RU974U1 - Temperature sensor with frequency output - Google Patents

Temperature sensor with frequency output Download PDF

Info

Publication number
RU974U1
RU974U1 SU5056505/10U SU5056505U RU974U1 RU 974 U1 RU974 U1 RU 974U1 SU 5056505/10 U SU5056505/10 U SU 5056505/10U SU 5056505 U SU5056505 U SU 5056505U RU 974 U1 RU974 U1 RU 974U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
single crystal
temperature
source
sensor
temperature sensor
Prior art date
Application number
SU5056505/10U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Гаман
П.Н. Дробот
Original Assignee
Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском госуниверситете
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском госуниверситете filed Critical Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском госуниверситете
Priority to SU5056505/10U priority Critical patent/RU974U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU974U1 publication Critical patent/RU974U1/en

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

1. Датчик температуры с частотным выходом, содержащий источник постоянного магнитного поля, источник напряжения, полупроводниковый монокристалл с инжектирующим и омическим токовыми контактами на противоположных поверхностях, помещенный в пространстве магнитного поля указанного источника и подключенный контактами к источнику напряжения, отличающийся тем, что в нем в качестве материала полупроводникового монокристалла использован высокоомный кремний р-типа.1. Temperature sensor with a frequency output, containing a constant magnetic field source, voltage source, semiconductor single crystal with injecting and ohmic current contacts on opposite surfaces, placed in the magnetic field of the specified source and connected by contacts to the voltage source, characterized in that it contains As a material of a semiconductor single crystal, high-resistance p-type silicon was used.

Description

ДАТЧЖ ТЕШЕРАТУРЫ С ЧАСТОТНШ ШХОДОМFREQUENCY TESTER SENSOR

Изобретение отнооитоя к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения температуры, действие которых основано на использование термочувствительных элементов.The invention is related to the field of measurement technology, in particular to temperature measuring devices, the effect of which is based on the use of thermosensitive elements.

Известны диодные и терморезистивные температурно-частотные преобразователи, содержащие терморезистор I или диод 2 , соединенные со специальной электронной схемой, преобразующей изменения параметров чувствительных термоэлементов в частоту переменного сигнала.Known diode and thermistor temperature-frequency converters containing a thermistor I or diode 2, connected to a special electronic circuit that converts changes in the parameters of sensitive thermocouples to the frequency of an alternating signal.

Недостатками таких преобразователей является нелинейность выходной характеристики, относительно невысокая чувствительность, наличие электронной схемы, определяющей сложность устройства и погрешность измерения температуры, а также зависимость показаний от импеданса линии, соединяющей чувствительный элемент с электронной схемой.The disadvantages of such converters are the non-linearity of the output characteristic, relatively low sensitivity, the presence of an electronic circuit that determines the complexity of the device and the error of temperature measurement, as well as the dependence of the readings on the impedance of the line connecting the sensitive element to the electronic circuit.

Известен датчик температуры, выбранный в качестве прототипа и содержащий кристалл германия р-типа в форме стержня длиной около 5мм, снабженный двумя торцевыми контактами и помещенный между полюсами постоянных магнитов з. В основу его работы положено явление винтовой неустойчивости (осциллисторный эффект), в котором частота генерируемых полупроводниковые кристаллом колебаний тока зависит от температуры Т (в основном за счет температурной зависимости подвижности носителей заряда) при постоянных значениях магнитной индукции В и напряжения питания If . Большое влияние на частоту колебаний оказывает состояние поверхности кристалла.A known temperature sensor selected as a prototype and containing a p-type germanium crystal in the form of a rod with a length of about 5 mm, equipped with two end contacts and placed between the poles of permanent magnets h. The basis of his work is the phenomenon of helical instability (oscillatory effect), in which the frequency of the oscillations of the current generated by the crystal by the crystal depends on the temperature T (mainly due to the temperature dependence of the mobility of charge carriers) at constant values of magnetic induction B and supply voltage If. A great influence on the oscillation frequency is exerted by the state of the crystal surface.

II У/II U /

МКИ SOIK 7/00 MKI SOIK 7/00

/1/5& Г V/ / 1/5 & g v /

джтельной экспл уатащй, обусдовденная сущестЕенным изменением состояния поверхности германия со временем 4. Через месяц после изготовления датчика на основе германия зависимость его частоты колебаний от температуры изменяется так, что отклонение от начальЕ1ьос значений составляет II % 4.Duration of operation, due to a significant change in the state of the surface of germanium with time 4. One month after the manufacture of the sensor based on germanium, the temperature dependence of its vibration frequency changes so that the deviation from the initial values is II% 4.

