RU2167429C1 - Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance - Google Patents
Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167429C1 RU2167429C1 RU2000106690A RU2000106690A RU2167429C1 RU 2167429 C1 RU2167429 C1 RU 2167429C1 RU 2000106690 A RU2000106690 A RU 2000106690A RU 2000106690 A RU2000106690 A RU 2000106690A RU 2167429 C1 RU2167429 C1 RU 2167429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistance
- thermal resistance
- heating current
- change
- terminal
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров компонентов радиоэлектронной аппаратуры, в частности терморезисторов и термисторов, и может быть использовано для контроля качества изделий электронной техники и для оценки их температурных запасов. The invention relates to techniques for measuring the thermal parameters of components of electronic equipment, in particular thermistors and thermistors, and can be used to control the quality of electronic products and to assess their temperature reserves.
Известны способы измерения теплового сопротивления двухполюсников, в частности диодов [см. Аронов В.А., Федотов Я.А. Исследование и испытание полупроводниковых приборов. - М. : Высшая школа, 1975 г. - 325 с. и ГОСТ 19656. 15-84. Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления, с. 15 и 16] , основанные на использовании известной температурной зависимости падения напряжения на двухполюснике при заданном постоянном измерительном токе и заключающиеся в том, что через контролируемый двухполюсник пропускают небольшой по величине (исключающей саморазогрев) измерительный ток, подают на двухполюсник импульсы греющего тока, измеряют рассеиваемую в двухполюснике греющую мощность, а в промежутках между импульсами греющего тока измеряют температурочувствительный параметр - изменение падения напряжения на двухполюснике, по которым и определяют искомое тепловое сопротивление. Known methods for measuring the thermal resistance of two-terminal devices, in particular diodes [see Aronov V.A., Fedotov Y.A. Research and testing of semiconductor devices. - M.: Higher school, 1975 - 325 p. and GOST 19656. 15-84. Semiconductor microwave diodes. Methods for measuring the thermal resistance of the junction-case and pulsed thermal resistance, p. 15 and 16], based on the use of the known temperature dependence of the voltage drop across the two-terminal network for a given constant measuring current and consisting in the fact that a small-sized (excluding self-heating) measuring current is passed through the controlled two-terminal network, the heating current pulses are supplied to the two-terminal network, and the dissipated a bipolar heating power, and in the intervals between pulses of a heating current, a temperature-sensitive parameter is measured - the change in voltage drop across the bipolar, and which define the desired thermal resistance.
Недостатками известных способов являются большая погрешность, обусловленная с одной стороны переходными электрическими и тепловыми процессами при переключении двухполюсника из одного режима в другой, а с другой стороны необходимостью совместного измерения фактически четырех электрических величин: напряжения на двухполюснике до и после разогрева и разогревающей мощности как произведения разогревающего тока на напряжение. The disadvantages of the known methods are the large error caused on the one hand by transient electrical and thermal processes when switching a two-terminal device from one mode to another, and on the other hand, the need to jointly measure actually four electrical quantities: voltage on a two-terminal device before and after heating and heating power as a product of the heating current to voltage.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов [см. патент РФ N 2003128. Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов. - Бюл. N 41-42, 1993 г.], реализуемый в известном устройстве для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов [см. патент РФ N 2087919. Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов. Бюл. N 23, 1997 г.], в котором на контролируемый диод подают импульсы греющего тока, амплитуда которых модулируется по гармоническому закону с периодом, на порядок большим тепловой постоянной времени переход-корпус для данного типа диодов, в промежутках между импульсами греющего тока через диод пропускают постоянный небольшой по величине измерительный ток, измеряют переменную составляющую греющей мощности, а в качестве температурочувствительного параметра - амплитуду огибающей напряжения на диоде, по значениям которых определяют тепловое сопротивление. The closest method of the same purpose to the claimed invention by a combination of features is a method for determining the thermal resistance of the transition-case of semiconductor diodes [see RF patent N 2003128. A method of measuring thermal resistance of the transition-case of semiconductor diodes. - Bull. N 41-42, 1993], implemented in a known device for measuring the thermal resistance of the transition-case of semiconductor diodes [see RF patent N 2087919. A device for measuring the thermal resistance of the transition-case of semiconductor diodes. Bull. N 23, 1997], in which heating current pulses are fed to the controlled diode, the amplitude of which is modulated according to a harmonic law with a period that is an order of magnitude greater than the transition-case thermal time constant for this type of diode, in the intervals between the heating current pulses pass through the diode a constant small measuring current, measure the variable component of the heating power, and as a temperature-sensitive parameter - the amplitude of the envelope of the voltage on the diode, the values of which determine the thermal resistance tance.
