Przedmiotem wynalazku jest szerokopasmowy przet¬ wornik wartosci skutecznej na napiecie stale, zwlaszcza do przetwarzania mocy rzedu setek miliwatów.Z publikacji: New product applications, Microware power measurements compared in terms of accurycy, dynamie range, and stability, IEEE SPECTRUM, Dezember 1970, str. 81 i A.A.Luskow: R.F.power mea- surement — some solutions, Marconi Instrumentation vol. 12, No 5, str. 86-93, znany jest cienkowarstwowy termoelektryczny czujnik mocy, przetwarzajacy zaobsor- bowana moc czynna na napiecia stale, wykorzystujacy efekt termoelektryczny zlacz antymonu i bizmutu.Czujnik zawiera cztery termoelementy polaczone sze¬ regowo, umieszczone symetrycznie na podlozu miko¬ wym, rozmieszczone zazwyczaj na dwóch koncentrycz¬ nie usytuowanych okregach. Dwa z nich, wewnetrzne, wystawione sa na dzialanie temperatury wytwarzanej wskutek rozproszenia mocy czynnej, bezposrednio zaab¬ sorbowanej w cienkiej warstwie zlacz goracych lub w rezystorze wejsciowym, sprzezonej cieplnie poprzez pod¬ loze z tymi zlaczami. Dwa pozostale zlacza zimne, zewnetrzne, sa izolowane od wplywu zmian temperatury powstalej wskutek wydzielania ciepla. Sa one najczesciej naniesione na obudowie izotermicznej. Generowane napiecia w zlaczach goracych i zimnych sa przeciwnie skierowane. Sumacyjne napiecie generowane w zlaczach stanowi napiecie wyjsciowe, którego wielkosc jest zale¬ zna oc mocy czynnej rozpraszanej w czujniku mocy.Znany czujnik charakteryzuje sie tym, ze zaleznosc generowanych napiec od zmian temperatury jest nieli¬ niowa, przez co jest niemozliwe wyeliminowanie w pel¬ nym zakresie wplywu zmian temperatury na wartosc napiecia wyjsciowego. Dla zachowania stalych parame¬ trów czujnika niezbednejest utrzymywanie stalej w czasie temperatury zlacz zimnych, co komplikuje obudowe czujnika majaca za zadanie zapewnienie tej jednakowej temperatury oraz odizolowanie ich od dynamicznych zmian temperatury czujnika wskutek wydzielania w nim energii cieplnej. Ze wzgledu na tu. ze czujnik jest zbudo¬ wany na podlozu z miki, o malej spójnosci mechanicznej w plaszczyznie lupliwosci, ma on ograniczonawytrzyma¬ losc mechaniczna doprowadzen. Podloze tojednoczesnie wyklucza mozliwosc wykonywania przetworników na typowej linii produkcyjnej. Stosowanie w cienkich war¬ stwach na zlacza antymonu i bizmutu oraz srebra na doprowadzenia, powoduje mala stabilnosc parametrów i mala odpornosc termiczna.Przedmiotem wynalazku jest szerokopasmowy przet¬ wornik wartosci skutecznej na napiecie stale, zbudowany z parzystej liczby liniowych termoelementów chromoni- kiel-nikiel i wejsciowego rezystora liniowego z chromoni- klu. galwanicznie odizolowanego od termoelementów.Istota wynalazku polega na tym. ze termoelementy oraz rezystor wykonane w technice cienkowarstwowej sa naniesione najedna strone elektroizolacyjnej plyty stano¬ wiacej podloze, wykonanej z materialu o przewodnosci cieplnej mniejszej niz 1,2 W/mk, najkorzystniej ze szkla.Plyta ma z drugiej strony wglebienie. Gorace zlacza ter¬ moelementów i rezystor sa umieszczone nad wglebie¬ niem, a zimne zlacza i doprowadzenia w obszarze poza j*-'-114 398 nim. Doprowadzenia zarówno termoelementówjak rezy¬ stora wejsciowego sa wykonane z warstwy niklu. Stosu¬ nek grubosci plyty w miejscu wglebienia do pozostalej grubosci wynosi 1/5 do 1/10, zas odleglosc goracych zlacz od rezystora wejsciowego nie wiecej niz 50/im.Korzystne parametry przetwornika dajace kompensacje