпряжение отозчки, | srei запплг ц ц-сб-V, В (7-20°С) j

Л о J : И. : ;, С -;

па

i

г---4±t.i

( j

Zi Ј....ЈЈ. f 7O SO ею /оо .,

Г°

. м 3/грзд

10 10

.,

Г°С