Недостатками этого способа являются большая погрешность, обусловленная косвенным определением искомого параметра по прямым измерениям трех различных электрических величин: амплитуды огибающей напряжения на диоде, переменной составляющей греющей мощности как произведения тока на напряжение, а также сложность аппаратной реализации. The disadvantages of this method are the large error due to the indirect determination of the desired parameter by direct measurements of three different electrical quantities: the amplitude of the envelope of the voltage across the diode, the variable component of the heating power as the product of the current and voltage, as well as the complexity of the hardware implementation.
Технический результат - повышение точности измерения теплового сопротивления двухполюсников и снижение аппаратурных затрат, необходимых для реализации способа. The technical result is an increase in the accuracy of measuring the thermal resistance of two-terminal devices and a reduction in hardware costs necessary for implementing the method.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что через контролируемый двухполюсник с известным температурным коэффициентом сопротивления пропускают греющий ток, величину которого изменяют по гармоническому закону с фиксированной амплитудой и периодом T, на порядок большим тепловой постоянной времени двухполюсника, и измеряют в качестве температурочувствительного параметра изменение падения напряжения на двухполюснике. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that a heating current is passed through a controlled two-terminal with a known temperature coefficient of resistance, the value of which is changed by a harmonic law with a fixed amplitude and period T, an order of magnitude greater than the thermal time constant of a two-terminal, and the change is measured as a temperature-sensitive parameter voltage drops on a two-terminal network.
Особенность заключается в том, что изменение падения напряжения на двухполюснике измеряют на двух частотах: на частоте Ω = 2π/T изменения греющего тока и на частоте, в три раза превышающей частоту Ω изменения греющего тока, и по амплитуде первой и третьей гармоники изменения падения напряжения на двухполюснике определяют искомую величину теплового сопротивления контролируемого двухполюсника. The peculiarity lies in the fact that the change in voltage drop at a two-terminal network is measured at two frequencies: at a frequency Ω = 2π / T of the change in the heating current and at a frequency three times higher than the frequency Ω of the change in the heating current, and in the amplitude of the first and third harmonics of the change in voltage drop on the bipolar determine the desired value of thermal resistance of the controlled bipolar.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed device set forth in the claims.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощения, уменьшения массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.)
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, since from the prior art determined by the applicant, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of a technical result is not revealed. In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it according to known rules to achieve a technical result in respect of which the effect of such additions is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion (simplification, reduction of mass, dimensions, material consumption, increased reliability, etc.)
- an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- creating a tool consisting of known parts, the choice of which and the connection between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the connections between them.
Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. The described invention is not based on a change in a quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in relationship or a change in its appearance. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Активное сопротивление R любого двухполюсника в той или иной степени зависит от температуры рабочего тела (активной области) элемента. Двухполюсники с сильной зависимостью активного сопротивления от температуры (терморезисторы, термисторы и т. п.) используются как датчики температуры. The essence of the proposed method is as follows. The active resistance R of any two-terminal network to one degree or another depends on the temperature of the working fluid (active region) of the element. Bipolar devices with a strong dependence of resistance on temperature (thermistors, thermistors, etc.) are used as temperature sensors.
В общем случае при небольшом изменении температуры ΔT рабочего тела двухполюсника относительно некоторого постоянного значения T0 (T0 >> ΔT) активное сопротивление двухполюсника можно описать линейной функцией вида:
Rt=R0(1+αΔT), (1)
где Rt - сопротивление двухполюсника при температуре T0+ ΔT,
R0 - сопротивление двухполюсника при заданной температуре окружающей среды T0,
α - температурный коэффициент сопротивления (ТКС) двухполюсника [1/K].In the general case, with a small change in the temperature ΔT of the working medium of the two-terminal device with respect to some constant value T 0 (T 0 >> ΔT), the active resistance of the two-terminal device can be described by a linear function of the form:
R t = R 0 (1 + αΔT), (1)
where R t is the resistance of the two-terminal network at a temperature T 0 + ΔT,
R 0 is the resistance of the two-terminal network at a given ambient temperature T 0 ,
α is the temperature coefficient of resistance (TCS) of the two-terminal network [1 / K].
