Датчик температуры с частотным выходом

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1)972258Опубликовано 07.11.82. Бюллетень41Дата опубликования описания 17.11.82 по делам изобретений и отнрытий(71) Заявитель Воронежский политехнический институт(54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ Изобретение относится к термометрии.Известен преобразователь температуры в частоту, содержагций генератор импульсов на тиристоре и терморезистор, включенный в цепь управляющего электрода тиристора 1 .5Однако такой преобразователь обладает су 1 цественным разбросом выходной характеристики.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик тем О пературы с частотным выходом, содержащий термочувствительный элемент в виде однопереходного тра нзистора, выполненного на нитевидном кристалле полупроводника и включенного в схему релаксационного генератора 12.15Частота колебаний, генерируемых релаксационным генератором в таком датчике, определяется емкостью С и резистором К в цепи генератора, а также коэффициентом деления Г20Р 1(1) где К, и К - сопротивления базы один и базы два однопереходного транзистора соответственно. Период колебаний релаксационного генератора определяется соотношениемТ- К С Гп - , - , - (о) где (.)вкл - напряжение включения однопереходно го транзистора, определяемое через напряжение Е источника питания, коэффициент деления ) и напряжение 1)11 на открытом эмиттерном переходе1 вкл = 11 е + )-)е (3)Основным недостатком датчика является малая чувствительность к изменению температуры, которая, как следует из приведенных выше соотношений, зависит от двух параметров - коэффициента деления г) и напряжения Ц. Температурные уходы коэффициента г( из-за одинакового температурного коэффициента сопротивления (ТКС) баз (сопротивлений К, и Ке) крайне малы и связаны в основном с неоднородностью материала по длине кристалла. Значение дг 1 обычно не превышает 0,01%К . Температурный дрейф напряжения 1) также весьма мал.Цель изобретения - повышение чувствительности датчика.Поставленная цель достигается тем, что в датчике температуры с однопереходным транзистором, выполненным на нитевидном кристалле полупроводника и включенным в схему релаксационного генератора, нитевидный кристалл полупроводника жестко укреплен на подложке из двух материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, граница раздела которых совпадает с областью эмиттера однопереходного транзистора.При этом температурный коэффициент линейного расширения одного из материалов подложки больше, а другого меньше температурного коэффициента линейного расширения полупроводника.Повышение чувствительности датчика обеспечивается путем изменения величины коэффициента 11 при изменении температуры, используя тензочувствительность нитевидного кристалла полупроводника. На фиг. 1 представлен термочувствительный элемент датчика, вид сбоку; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг, 1; на фиг. 3 - схема релаксационного генератора.Датчик температуры с частотным выходом содержит термочувствительный элемент в виде однопереходного транзистора 1, выполненного на нитевидном кристалле 2 полупроводника (кремния р-типа с ориентацией оси роста (1 П) . К нитевидному кристаллу 2 изготавливают три точечных контакта 3 - 5 с присоединенными электродами для включения в электрическую цепь. 20 25 зо В средней части кристалла (точечный конронно-дырочный переход может быть сфор.мирован одним из известных способов,Нитевидный кристалл 2 жестко укрепленна подложке 8 специальным клеем с больи 10, образованных материалами с различными температурными коэффициентами 5 О линейного расширения (ТКЛР). Граница 11 раздела материалов подложки 8 совпадает с местоположением среднего контакта 4, т. е. с областью эмиттера одно- переходного транзистора 1. ТКЛР части 9 материала подложки 8 на максимально воз 55 можную величину меньше ТКЛР кремния, В качестве материала части 9 можно использовать, например, кварц, ТКЛР кототакт 4) сформирован электронно-дырочный переход, образующий область эмиттера однопереходного транзистора 1, которая разделяет кристалл на два участка: база один 6 и база два 7 однопереходного транзистора. Омические точечные контакты 3 и 5 изготовляют точечной сваркой. Элект. например методом диффузии, вплавленияи т. д. шим коэффициентом передачи деформации, например, на основе стекол (ситаллы и другие) или керамик с последующим высоко- температурным отжигом. Подложка 8 состоит из двух частей 9 51 О15 рого равен 0,585 10 6 К, а ТКЛР кремния равен 2,33 10 6 К . ТКЛР части 10 материала подложки 8 выбирается на максимально возможную величину больше ТКЛР кремния. Для части 1 О можно использовать, наприме, эбонит, ТКЛР которого равен 84 2 10 КТыльной стороной подложки 8 датчик температуры клеем, с возможно меньшим коэффициентом передачи деформации, укрепляется на детали, температура которой подлежит контролю (не показано).Однопереходный транзистор 1 включен в схему релаксационного. генератора с резистором К (12) и конденсатором С ( 3), период колебаний которого определяется соотношением (2).Датчик температуры работает следующим образом.При изменении температуры на ЛТ сопротивление базы один изменяется на величинуМ,=С(т) (-,-Ы.,) дт Р, К(т), (4)а сопротивление базы два изменяется на величинудк =С(т)(м 2 ар) дТР К(Т), (5)где С(Т) - коэффициент передачи деформации от подложки 8 книтевидному кристаллу 2,вызванной изменением температуры;( и с - температурные коэффициенты линейного расширения материалов подложкина участках 9 и 1 О и нитевидного кристалла 2соответственно;К 1 и К 2 - сопротивления баз один идва, т. е. участков 6 и 7 монокристаллического полупроводника кремния;К (Т) - коэффициент тензочувствительности нитевидного кристалла, зависящий от температуры,Так как ы,(Ы,а Ыд ) то дК (ЬК.Это ведет к такому изменению величиныкоэффициента 1, что изменение составляющей 11 Е слагается с изменениеми ведетсогласно (3) к значительному изменениюнапряжения включения Ьщ.Период колебаний релаксационного генератора меняется в соответствии с изменением 1 в в зависимости от величины измеряемой температуры.Т КС 1 п --1:Ч - иди (6)В предлагаемом датчике температуры изменение величины 1 с температурой достигает до 1,3%К , что приводит к увеличению чувствительности более чем в 100 раз по сравнению с известным.972258 Формула изобретения г. 7 Составитель В. Гол Техред И. Верес Тираж 887 ПИ Государственного комитет о делам изобретений и откр Москва, Ж - 35, Раушская н П Патент, г. Ужгород, ул.1. Датчик температуры с частотным выходом, содержащий термочувствительный элемент в виде однопереходного транзистора, выполненного на нитевидном кристалле полупроводника и включенного в схему рела ксационного генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, нитевидный кристалл полупроводника жестко укреплен на подложке, выполненной из двух материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, граница раздела которых совпадает с областью эмиттера одно- переходного транзистора. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что температурный коэффициент линейного расширения одного из материалов подложки больше, а другого меньше температурного коэффициента линейного расширения полупроводника. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР723395, кл. б 01 К 7/14, 976. 2. Ерофеева И, А. Импульсные устройства на однопереходных транзисторах. М., Связь, 1974, с, 17 (прототип).