Задачей изобретения является создание датчика с повышенной чувствительностью и стабильностью показаний во времени при полностью линейной выходной характеристике в диапазоне температур - 10 -г-. +55°С.The objective of the invention is to provide a sensor with increased sensitivity and stability of readings over time with a fully linear output characteristic in the temperature range - 10 -g-. + 55 ° C.

Поставленная задача решается тем, что в датчике температуры, содержащим источник постоянного магнитного поля, в которое повлещен полупроводниковый монокристалл с инжектирующим и омическим контактами на противоположных поверхностях, подключенныкш к источнику импульсного напряжения, в качестве материала полупроводникового монокристалла использован высокоомныи кремний р-типа, состояние поверхности которого стабилизируется за счет самопроизвольного наращивания на ней слоя диоксида кремния (StO). Увеличение чувствительности датчика и линейность выходной характеристики достигается за счет более резкой температурной зависимости подвижности электронов ( п.) в кремнии по сравнению с германиеьл. Для германия jUn. ,The problem is solved in that in a temperature sensor containing a constant magnetic field source, into which a semiconductor single crystal with injecting and ohmic contacts is placed on opposite surfaces, it is connected to a pulse voltage source, high-resistance p-type silicon is used as the material of the semiconductor single crystal, surface condition which is stabilized due to spontaneous build-up on it of a layer of silicon dioxide (StO). An increase in the sensitivity of the sensor and the linearity of the output characteristic is achieved due to a sharper temperature dependence of the electron mobility (p.) In silicon compared to germanium. For Germany jUn. ,

для кремния /JH. -. Далее изобре-тение поясняется чертежшли. На фиг. I показана конструктивная схема предполагаемого датчика со схемой ивдикации выходного сигнала. На фиг. 2 - график зависимости частоты выходного сигнала этого датчика от температуры окружающеха среды. Предг-.лагаемый датчик температуры I (фйг. I) содержит источник 2 магнитного поля, представленный в виде пары встречно ориентированных разнополюсных магнитных стержней, монокристалл 3 из высокоомного кремния р-типа, размещенный в пространстве между магнитНЫ1Ш разнополюсными стержнями источника 2, токовые инжектирующий и омический котакты 4, сформированные на противоположных поверхностяхfor silicon / JH. -. The invention is further illustrated in the drawing. In FIG. I shows a structural diagram of a proposed sensor with an output signal identification circuit. In FIG. 2 is a graph of the frequency of the output signal of this sensor on the ambient temperature. The proposed temperature sensor I (FIG. I) contains a magnetic field source 2, presented as a pair of counter-oriented opposite-pole magnetic rods, a p-type high-resistance silicon single crystal 3, located in the space between the two-pole magnetic poles of the source 2, current injecting and ohmic contact 4 formed on opposite surfaces

монокристалла 3 так, что пространстЕекная ориентация контактов /Г повторяет ориентацию разнополюсных стержней источника 2 :агнитного поля. К контактшл 4 через резистор 5 подключен источник 6 иыдутгьсного налрялюния, а параллельно резистор 5 - изьзеритель частоты 7. В предлагае1.юм датчике те:.шературы монокристалл 3 имеет следующиеsingle crystal 3 so that the spatial orientation of the contacts / Г repeats the orientation of the opposite-pole rods of source 2: the magnetic field. A contact source 6 is connected to contact 4 through a resistor 5, and a resistor 5 is connected in parallel to a resistor 5. In the proposed sensor 1. those, the single crystal 3 has the following

размеры: расстояние уежду контактами 4 состаЕЛяет 0,85 глм, а поперечное сечение - 0,8 х 1,1 мг.г. Каж.дый магнитный стержень имеетdimensions: the distance between the contacts 4 is 0.85 glm, and the cross section is 0.8 x 1.1 mg.g. Each magnetic rod has

pasfviepH 8 X 10 X 10 мм . Монокристалл 3 помещен в магнитное поле с индукцией I Тл. При этом в качестве материала постоянных магнитов образующих источник магнитного поля, использован сплав Fe-Nd-Dg обеспечивающий достаточно большое значение 1лагнитной индукции,необходимое для получения осциллисторного эффекта в креглнии в области температур выше комнатной теглпературы.pasfviepH 8 X 10 X 10 mm. The single crystal 3 is placed in a magnetic field with induction I T. At the same time, the Fe – Nd – Dg alloy, which provides a rather high value of 1-valued induction, is needed to obtain the oscillistor effect in the argon in the temperature range above room temperature, as the material of the permanent magnets forming the source of the magnetic field.

