Способ стабилизации терморезисторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 К 7/ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ етеорологитво СССР 00, 1982 сторы. М РМОРЕЗИ к измериетения -СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Ленинградский гидромческий институт(57) Изобретение относиттельной технике. Цель из повышение стабильности терморезисторов путем интенсификации процессов их старения. Электротермотренировку в режиме импульсного нагрева материала рабочего тела терморезисторов осуществляют путем пропускания электрического тока через последовательно включенный с терморезистором токоограничивающий резистор, соиэмеряемый по величине с сопротивлением терморезистора, от источника импульсного напряжения. Терморезисторы помещают в тер"о мокамеру с температурой на 30-50 С ниже средней рабочей температуры терморезисторов, 1 ил.Изобретение относится кобластиизмерительной техники и предназначено для стабилизации характеристиктерморезисторов.Целью изобретения является повышение стабильности терморезисторовза счет интенсификации процессов ихстарения,На чертеже дано устройство, реали" 10зующее предлагаемый способ,Предложенный способ основан наэкспериментально установленном эффекте уменьшения величины дрейфа сопротивления терморезисторов после воздействия импульсного электронагревапри пропускании переменного или импульсного электрического тока. Этотэффект оказался одинаковым для разныхтипов терморезисторов, что позволяет 20сделать вывод о единстве механизмовдрейфа, определяемых процессами в их.рабочем теле. При этом указанные процессыинтенсифицируются пропорционально величине электронагрева, определяемого 25уровнем рассеиваемой мощности, а накапливаемый ими эффект ухода характеристик пропорционален величине воздействия и имеет линейную зависимостьпри небольших значениях последнего; 30при увеличении воздействия (увеличе 1ние рассеиваемой мощности или времени ее рассеяния) скорость ухода характеристик снижается, приближаясь кблизким к нулю значениям, что позволяет сделать вывод о стабилизацииуказанных характеристик после окончания воздействия.Способ осуществляется следующимобразом. 40Терморезисторы подвергают воздействию 8-10 термоциклов под электрической нагрузкой. Электрическую нагрузку обеспечивают пропусканием постоянного тока (например, через последовательно включенный токоограничивающий резистор, соизмеримый повеличине сопротивления с терморезистором) от источника постоянного напряжения, устанавливая величину рассеиваемой на терморезисторе мощностипримерно на уровне предельно допустимой мощности для данного терморезистора. При этом терморезисторы поочередно помещают в камеры тепла (с пре 5 ъдельно допустимой температурой дляданного типа резисторов) и холода(вплоть до температуры жидкого азота), а время пребывания в каждой из температур ограничивают временем релаксации величины сопротивления терморезисторов, Время релаксации зависит от приспособления (корпуса), в котором заключают терморезисторы при испытаниях, и составляет практиЧески 5-15 мин. Выдержка терморезисторов более указанного времени не приводит к дополнительному эффекту, так как установившееся значение величины их сопротивления свидетельствует о заканчивании процЕсса трещинообразования, а при меньшем времени выдержки не происходит раскрытия трещин, что не позволяет достичь эффекта устранения остаточных механических дефектов структуры рабочего тела терморезисторов.Електротермотренировку в режиме импульсного нагрева материала рабочего тела терморезисторов осуществляют путем пропускания электрического тока через последовательно включенный с терморезистором токоограничивающий резистор, соизмеримый по величине с сопротивлением терморезистора, от источника импульсного напряжения. При этом термореэисторы помещают в термоо камеру с температурой на 30-50 С ниже средней рабочей температуры терморезисторов, при которой планируется их использование в составе термоизмерительной аппаратуры.Наибольший эффект стабилизации достигается при уровне импульсной мощности, рассеиваемой на терморезисторе, равном 0,5-0,8 максимально до- пустимой мощности рассеяния (Р), длительности импульсов в диапазоне (0,05-0,2)Г и периоде их повторения (0,5-1,5) С, где Г - постоянная времени терморезисторов, При этом за время 200-500 ч воздействия в указанном режиме достигается уменьшение дрейфа характеристики до 10 град/ч и ниже для подавляющей массы терморезисторов, причем получаемая величина стабильности сохраняется и для режима эксплуатации под электрической нагрузкой до 0,1 Р где Р,ц - значение мощности рассеяния, при которой величина сопротивления уменьшается не более чем на 17 в результате нагрева терморезистора током в нормальных условиях, в отличие от нестабилизированных терморезисторов, для которых данная нагрузка удваивает скорость дрейфа характеристик по сравнению срежимом хранения, Достигаемый эффект стабилизации объясняется приближением к равновесному состоянию примесей в твердом растворе материала в соответ 5 , ствии со сформированным их распределением - максимумом концентрации вдали от термочувствительных .