wplywów zewnetrznych i niedokladnosci wykonawczych uzyskuje sie, gdy wglebienie ma ksztalt kola a rezystor ksztalt pierscienia, natomiast gorace zlacza termoele¬ mentów leza na okregu otaczajacym ten pierscien.Wejsciowy rezystor i gorace zlacza termoelementów sa takjjiozone^zcDoniiecjz^rezystorem a termoelementami jesq bti444vd£)br maje oddalenie zlacz goracych od rezystora i sa umie¬ szczone na tej czesci podloza, która ma dla rezystora wejscio^egb^^najwieksz^ rezystancje cieplna. Zimne konce-teWK^Jementów sa umieszczone na czesci podloza o znacznie mniejszej rezystancji cieplnej. Wyjscie ukladu stanowi pierwsza i ostatnia niklowa elektroda stosu termoparowego.Dzieki tym cechom budowy przetwornika i wlasciwos¬ ciom warstw cienkich oraz zastosowaniu stabilnych i liniowych termoelementów uzyskano szerokopasmowy przetwornik wartosci skutecznej na napiecie stale o " zakresie pasma przetwarzania od Odo kilkuset megaher¬ ców, o cieplnej stalej czasu zlacz goracych zblizonej do cieplnej stalej czasu zlacz zimnych, w zaleznosci od zmian temperatury otoczenia, majacy charakterystyki czestotli¬ wosciowe zblizone od znanego przetwornika, przewyz¬ szajacy go jednak stabilnoscia i liniowoscia przetwarza¬ nia. Dzieki swoim zaletom przetwornik wedlug wynala¬ zku znajduje szerokie zastosowanie, szczególnie do budowy przyrzadów pomiarowych oraz w ukladach ste¬ rowania i regulacji. Przetwornik wedlug wynalazku, w którym na podloze moze byc uzyte szklo, jest dogodna forma do przemyslowego wytwarzania na dostepnych liniach elektronicznych ukladów hybrydowych.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przetwornik w przekroju podluznym równoleglym do linii wyprowadzen, a fig. 2 w widoku z góry.Przykladowe rozwiazanie przetwornika przedstawia sie nastepujaco. W prostokatnej szklanej.plycie 1 o gru¬ bosci 0,8 mm wykonane jest od spodu metoda chemi¬ cznego trawienia kolowe wglebienie 2. Grubosc plyty 1 w miejscu wglebienia 2 wynosi 0,1 mm. Na wierzchu plyty 1 naniesione sa w technice cienkowarstwowej termoele- menty 3chromonikiel-nikiel 80/20, polaczone szeregowo w stos termoparowy. Po tej samej stronie plyty 1 umie¬ szczony jest wejsciowy rezystor 4 wykonany z warstwy chromoniklu. Rezystor 4 ma ksztalt pierscienia i jest usytuowany nad centralna czescia wglebienia 2, wspóls- rodkowo z nim.Wokólrezystora 4, na okregu otaczajacym go, w odda¬ leni inokolo 0,05 mm leza gorace zlacza 5 termoelemen¬ tów 3, przy czym sa one umieszczone równiez nad wglebieniem 2. Warstwy materialów, z których wyko¬ nane sa termoelementy 3, rozszerzaja sie w kierunku promieniowym. W znacznym oddaleniu od wglebienia 2, w poblizu krawedzi plyty 1, leza zimne zlaczac termoele¬ mentów 3, ulozone na okregu wspólsrodkowo usytuowa¬ nym z pierscieniem wejsciowego rezystora 4. Doprowa¬ dzenia 7 termoelementów 3 i rezystora 4 maja ksztalt kwadratów, leza na jednej stronie plyty 1 i sa wykonane z warstwy niklu. Warstwy chromoniklu i niklu maja gru¬ bosc okolo 500nm. Ilosc goracych zlacz 5 równa jest ilosci zimnych zlacz 6. Do wejsciowego rezystora 4 przy¬ laczony jest przetwarzany mierzony sygnalpradowy I„«j.Rezystor 4 galwanicznie izolowany od goracych zlacz 5 termoelementów 3jest z nimi sprzezony cieplnie poprzez cienka warstwe plyty 1 w miejscu nad wglebieniem 2.Gorace zlacza 5 polaczone sa z zimnymi zlaczami 6, kompensacyjnymi, w stos termoparowy, przy czym zla¬ cza 5 i 6 sa termicznie odseparowane duza rezystancja