Предлагаемый датчик температуры с частотны1.5 выходом работает следующшу образом, монокристалл 3 из ВЫСОКООА-И-ЮГО кремния р-тида контактирует с окружающей средой и, следовательно, ш.юет ее те.шературу. От источника напряжения 6 на контакты 4 поступает импульс напряжения са ушлитудой 60 В, который вызывает ишкекцию электронов и дырок в йннокрясталл 3 из контактов 4. В результате в монокристалле .3 возникает электронно-дырочная плазма. Поскольку при и 60 В напряженность электрического поля Е, созданного приложенны1,5 к токовым контакта, 4 напряжением, превышает пороговое значение, зависящее от магнитной индукции В, то в монокристалле 3 возникает винтовая неустойчивость электронно-дырочной плазмы 5. При этом во внешней цепи, содержащей резистор 5 появляется переменный ток, частота которого зависит от подвижности носителей заряда в монокристалле 3 и составляет несколько сотен килогерц. Частота переменного тока с помощью резистора о определяется измерителем частоты 7. С увеш чением температуры окружающей среды подвижность носителей заряда понигшется, что приводит к уменьшению частоты колебаний тока в цепи, в которую включен кристалл 3.The proposed temperature sensor with a frequency output of 1.5 operates as follows, a single crystal 3 of HIGH-SOA-I-SOUTH silicon r-type is in contact with the environment and, therefore, shades its temperature. A voltage pulse with an amplitude of 60 V is supplied from pins 6 to pins 4, which causes ischection of electrons and holes in the crystal 3 of pins 4. As a result, an electron-hole plasma appears in .3 single crystal. Since at 60 V the electric field E generated by 1.5 applied to the current contact, 4 by voltage, exceeds a threshold value that depends on the magnetic induction of B, in the single crystal 3 there is a helical instability of the electron-hole plasma 5. Moreover, in the external circuit, containing resistor 5, an alternating current appears, the frequency of which depends on the mobility of the charge carriers in the single crystal 3 and is several hundred kilohertz. The frequency of the alternating current with the help of resistor o is determined by the frequency meter 7. With increasing ambient temperature, the mobility of the charge carriers decreases, which leads to a decrease in the frequency of oscillations of the current in the circuit into which crystal 3 is connected.

59 59

По град1уировочному графику жнейной завиоимост Я частоты колебан Ь У от температуры t °С (фйг. 2) определяется температура. При напряжении питания предложенного датчика ZJ 60 В частота генерируемых колебаний тока изменялась от 425 до 225 кГц при изiv eнeнии температуры от -10 до +55°С, чувствительность датчика составляла 3,1 кГц/°С. В общем случае чувствительность датчика и линейность выходной характериотики определяются напряжением U и пара1 ЗетрШЛИ полупроводншсоBot плазмы. Оптимальное напряжение питания U завнсит от величины расстояния меледу токовыми контшсталш 4 полупроводникового элемента 3 и уменьшается с уменьшение этого расстояния. Неизменность показаний датчика во времени при постоянной температуре определяется стабильностью состояния поверхности полупроводникового элемента. Испытания, проводившиеся в течение года, показали высокую стабильность napai-летров полупроводникового элемента. Отклонение частоты колебаний от начальных значений не выходит за пределы погрешностей измерений, которая составляет 3 %.According to the grading schedule of the daily dependence of the frequency колеб, the temperature fluctuates at the temperature t ° C (Fig. 2). The temperature is determined. At the supply voltage of the proposed ZJ sensor of 60 V, the frequency of the generated current oscillations varied from 425 to 225 kHz with a change in temperature from -10 to + 55 ° C, the sensitivity of the sensor was 3.1 kHz / ° C. In the general case, the sensitivity of the sensor and the linearity of the output characteristic are determined by the voltage U and the pair of Zetr SHLI of the semiconductor plasma. The optimal supply voltage U depends on the magnitude of the distance to the current by the contact current 4 of the semiconductor element 3 and decreases with decreasing this distance. The constant reading of the sensor over time at a constant temperature is determined by the stability of the surface state of the semiconductor element. Tests conducted over the course of the year showed high stability of napai-years of the semiconductor element. The deviation of the oscillation frequency from the initial values does not go beyond the limits of measurement errors, which is 3%.