При пропускании через двухполюсник медленно изменяющегося греющего тока I(t) изменение температуры ΔT рабочего тела двухполюсника в результате саморазогрева будет "отслеживать" изменение мгновенной мощности P(t), рассеиваемой двухполюсником
ΔT=ZTP(t)=ZTRtI2(t), (2)
где через ZT обозначено тепловое сопротивление (в общем случае - модуль теплового импеданса) двухполюсника. Подставляя (2) в (1) и разрешив полученное уравнение относительно Rt, получим
Падение напряжения на двухполюснике соответственно будет определяться соотношением
Если изменение температуры ΔT двухполюсника в результате саморазогрева мало по сравнению с температурой окружающей среды T0 (при которой активное сопротивление двухполюсника равно R0), то есть R0ZTαI2(t) << 1, то падение напряжения на двухполюснике с точностью до членов второго порядка малости по ΔT/T0 можно записать в виде
U(t)=R0(1+R0ZTαI2(t))I(t) (5)
При изменении греющего тока I(t) по гармоническому закону I(t)= ImsinΩt с учетом известного тригонометрического соотношения для sin3Ωt из (5) следует, что изменение падения напряжения на двухполюснике будет содержать только первую Um1 и третью Um3 гармоники:
Измерив амплитуды первой Um1 и третьей Um3 гармоник изменения падения напряжения, можно получить систему уравнений
Разрешая эту систему относительно ZТ, получим
Технический результат - повышение точности измерения теплового сопротивления - при осуществлении предлагаемого способа достигается тем, что по сравнению с известным способом искомая величина определяется по результатам измерения всего двух электрических величин (амплитуды первой и третьей гармоник изменения падения напряжения на двухполюснике); измерение изменения падения напряжения может быть произведено стандартной аппаратурой с погрешностью не выше 0.2% и погрешность определения теплового сопротивления будет определяться практически только погрешностью задания ТКС - α и амплитуды греющего тока Im.When a slowly varying heating current I (t) is passed through a two-terminal device, a change in temperature ΔT of the working medium of the two-terminal device as a result of self-heating will "track" the change in the instantaneous power P (t) dissipated by the two-terminal device
ΔT = Z T P (t) = Z T R t I 2 (t), (2)
where Z T denotes the thermal resistance (in the general case, the thermal impedance module) of the two-terminal device. Substituting (2) in (1) and resolving the obtained equation with respect to R t , we obtain
The voltage drop at the two-terminal network will accordingly be determined by the ratio
If the change in temperature ΔT of the two-terminal network as a result of self-heating is small compared to the ambient temperature T 0 (at which the active resistance of the two-terminal network is R 0 ), that is, R 0 Z T αI 2 (t) << 1, then the voltage drop across the two-terminal network with accuracy to the terms of the second order of smallness in ΔT / T 0 can be written as
U (t) = R 0 (1 + R 0 Z T αI 2 (t)) I (t) (5)
When the heating current I (t) changes according to the harmonic law I (t) = I m sinΩt, taking into account the well-known trigonometric relation for sin3Ωt, it follows from (5) that the change in voltage drop at the two-terminal network will contain only the first U m1 and third U m3 harmonics:
By measuring the amplitudes of the first U m1 and third U m3 harmonics of the voltage drop change, we can obtain a system of equations
Solving this system with respect to Z T , we obtain
The technical result - improving the accuracy of measuring thermal resistance - when implementing the proposed method is achieved by the fact that, compared with the known method, the desired value is determined by measuring only two electrical quantities (the amplitudes of the first and third harmonics of the voltage drop across the two-terminal network); The change in voltage drop can be measured with standard equipment with an error of no higher than 0.2% and the error in determining the thermal resistance will be determined almost exclusively by the error in setting the TCS - α and the heating current amplitude I m .
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на чертеже. The proposed method can be implemented using a device whose structural diagram is shown in the drawing.
