Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к температурным измерениям. Изрестно устройство для измерения темпеуатуры, содержащее полупроводниковый диод, включенный в обратном направлении, источник постоянного то ка и измерительный прибор l. Недостатками этого устройства являются низкая чувствительность, невозможность получения частотного выходного сигнала без дополнительных преобразователей. Наиболее близким к предлагаемому по технической .сущности является уст ройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент из арсенида галия с областями различной проводимости, подключенный через наг рузочный резистор к источнику тока. Чувствительный элемент устройства вы полнен в виде пластинчатого кристалла из арсенида галия с р -р-п+ переходом, содержит в базе высокоомный перекомпенсированный слой и имеет 5 - образную вольтамперную характери тику при прямом смещении 2 . Недостатками известного устройств являются низкая точность измерен1 я температуры, невозможность получения выходного частотного сигнала без дополнительных преобразователей, узкий диапазон измеряемых температур. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и получение выходного частотного сигнала, а также расширение диапазона рабочих температур. Поставленная цель достигается тем, что чувствительный элемент выполнен в виде р -р-п структуры из высокоомного арсенида галия электронного типа, причем длина п - области не менее чем в 2-3 раза превышает длину диффузионного смещения неосновных ноqитeлeй. На чертеже изображена схема устройства для измерения температуры. Устройство содержит чувствительный элемент 1, состоящий из низкоомного слоя 2 п+-типа проводимости, высокоомного слоя 3 п-типа проводиморти, низкоомного слоя 4 -типа проводимости, контакты 5, нагрузочное сопротивление 6, источник 7 постоянного тока и частотомер 8. Чувствительный элемент 1 изготовлен из пластинки высокоомного арсенида галия п-типа проводимости с удельным сопротивлением / Ю Ом-см и легирован примесями, которые дают глубокие энергегические уровни, например, хромом. На одной поверхности пластинки диффузией донорной примеси создан слой 2, п -типа проводимости, а на противоположной поверхности диффузией акцепторнфй примеси создан слой 4 р -типа, на р и п части пластинки нанесены омические контакты 5. К омическим контактам присоединены выводы, к которым подключен источник 7 питания И нагрузочное сопротивление б.

Устройство работает следующим образом,

Вольтамиерная характеристика структуры при смещении ее в прямом направлении имеет участок с отрицательным сопротивлением, вызванный модуляцией проводимости п-слоя. На этом участке генерируются колебания тока. На участке отрицательного сопротивления структура имеет индуктивный характер реактивности. Индуктивность ее обусловлена запаздыванием по фазе тока относительно напряжения. Эта индуктивность совместно с емкостью монтс1жа устройства образует колебательный контур, вследствии чего в цепи структуры возмикажт гармонические колебания, частота которых зависит от температуры окружающей средал. Форма колебаний синусоидальная или близка к синусоидальной . Частота генерируемых колебаний измеряется частотомером 8. При увеличении температуры частота колебаний возрастает. Например, для структуры размерами 3 х 3 х 0,03-0,08 мм, с толщиной п-слоя 0,03-0,08 мм, с 8 тощадью перехода- мм , при изменении температуры от 30 до частота увеличивается от 8 до 200кГц. Максимальная чувствительность устройства 1,5 кГц/грг1Д. Интервал измеряемых температур от -50 до +150 С. Верхняя граница измеряемых температур {+150°С) определяется температурой плавления металлического сплава, используемого для создания р -п-перехода, а нижняя граница определяется тем, что при низких температурах возникают другие физические явления, кочорые затушевывают зффект генерации колебаний. Рабочие тока 10 -10 А, напряжение источника тока 5-50 В.

Толщина п-слоя должна превышать длину диффузионного смещения неосновных носителей не менее чем в 2-3 раза, только при зтом условии происходит сильная модуляция проводимости G п-слоя, которая необходима для образования участка с отрицательным сопротивле нием.

Предлагаемое устройство для измерения температуры является достаточно простым, имеет высокую точность измерения, обеспечивает непосредственное преобразование температуры в частотный сигнал и может найти применение в различных отраслях промышленности, где точность измерения температуры должна сочетаться с ннзкой стоимостью устройства, простотой его схемы и высокой надежностью.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный злемент из арсенида галия с областями различной проводимости, подключенный через нагрузочный резистор к источнику тока, отличающеес я.тем, что, с целью повьЕпения точности измерения температуры н получения выходного частотного сигнгша, чувствительный элемент выполнен в виде р-n-n структуры из высокоомного арсенида галия электронного типа, причем длина п-области не менее чем в 2-3 раза превышает длину диффузионного смещения неосновных носителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 233251, кл, G 01 К 7/22, 1967,

2.Авторское свидетельство СССР W 476462, кл. G 01 К 7/22, 25.09.74 (прототип).

5