Предложенный датчик температуры обладает следующими преимуществами. За счет использования яолулроводникового , изготовленного из высокоомного креь.иля р-и,ипа с удельны1л сопротивлением при комнатной тегшературе J 2 улучшается стабильность парилетров датчика во вреглени, повышается чувствительность датчиьса (3,1 кГц/°С по сравнению с прототипом - I кГц/°С) более че/л в три раза и достигается линейность выходной характеристики в заданном диапазоне температур. К;роме того, в настоящее BpeiAs 1фе1ший является наиболее технологичны 1 5атерйалом полупроводниковой электроники и для него разработаны на,дежные защ&1ты поверхности,The proposed temperature sensor has the following advantages. Due to the use of an ion-conductor, made of high-resistance creep or silt, with specific resistivity at room temperature J 2, the stability of the sensor parities in time is improved, the sensitivity of the sensor is increased (3.1 kHz / ° C compared to the prototype - I kHz / ° С) more than three times per liter and linearity of the output characteristic is achieved in a given temperature range. In addition, BpeiAs 1F1 is currently the most technologically advanced material for semiconductor electronics and has been developed for it with reliable surface protection,

Источники инфор лации, использованные при составленииSources of information used in compiling

Iл / / у/ V v« I ( /J fIl / / y / V v «I (/ J f

- I98I. - J 3. - С. 241-242.- I98I. - J 3. - S. 241-242.

3.Бондар В.М., Срщоренко Э.А., ФсоЕлев ВоВ. Термометр на основе осциллисторного эффекта // 1ТГЗ. - ii 4. - С. 229-230 (прототип).3.Bondar V.M., Srshchorenko E.A., FsoElev VoV. Thermometer based on the oscillistor effect // 1TGZ. - ii 4. - S. 229-230 (prototype).

4.Бондар В.М,, ВладйМйрОЕ В.В., Доскоч В.II. Тензодатчик на основе осциллдсторного эффекта // ПТЗ. - I98I. - 1й 3. - С, 244-246,4.Bondar V.M., VladMyrOE V.V., Doskoch V.II. Strain gage based on oscillator effect // PTZ. - I98I. - 1st 3. - C, 244-246,

5.Владимиров Б.В,, Волков А.Ф., Ыейлихов Е.З. Плазма полупроводников, -М.: Атом1/1здат, 1979. - 256с.5.Vladimirov B.V., Volkov A.F., Yeylihov E.Z. Semiconductor Plasma, -M.: Atom1 / 1zdat, 1979.- 256s.

Л/5& L / 5 &

Зав.патентным отделом И.И.ГоссенHead of the Patent Department I.I. Gossen

Claims (1)

1. Датчик температуры с частотным выходом, содержащий источник постоянного магнитного поля, источник напряжения, полупроводниковый монокристалл с инжектирующим и омическим токовыми контактами на противоположных поверхностях, помещенный в пространстве магнитного поля указанного источника и подключенный контактами к источнику напряжения, отличающийся тем, что в нем в качестве материала полупроводникового монокристалла использован высокоомный кремний р-типа.1. Temperature sensor with a frequency output, containing a constant magnetic field source, voltage source, semiconductor single crystal with injecting and ohmic current contacts on opposite surfaces, placed in the magnetic field of the specified source and connected by contacts to the voltage source, characterized in that it contains As a material of a semiconductor single crystal, high-resistance p-type silicon was used.
SU5056505/10U 1992-06-04 1992-06-04 Temperature sensor with frequency output RU974U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5056505/10U RU974U1 (en) 1992-06-04 1992-06-04 Temperature sensor with frequency output

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5056505/10U RU974U1 (en) 1992-06-04 1992-06-04 Temperature sensor with frequency output

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU974U1 true RU974U1 (en) 1995-10-16

Family

ID=48263330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5056505/10U RU974U1 (en) 1992-06-04 1992-06-04 Temperature sensor with frequency output

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU974U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB2107860A (en) Direct reading dosimeter
US6084406A (en) Half-cycle saturable-core magnetometer circuit
US4931729A (en) Method and apparatus for measuring strain or fatigue
US4233512A (en) Thermometer for remotely measuring temperature
US3217543A (en) Vibrated heat sensing probe
Ferrari et al. Oscillator-based interface for measurand-plus-temperature readout from resistive bridge sensors
US4986670A (en) Temperature measurement device
RU974U1 (en) Temperature sensor with frequency output
JPH0749270A (en) Temperature sensor
US3978729A (en) Circuit for monitoring temperature of high-voltage equipment
JP2009097951A (en) Temperature sensor
US4324137A (en) Temperature sensor
US3398579A (en) Circuit arrangement for temperature measurement
US3473385A (en) Thermometer for measuring very low temperatures
SU531110A1 (en) Device for measuring magnetic field
Thomson Direct reading dosimeter
SU661447A1 (en) Magnetic induction measuring device
SU544875A1 (en) Temperature measurement method
SU1747944A1 (en) Temperature meter
JPS584488B2 (en) AD Henkan Souchi
JPH03231176A (en) Vibrator type semiconductor magnetometer
US2727207A (en) Device for measuring magnetic field intensity and pole direction
SU638896A1 (en) Thermoanemometric transducer
SU565220A1 (en) Temperature sensor thermal element
SU487316A1 (en) Temperature alarm device