cieplna wskutek znacznego oddalenia wzgledem wejscio¬ wego rezystora 4, okolo 40 razy wiekszego niz oddalenie od niego goracych zlacz 5.Przetwarzany mierzony sygnal pradowy Lej, doprowa¬ dzany do wejsciowego rezystora 4 podlega na jego rezy¬ stancji zamianie na energie cieplna. Duza rezystancja cieplna cienkiej warstwy plyty 1 w miejscu wglebienia 2 i mala pojemnosc cieplna powoduje znaczny wzrost tem¬ peratury plyty 1 w rejonie wglebienia 2 i przeplyw wydzie¬ lanego ciepla do goracych zlacz 5 termoelementów 3.Wartosc wytwarzanego w tych zlaczach 5 napiecia sta¬ lego zalezy od przyrostu temperatury cienkiej warstwy plyty 1 wzgledem otoczenia. Jednoczesnie w zimnych zlaczach 6 wytwarza sie napiecie kompensacyjne, zalezne tylko od temperatury otoczenia. Wyjsciowe stale napie¬ cie U wyj. równe sumie napiec na poszczególnych termoele- mentach 3, jest proporcjonalne do sredniej wartosci mocy czynnej przetwarzanego sygnalu pradowego I«rf.Duza rezystancja cieplna pomiedzy wejsciowym rezysto¬ rem 4 i zimnymi zlaczami 6 oraz cieplna stala czasu tych zlacz zblizona do cieplnej stalej czasu goracych zlacz 5 powoduja, ze zlacza te nie reaguja na dynamiczne stany zmian temperatury rezystora 4 tak jak gorace zlacza 5 podczas przetwarzania, w zaleznosci od ksztaltu sygnalu wejsciowego Uej, gdyz zmiany temperatury ulegaja scal- kowaniu w miejscu umieszczenia zimnych zlacz 6. tak ze odplyw ciepla z obszaru wglebienia 2 plyty 1 powoduje statyczny wzrost temperatury otoczenia calego przetwor¬ nika, któn w jednakowym stopniu wplywa w zakresie temperatur pracy na zlacza 5 i 6 i jest kompensowana.Przy braku sygnalu wejsciowego nie ma sygnalu wyjscio¬ wego. Parametry przykladowego przetwornika sa przed¬ stawione w ponizszej tablicy.Rodzaj parametrów Zakres wartosci Wspólczynnik przetwarzania Moc czynna rozpraszana w przetworniku Temperatura otoczenia Napiecie wyjsciowe Czestotliwosc sygnalu wejsciowego Stala czasowa Rezystancja wejsciowa Drytt temperatury 0,14W/V 0,14 do 200 mW maksimum 300°C 0,010 do 25 mV Odo 150MHz dla 0,63 Uwyj — 0,4 s 0,99 U** — 3s 50-240 omów l,5do4,0/uV/°C114 398 Zastrzezenia patentowe 1. Szerokopasmowy przetwornik wartosci skutecznej na napiecie stale, zbudowany z parzystej liczby liniowych termoelementów chromonikiel-nikiel i wejsciowego rezy¬ stora liniowego z chromoniklu, galwanicznie odizolowa¬ nego od termoelementów, znamienny tym, ze termoele- menty (3) oraz rezystor (4) wykonane w technice cienkowarstwowej sa naniesione na jedna strone elektroi- zolacyjnej plyty (1) stanowiacej podloze, wykonanej z materialu o przewodnosci cieplnej mniejszej niz 1,2 W/mK, najkorzystniej ze szkla, która to plyta (1) ma z drugiej strony wglebienie (2), przy czym gorace zlacza termoelementów (3) i rezystor (4) sa umieszczone nad wglebieniem (2), a zimne zlacza (5) i doprowadzenia (7) w obszarze poza wglebieniem (2), natomiast doprowadza¬ nia (7) zarówno termoelementów (3) jak rezystora (4) sa wykonane z warstwy niklu. 2. Przetwornik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosunek grubosci plyty (1) w miejscu wglebienia (2) do pozostalej grubosci wynosi od 1/5 do 1/10, natomiast odleglosc goracych zlacz (5) od rezystora (4) nie przekra¬ cza 50/im. 3. Przetwornik wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze wglebienie (2) ma ksztalt kola a rezystor (4) ksztalt pierscienia, natomiast gorace zlacza (5) termoele¬ mentów (3) leza na okregu otaczajacym ten pierscien.Tig.2 PL