контактных зон структуры рабочего тела терморезисторов, Пребывание терморезисторов при пониженной температуре (на 30-50 С ниже средней рабочей) в период электротермотренировки учитывает величину перегрева рассеиваемой мощности и способствует формированию равновесного состояния для условий средней рабочей температуры. При более высоких температурах среды, в которой выдерживаютея терморезисторы при электротермотренировке, равновесное саста якие примесей в твердом растворе соответствует повьшенным (по сравнению со средней эксплуатационной) температурам и после электротермотренировки наблюдается заметный дрейф сопротив ления терморезисторов в сторону увеличения, а при более низких температурах выдержки при электротренировке наблюдается уменьшение сопротивления терморезисторов в эксплуатационных условиях.При увеличении рассеиваемой мощности до Рм резко возрастает флуктуационная составляющая дрейфа, вызываемая развитием дроцесса нового трещинообразования и накоплением эффек 35 та потенциальных механических дефектов в структуре материала терморезистора и обесценивающая тем самым проводимый перед электротермотрениров кой этап термоциклирования; а при снижении рассеиваемой мощности ниже 0,5 Р кс значительно увеличивается время достижения положительного эффекта, кроме того, недостаточно полный выход примесей из контактных зон зерен структуры приводит к тому, что в последующем режиме эксплуатации остаточная величина дрейфа со временем начинает возрастать.Уменьшение длительности импульсов электрического тока короче оговоренной ограничивает величину нагрева за время импульса, а увеличение длитель ности импульсов и приближение ее к периоду повторения импульсов уменьшает импульсные градиенты температур и соответственно эффект перераспределения концентраций примесей, к этому же приводит и уменьшение периода повторения импульсов. При увеличе .ии периода повторения импульсов пропорционально возрастает необходимое время электротериатрениравки для достижения требуемого эффекта.П р и м е р. Экспериментальные исследования проводились на парпах полупроводниковых терморезистарав, прошедших процесс естественного старения в течение 1-5 лет в -.кладских условиях. Типичный пример эффекта уменьшения величины дрейфа (стабилизации) характеристики термарезистара при интенсификации механизмов старения электронагревом путем рассеяния мощности импульсного электрического тока приведен на чертеже. Контрольная группа термарезпстарав в одной из исследованных партий в режиме естественного старения характеризовалась кривой дрейфа а-б-в, Вторая группа терморезистарав из этой же партии подвергнута электранагреву электрическим током с импульсной мощностью, равной 507. от максимальна допустимой мощности рассеяния, в течение 500 ч; усредненная зависимость дрейфа характеристик термарезистарав этой группы соответствует участку кривой а-б во время воздействия (с ц ) и участку б -в после воздействия электронагревам. Из сравнения(участков кривых б-в и б -в следует, что благодаря произведенному воздействию на терморезисторы, существенно ускорен их переход на пологий участок характеристики старения и, кроме того, относительная величина дрейфа терморезисторов, подвергнутых электронагреву, на участке б -в оказалась-5ниже (ф 10 град/ч), чем у контрольных термарезисторав на участке б-в(-210 град/ч).Формула изобретенияСпособ стабилизации термарезистаров, заключающийся в термациклировании и электратермотрениравке термарезисторов путем их нагрева при прапускании электрического тока, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, чта, с целью повышения стабильности терморезисторов за счет интенсификации про. цессов их старения, электратерматренировку терморезистарав осуществляют импульсами электрического тока в тения, а длительность импульсов тока нпериод их повторения устанавливаютравными соответственно (0,05-0,2) си (0,5-1,5)с , где Г - тепловая постоянная времени стабилизируемых терморезисторов. оставитель В.Голубевехред Л.Сердюкова Корре Редактор Л.Гратил Н.Король аказ 1281/ Тираж 60 Подпис ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москваитета ССткрытий арственного к изобретений и Ж, Раушск наб.,Производственно-полиграфическое предприяти 5 13831 чение 200-500 ч при температуре на 30-50 С ниже их средней рабочей температуры, при этом рассеиваемую на терморезисторах импульсную мощность ограничивают в пределах 0,5-0,8 мак 5 симально допустимой мошности рассея" Ужгород, ул. Проектная, 4