Устройство для создания одномерного теплового потока

 

Устройство относится к области тепловых испытаний и может использоваться при исследовании и контроле теплофизических свойств веществ и материалов , например теплопроводности. Цель изобретения - повьшгение точности задания теплового потока и надежности устройства. Устройство для создания одномерного теплового потока содержит основной и охранный электронагреватели , а также термочувствительные элементы, которые выполнены на общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположного матрице типа проводимости. Высокая точность задания теплового потока обеспечивается за счет эффективного выравнивания температур в зонах основного и охранного нагревателей, так как нагреватели служат датчиками температуры и обладают высокой равномерностью плотности тепловыделения. Единая технология изготовления элементов и монолитность конструкции делает ее надежной и долговечной. Устройство может быть изготовлено с заданными в пшроких пределах значениями электросопротивлений нагревателей и терморезисторов . 4 ил. § К 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (б)) 4 G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3847499/31-25 (22) 22.10.84 (46) 15.12.86. Бюл. Ф 46 (71) Ярославский государственный университет и Ордена Ленина институт общей и неорганической химии им.

Н.С.Курнакова (72) В.П.Алексеев, С.Е.Биркган, Ю.Н.Бурцев, А.С.Рудый и С.Н.Шехтман (53) 536.2(088.8) (56) Методы определения теплопроводности и температуропроводности. /Под ред. А.В.Лыкова. N. Энергия, 1973, с. 90-91, Бурцев Ю.Н. и др. Прибор для измерения коэффициента теплопровадности в интервале от -40 С до +250 С. о о

Заводская лаборатория, 1972, Ф 8, с. 1014. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОДНОМЕРНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (57) Устройство относится к области тепловых испытаний и может использоваться при исследовании и контроле теплофизических свойств веществ и материалов, например теплопровадности.

Цель изобретения — повьш ение тачности задания теплового потока и надежности устройства. Устройство для создания одномерного теплового потока содержит основной и охранный электронагреватели, а также термочувствительные элементы, которые выполнены на общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположного матрице типа проводимости. Высокая точность задания теплового патока обеспечивается за счет эффективного выравнивания температур в зонах основного и охранного нагревателей, так 3 как нагреватели служат датчиками температуры и обладают высокой равномер- Ф Ф настью плотности тепловыделения, Еди- ( ная технология изготовления элементов и монолитность конструкции делает ее надежной и долговечной. УстройстВо может быть изготовлено с заданными в широких пределах значениями электрасопротивлений нагревателей и терморезисторов. 4 ил.

127697 !

Основой конструкции является полупроводниковая матрица 1, в которой по известной технологии (путе«« диффузии или ионного легирования) созданы участки противоположного матрице типа проводимости. В цен-ре расположен участок прямоугольной формы 2, являющийся нагревателем и термочувствительным элементом одновременно.

По периметру его охватывают три других, имеющих форму разрывных прямоугольных контуров, расположенных соосно, с постоянным зазором. Первые два контура 3 и 4 имеют небольшую (О, I-0,2 мм) ширину и высокое (60100 кОм) сопротивление, Наружный контур 5 имеет большую ширину (10 мм) и сопротивление порядка нескольких сот Ом. Матрица co всеми ее структур««ья«и элементами покрыта слоем окисла 6. В тех местах, где к нагревателям и терморезисторам подводится напряжение в окисной пленке, вытравлены окна. Так на центральный нагреватель напряжение подается через ок««а 7 на его противоположных сторонах.

На терморезисторы и охранный нагреватель напряжение поступает через расположенные на концах двух контуров

3 и 4 и нижнего контура 5 окна 8, 9 и 10. Напряжение подводится по на««bLT«pHBbIM поверх окисла алюминиевым дорожкам. По дорожкам 11 питание поступает на центральный нагреватель, по дорожкам 12 — на внутренний терморезистор, по дорожкам 13 — на внешней, а по дорожкам 14 — на охра««ный нагре30

Устройство относится к тепловым испытаниям и может быть испоньзовано при исследовании и контроле теплофизических свойств материалов и веществ. 5

Цель изобретения — повышение точности задания теплового потока и надежности устройства.

Устройство состоит из размещенных в одной плоскости центрального элект- 10 ронагревателя, охватывающего его охранного электронагревателя и термочувствительных элементов, Согласно изобретению электронагреватели и термочувствительные элементы выпол- 15 нены «а общей полупроводниковой матрице в виде участков противоположногo матрице типа проводимости.

На фиг. 1 изображена вер гикальная структура устройства на фиг. 2-4 — 20 то же, послойные срезы. ватель. Конфигурация дорожек такова, что они повторяют по форме центральный и охранный нагреватели, что создает дополнительные условия для вы— равнивания температуры по поверхности, а также увеличивает площадь, находящуюся в контакте с исследуемым образцом. Все дорожки оканчиваются восьмью контактными площадками 15, расположенными с одного края матрицы.

В зависимости от требуемой точности устройство может быть односторонним либо двусторонним. В большинстве случаев перепад температур на матрице по сравнению с перепадом температур.на образце оказывается пренебрежимо малым, а односторонняя конструкция вполне удовлетворительной.

В процессе работы на центральный нагреватель подается такое напряжение, что в нем выделяется постоянная мощность. Создаваемое нагревателем температурное поле и тепловой поток .будут однородными в силу структурной однородности самого нагревателя. Для устранения тепловых потерь двух контуров 3 и 4 измеряется перепад температуры в плоскости нагревателя. Пропорциональный ему сигнал подается на вход регулятора, управляющего ох— раиным нагревателем. Выделяемая при этом в охранном нагревателе мощность выравнивает температурное поле и устраняет тепловые потери.

Бь«л изготовлен экспериментальный источник тепла со следующими характеристиками: материал — кремний; центральный нагреватель, площадью, 8 х 8 мм, электросопротивление р

100 Ом, терморези"торы: ширина О, 2мм, расстояние от нагревателей 0,2 мм, расстояние друг от друга 0,6 мм, электросопротивление Р 80 Ом охранный нагреватель — ширина 8 мм, электросопротивление 80 Ом, толщина окисла 1 мкм, толщина металлизации 3мкм; мощность централь «ого нагревателя

0%1 Вт.

Для предохранения источника от ме".панических повреждений он помещается в фторопластовую оправу с отверстиями для исследуемых образцов.

Высокая точность задания теплового потока обеспечивается за счет высокой равномерности плотности тепловыделения по поверхности электронагревателей„ за счет эффективного выравнивания их температур и возможз 1 ности выбора оптимальных значений удельных электросопротивлений элементов устройства. Единая технология изготовления основного, охранного электронагревателей и терморезисторов, а также монолитность конструкции обеспечивают высокую надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство для создания одномерного теплового потока, содержащее

276971 4 центральный и окружающий его охранный электронагреватели с термочувствптельными элементами, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности задания теплового потока и надежности устройства, электронагреватели и термочувствительные элементы выполнены на общей полупроводниковой матрице в виде

10 участков противоположного матрице типе проводимости с постоянным по площади удельным сопротивлением.

3 11 7

1276971

Составитель Ь 3етроградскии

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Редактор В. Ковтун

Заказ 6660/36 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35„ Раушскан наб., д. 4/5

Подписное

II оизводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4