SU1075085A1

SU1075085A1 - Датчик экстремальных температур

Info

Publication number: SU1075085A1
Application number: SU823413178A
Authority: SU
Inventors: Юрий Михайлович Калинин; Анатолий Александрович Вилисов; Анатолий Петрович Вяткин; Николай Павлович Криворотов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4467
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1984-02-23

Abstract

Применение туннельного диода в качестве датчика экстремальных температур. (Л сд о СХ) ел

Description

Изобретение относитс к технике измерени температуры, а именно к датчикам дл измерени экстремальных температур. Известны различные типы датчиков экстремальных температур, не имеющих механической или электрической св зи с внешней средой и основанных на перемещении индикатора температуры в результате термического расщирени чувствительного элемента - жидкости или твердого тела 1 и 2. Недостатками известных датчиков вл ютс практическа невозможность их миниатюризации и необходимость использовани специальных устройств дл фиксации (запоминани ) экстремальных значений температуры. Целью изобретени вл етс упрощение датчика экстремальных температур. Эта цель достигаетс применением известного Туннельного диода, изготовленного , например, из арсенида галли , преимущественно по сплавной технологии, в качестве датчика экстремальных температур. Возможность использовани туннельного диода в качестве датчика экстремальных температур обусловлена тем, что стационарное значение его пикового тока, измеренное при фиксированной температуре Тр зависит от температуры предварительной выдержки . Эта зависимость носит гистерезисный характер. Установлено, что дл наличи гистерезиса пикового тока существенной вл етс операци сплавлени , имеюща место при изготовлении туннельных диодов. Другие операции, определ ющие модификацию технологии, такие, как вытравливание мезаструктуры, формирование омических контактов и т.д., не оказывают заметного вли ни на гистерезис пикового тока. Туннельные диоды, р - п переходы которых сформированы сплавлением, обладают значительным (до 6%) гистерезисом пикового тока. (Гистерезис пикового тока дл приборов с р - п-переходом, изготовленным эпитаксией, при тех же услови х не превышает 0,2%). На фиг. 1 показан температурный ход гистерезисных кривых дл пикового тока сплавного туннельного диода из GaAs; на фиг. 2 - калибровочна крива дл измерени экстремальных (минимальной или максимальной) температур; на фиг. 3 - схема устройства дл измерени пикового тока туннельного диода. Если туннельный диод выдержать при некоторой минимальной температуре Та и сн ть зависимость пикового тока J от температуры , измен ее от Та до некоторой произвольной величины Tj, большей обратно, то получим гистерезисную кривую (цикл Та-г-Tj- Та), приведенную на фиг. 1 (стрелками обозначен пор док изменени температуры). Повтор циклы до новых максимальных температур Т{ (вплоть до Тк) получаем семейство гистерезисных кривых. При этом участки гистерезисных кривых, соответствующие понижению температуры от Tj до Та, нигде не пересекаютс между собой и имеют одну общую точку при Т. Видно, что пиковый ток 3 (Tj), измеренный при некоторой фиксированной температуре TO, однозначно соответствует максимальному значению температуры Т дл каждого цикла, что может быть представлено в виде калибровочного графика дл измерени максимальной температуры (крива на фиг. 2). Дл сложного цикла Тд- Tj- , где TJ .(, содержащего -внутренний цикл T., величина пикового тока, измеренного при температуре , не зависит от параметров внутреннего цикла , а определ етс , как и дл цикла ,, максимальной температурой Т/. Дл практического измерени максимальной температуры предварительно прокалиброванный туннельный диод необходи.мо выдержать в течение нескольких секунд при температуре жидкого азота Т дл «стирани его пам ти к предшествующей высокой температуре и затем разместить на контролируемом объекте или в среде. При этом предполагаетс , что измер ема температура не выходит за пределы TO - TK. После окончани испытаний туннельный диод извлекают и термостатируют при температуре TO. По завершении процессов релаксации измер ют величину пикового тока tf и, пользу сь калибровочным графиком (фиг. 2) дл температуры TO, определ ют значение той максимальной температуры, которой достигал контролируемый объект за все врем испытаний. Калибровочный график (дл измерени минимальных температур строитс с помощью семейства аналогичных гистерезисных кривых (циклов на фиг. 1), участки которых, соответствующие возрастанию температуры от Ti до Т|, нигде не пересекаютс и имеют одну общую точку при Тц. Дл таких циклов пиковый ток J(Ti ) туннельного диода, измеренный при температуре Т , величина которой лежит заведомо выше интервала контролируемых температур, однозначно соответствует минимальной температуре Ti дл каждого цикла . Методика измерени минимальных температур аналогична описанной методике из.мерени максимальных температур, за исключением того, что калиброванный туннельный диод перед размещением на контролируемом объекте выдерживают при температуре жидкого азота Тд, а затем при . Так как форма кривой гистерезиса определ етс трем температурами Т, TO и Тц, то изменение одной из них приводит к изменению формы гистерезиса и требует новой калибровки прибора.

Воспроизводимость величины пикового тока туннельного диода при многократном циклировании не хуже 0,06 % при величине гистерезиса 2%. Погрешность измерени экстремальных температур 2°С.

Информаци о величине максимальной температуры в предложенном датчике может хранитьс более 20 сут. Врем запоминани не превосходит 5 с.

Регистраци пикового тока туннельного диода не вызывает значительных технических трудностей и может быть осуществлена, например, с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 3.

Устройство содержит генератор 1 пилообразного напр жени , выполненный по схеме интегратора на операционном усилителе 2 с источником 3 опорного напр жени , подключенным к входу операционного усилител 2 через токоограничивающий резистор 4, и конденсатором 5, включенным в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител 2, эмиттерный повторитель 6, выполненный на транзисторе 7 и резисторе 8 и включенный на выходе интегратора , туннельный диод 9 и измерительный резистор 10, размещенный в термостатируемом объеме II, управл емые ключи

12и 13 и регистрирующий прибор 14, в качестве которого можно использовать цифровой вольтметр с классом точности не ниже 0,01.

Запуск генератора ocyщecтвJtSeтc размыканием ключа 12, блокирующего интегрирующий конденсатор 5. Одновременно ключ

13подключает последовательно соединенные туннельный диод 9 и резистор 10 к выходу эмиттерного повторител 6. Токовый сигнал измер етс непрерывно регистрирующим прибором 14, подключенным к измерительному резистору 10; момент прохождени током максимального значени регистрируетс визуально, либо запоминаетс

регистрирующим прибором 14, если последний работает в соответствующем режиме индикации.

Применение туннельных диодов в качестве датчика экстремальных температур позвол ет существенно упростить процесс изготовлени таких датчиков, миниатюризировать их (размер туннельного диода может не превыщать 0,5 мм) и устранить дополнительные расходы на разработку вторичной измерительной аппаратуры.

J

То

Т

Тк

Те Ti фиг 2

Claims

Применение туннельного диода в качестве датчика экстремальных Температур.

§

Зи „„ 1075085

I

1075085

1