Файл: Кривоносов, А. И. Полупроводниковые датчики температуры.pdf

А. II. КРИВОНОСОЕ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

«ЭНЕРГИЯ»

■■ ' м ѳ е | в л 1974

Контрольный ЗлЗіМПЛЙР

нения разброса температурных характеристик цепей с полупроводниковыми приборами.

В гл. 2 получена общая линейная тепло­ физическая модель полупроводникового при­ бора и приведена динамическая структурная

функции выходных параметров полупроводни­ кового прибора по отношению к различным воздействиям. Получены структурные схемы и передаточные функции различных типов полу­ проводниковых приборов, а также определены зависимости коэффициентов передаточных функций от начальных условий работы. При­ ведены методы уменьшения тепловой постоян­ ной времени и дана сравнительная оценка.

В гл. 3 рассмотрены некоторые практи­ ческие термочувствительные устройства с по­ лупроводниковыми приборами, в том числе датчики температуры с усилительными ка­ скадами, частотные термопреобразователи, устройство для измерения температуры по­ верхностных слоев вращающихся частей ма­ шин и т. д.

Практическим устройствам дистанционного контроля температуры и термокомпенсаторам с полупроводниковыми термочувствительными элементами посвящена гл. 4.

Целью данной книги является системати­ зация, обобщение и переработка имеющегося материала, касающегося вопросов применения датчиков температуры с р-п переходами, воп­ росов температурной компенсации.

Автор благодарен редактору данной рабо­ ты доктору техн. наук, профессору Н. П. Уда­ лову. Данная работа, видимо, не лишена недо­ статков и автор заранее признателен всем читателям, которые сочтут возможным при­ слать в издательство свои отзывы и критиче­ ские замечания, по адресу: 113144, Москва, М-114, Шлюзовая набережная, Д. 10, Изда­ тельство «Энергия»,

Автор

ВВЕДЕНИЕ

Температура является одним из важнейших парамет­ ров, характеризующим протекание множества процес­ сов в промышленности. Это определило большой объем работ, ведущихся уже многие десятки лет в направле­ нии создания методов и средств 'измерения температу­ ры. Развитие техники требует от всех средств контроля и управления, в том числе и от термометрических устройств, все более высокой точности и надежности. Это, в свою очередь, приводит к поискам новых прин­ ципов измерения, новых материалов, усовершенствова­ нию известных устройств и методов. В зависимости от того, какое физическое свойство тела термочувствитель­ ного элемента используется при измерении его темпера­ туры, применяют различные типы датчиков. В качестве термометров сопротивления используют металлические и полупроводниковые резисторы. Полупроводниковые датчики температуры обладают незначительными раз­ мерами и весом, малой инерционностью и высокой чув­ ствительностью (л. 1, 2, 7, 29, 30, 42—44, 53, 57, 58, 114,

117, 120, 121, 137, 146, 149, 162, 163].

Полупроводниковые терморезисторы в настоящее время получили широкое распространение. К ним отно­ сятся полиюристаллические терморезисторы, представ­ ляющие собой смеси окислов различных металлов, ко­ торые характеризуются большими отрицательными тем­ пературными коэффициентами сопротивления от 3 до 6% на градус. Выпускаемые в настоящее время термо­ резисторы прямого и косвенного подогрева обладают значительным разбросом характеристик от образца к образцу, недостаточно широким рабочим диапазоном температур, нелинейностью температурной характери­ стики. В последнее время развернулись работы по соз­ данию новых полупроводниковых термочувствительных элементов, устраняющих в значительной мере названные недостатки.

5

Рассмотрим інекоторые разработанные в последние годы 'И разрабатываемые в настоящее время полупро­ водниковые датчики температуры. Основные статические характеристики этих датчиков приведены в таблице.

Представляют интерес полупроводниковые терморе­ зисторы на основе органических материалов [Л. 74, 86, 90, 118, 123, 124]. Температурный коэффициент удельно­ го электрического сопротивления для всех изученных органических материалов отрицателен, причем для орга­ нических полимеров с полупроводниковыми свойствами имеет место, как и в случае неорганических полупровод­ ников, экспоненциальная зависимость удельного элект­ рического сопротивления от температуры.

Органические терморезисторы обладают рядом пре­ имуществ. Так, например, при температурном диапазо­ не работы до 1000°К они практически нечувствительны к радиоактивным излучениям, а также имеют малую чувствительность к концентрациям различного рода примесей, что значительно облегчает получение термо­ резисторов с идентичными температурными и вольтампернымн характеристиками. По-видимому, для термо­ резисторов, изготовленных на основе органических полимеров различной структуры, при использовании определенных технологических приемов можно обеспе­ чить получение различной термочувствительности и вольт-амперных характеристик заданного вида. Чувстви­ тельность рассматриваемых терморезисторов к темпера­ туре по коэффициенту В может составлять до 10 000°К- Естественно предположить, что в будущем удастся изго­ товить терморезисторы с еще большей термочувствитель­ ностью. Для изготовления органических терморезисторов брались таблетки, прессованные из порошков цикличе­ ских полинитрилов, диаметром 6—8 и толщиной 0,5— 2 мм. Был обеспечен хороший контакт по всей поверх­ ности двух противоположных плоскостей таблетки. Про­ веденные испытания показали, чтопри повышении и понижении температуры окружающей среды в диапазоне 293— 1 073°К при повторении нескольких циклов имела место хорошая воспроизводимость показаний. Были из­ готовлены также терморезисторы на основе низкомоле­ кулярных органических полупроводников из простых и ион-радикальных солей тетрацианхинондиметана с раз­ личными алкил- и аралкил-замещенными бис-четвертич­ ными катионами дихинолиния и фенатролиния [Л. 90].

6

7