Устройство содержит источник 1 тока I(t), изменяющегося по гармоническому закону 
Устройство работает следующим образом. В клеммы 2 и 3 подключают контролируемый двухполюсник и запускают генератор тока 1. Ключ 5 устанавливают в положение A (верхнее) и измеряют вольтметром 7 напряжение на выходе пикового детектора 6, которое в этом положении ключа равно Ua=4Um3. Затем переводят ключ в положение Б (нижнее) и вновь измеряют напряжение на выходе пикового детектора Uв, которое в этом случае будет равно сумме амплитуд первой и третьей гармоники: Uв=Um1+Um3. По результатам этих измерений и по известным значениям амплитуды тока Im и температурного коэффициента сопротивления α двухполюсника определяют искомое тепловое сопротивление:
Claims (1)
где Ua = 4Um3;
Uв = Um1 + Um3.A method for measuring the thermal resistance of two-terminal devices with a known temperature coefficient of resistance, namely, a heating current is passed through a controlled two-terminal device, the value of which is changed according to a harmonic law with a fixed amplitude I m and period T, an order of magnitude greater than the thermal time constant of a two-terminal device, and the change in the drop is measured voltage at the two-terminal network, characterized in that the change in the voltage drop at the two-terminal network is measured at two frequencies: at the frequency of change of the heating t Single and at a frequency three times the frequency change of the heating current, and the thermal resistance is determined from the known values of the amplitude of heating current I m and temperature α resistance coefficient, and amplitudes U m1 and U m3 respectively the first and third harmonics changes the voltage drop, measured on a controlled bipolar, according to the formula
where U a = 4U m3 ;
U in = U m1 + U m3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106690A RU2167429C1 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106690A RU2167429C1 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2167429C1 true RU2167429C1 (en) | 2001-05-20 |
Family
ID=20232025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000106690A RU2167429C1 (en) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2167429C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| RU2720185C1 (en) * | 2019-08-02 | 2020-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for measuring thermal resistance of transition-housing and thermal constants of transition-housing of crystals of semiconductor articles in an electronic module |
| GB2604186A (en) * | 2021-02-25 | 2022-08-31 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Determining a temperature coefficient value of a resistor |
| WO2022180349A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | Cirrus Logic International Semiconductor Limited | Determining a temperature coefficient value of an inegrated resistor of an integrated circuit |
-
2000
- 2000-03-17 RU RU2000106690A patent/RU2167429C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АРОНОВ В.А., ФЕДОТОВ Я.С. Исследование и испытание полупроводниковых приборов. - М.: Высшая школа, 1975, с. 325. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449295C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for bipole parameters determination |
| RU2720185C1 (en) * | 2019-08-02 | 2020-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for measuring thermal resistance of transition-housing and thermal constants of transition-housing of crystals of semiconductor articles in an electronic module |
| GB2604186A (en) * | 2021-02-25 | 2022-08-31 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Determining a temperature coefficient value of a resistor |
| WO2022180349A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | Cirrus Logic International Semiconductor Limited | Determining a temperature coefficient value of an inegrated resistor of an integrated circuit |
| GB2604186B (en) * | 2021-02-25 | 2023-03-08 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Determining a temperature coefficient value of a resistor |
| US11639911B2 (en) | 2021-02-25 | 2023-05-02 | Cirrus Logic, Inc. | Determining a temperature coefficient value of a resistor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2167429C1 (en) | Method measuring thermal resistance of two-terminal networks with well-known temperature coefficient of resistance | |
| US3434053A (en) | Circuits for an electrical rms measuring instrument | |
| Zeng et al. | Threshold-crossing counting technique for damping factor determination of resonator sensors | |
| US4321544A (en) | Method and improved apparatus for obtaining temperature-corrected readings of ion levels and readings of solution temperature | |
| US3458803A (en) | Apparatus and method for directly measuring capacitance and dissipation factor of capacitors | |
| US5248934A (en) | Method and apparatus for converting a conventional DC multimeter to an AC impedance meter | |
| US2769957A (en) | Comparator | |
| JPS62102148A (en) | Method for diagnosing deterioration of coating film | |
| US4106096A (en) | Derivative measurement by frequency mixing | |
| US4213087A (en) | Method and device for testing electrical conductor elements | |
| US3068410A (en) | Expanded scale electrical measuring system having high temperature stability | |
| US3840805A (en) | Device for measuring parameters of resonant lc-circuit | |
| Baird et al. | A Method for the Estimation of the Relative Intensities of Microwave Absorption Lines | |
| JPH0452901B2 (en) | ||
| USH1458H (en) | Signal amplitude distribution analyzer | |
| SU737883A1 (en) | Device for measuring frequency components of measuring transformer complex error | |
| Liu et al. | Application of discrete fourier transform to electronic measurements | |
| US2791747A (en) | Computing voltmeter | |
| EP3674685A1 (en) | Biochemical fluid analysis device and method | |
| RU2166764C1 (en) | Process measuring thermal resistance of two-terminal networks with known positive temperature coefficient of current | |
| SU993365A1 (en) | Device for measuring internal resistance of electrochemical current source | |
| Deutschmann et al. | Calibration method for an RF IV based HF RFID impedance measurement system | |
| RU2265859C1 (en) | Method of measuring characteristics of nonlinear units | |
| SU1580288A1 (en) | Method of determining impedance of two-terminal network | |
| CA1120545A (en) | Method and device for testing electrical conductor elements |