Термометр сопротивления

Авторы патента:

Резчикова Инесса Игоревна (RU)

Москалева Наталия Николаевна (RU)

Логинова Светлана Владимировна (RU)

Тимофеев Борис Васильевич (RU)

G01K7/16 - с использованием резистивных термоэлементов (резисторы как таковые H01C,H01L)

Владельцы патента RU 2513654:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (RU)

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины. Заявлен термометр сопротивления, содержащий изолирующую подложку, адгезионный слой из тугоплавкого металла, тонкопленочный чувствительный элемент из меди толщиной 1,5-2,5 мкм, защитные слои и контактные площадки. Тонкопленочный чувствительный элемент и контактные площадки расположены на адгезионном слое. Защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0.09-0.1 мкм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводяший слой. Зона перекрытия токопроводяшего узла с терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм. Тонкопленочный чувствительный элемент выполнен из меди с добавкой никеля, концентрацией от 0,01 до 0,2 процента от массы. Технический результат - повышение точности определения температуры. 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении в технологии изготовления термометров сопротивления с заданным температурным коэффициентом сопротивления (α).

Известен чувствительный элемент термометра сопротивления (ЧЭ) (патент №2222790 RU, 27.01.2004 г.), который выполнен в виде многослойной структуры Сu-Сr-Сu с температурным коэффициентом сопротивления - 3,90 10^-3 1/гр.

Недостатком известного ЧЭ является температурный коэффициент сопротивления величиной только 3,90 10^-3 1/гр.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является термометр сопротивления с α=4,05 10^-3 1/гр. (патент №2158419 RU, 27.10.2000 г.), содержащий тонкопленочный, медный чувствительный элемент термометра сопротивления с защитными слоями, снабженный контактами из меди и расположенный на поверхности изолирующей подложки, у которого терморезистор и контактные площадки расположены на адгезионном слое из тугоплавкого металла, защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0.09-0.1 мкм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводяший слой, причем зона перекрытия токопроводяшего узла с терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм.

Недостатком известного термометра сопротивления является ограничение его применения в измерительных системах, где используются платиновые термометры сопротивления с α величиной (3,91±0,05) 10^-3 1/гр. и (3,85±0,05) 10^-3 1/гр.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в получении хорошо воспроизводимого и стабильного значения α с величиной (3,91±0,05) 10^-3 1/гр. и (3,85±0,05) 10^-3 1/гр. и Ro, соответствующим значениям, указанным в ГОСТе для платины и замене платиновых термометров сопротивления, изготовленных из драгметалла, в диапазоне температур: -200°С до +200°С.

Указанный технический результат достигается тем, что в термометре сопротивления, содержащем тонкопленочный медный ЧЭ с защитными слоями, снабженный контактами из меди и расположенный на поверхности изолирующей подложки, у которого терморезистор и контактные площадки расположены на адгезионном слое из тугоплавкого металла, защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0,09-0,1 мкм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводящий слой, причем зона перекрытия токопроводящего узла с терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм, ЧЭ выполнен в виде меди с добавкой никеля. Содержание никеля в зависимости от необходимого α - (3,91±0,05)·10^-3 1/гр. или (3,85±0,05)·10^-3 1/гр. колеблется от 0,01 до 0,2 мас.%.

Изобретение поясняется фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 и 2 показан термометр сопротивления, вид сверху и сбоку соответственно.

Термометр сопротивления представляет собой подложку 1 из изоляционного материала (например, ситалл, сапфир, поликор), на которой на адгезионном слое 2 расположен ЧЭ 3, выполненный в виде меди с добавкой никеля в форме меандра 4, снабженный подстроечными шунтирующими перемычками 5, и контактные площадки 6. Сверху ЧЭ покрыт защитным слоем хрома 7 толщиной 0,09-0,1 мкм и слоем неорганического диэлектрика, диоксида кремния 8, в котором вскрыты "окна", куда нанесен проводящий слой никеля или золота для контактного узла.

В процессе изготовления на подложку 1 методом магнетронного распыления в вакууме наносят подслой хрома и резистивную смесь меди с никелем толщиной не менее 1,5 мкм, при этом концентрация никеля в меди в зависимости от необходимого α (3,91±0,05)·10^-3 1/гр. или (3,85±0,05)·10^-3 1/гр. колеблется от 0,01 до 0,2 мас.%. Методом контактной фотолитографии формируют терморезистор 3 и контактные площадки 6, проводят термостабилизирующий отжиг. Затем с помощью магнетронного распыления наносят защитный слой хрома 7 толщиной 0,09-1,0 мкм и методом фотолитографии формируют меандр и контактные площадки с перекрытием 2-6 мкм по периметру элементов. После этого наносят слой неорганического диэлектрика - диоксида кремния 8 и методом фотолитографии формируют «окна» в области контактных площадок. Далее ионноплазменным распылением наносят проводящий слой никеля, методом фотолитографии формируют контактный узел и облуживают. Следующий этап включает подгонку в номинал ЧЭ с помощью лазера, разделение подложки на модули (кристаллы) путем механического скрайбирования и пайку токовыводов. После монтажа и подгонки на термометр сопротивления наносится слой органического покрытия для защиты его от воздействия окружающей среды.

На фиг.3 приведена зависимость температурного коэффициента сопротивления от концентрации никеля в меди для пленок, толщиной (1,5-2,5) мкм, на подложке из сапфира, полученная экспериментальным путем. Исходя из полученного результата, определили необходимую концентрацию никеля в меди (0,01-0,2) мас.%, соответствующей α - (3,96-3,8)·10^- 1/гр.

Проведенные исследования и испытания термометров сопротивления на основе меди с добавкой никеля показали, что разработанная конструкция позволяет получить хорошо воспроизводимые и стабильные значения α (3,91±0,05)·10^-3 1/гр. или (3,85±0,05)·10^-3 1/гр. и Ro, соответствующим значениям, указанным в ГОСТе. Температурное (100 ч при 180°С) воздействие на датчики не привело к изменениям значений Ro и α.

Изготовление разработанных термометров сопротивления может осуществляться серийно по групповой технологии при минимальных затратах ручного труда.

Термометры сопротивления могут быть использованы для измерения и регулирования температуры поверхности элементов конструкций, спокойных газов и потока жидкости в трубопроводах малого диаметра в диапазоне температур: -200°С до +200°С.

Термометр сопротивления, содержащий изолирующую подложку, адгезионный слой из тугоплавкого металла, тонкопленочный чувствительный элемент из меди толщиной 1,5-2,5 мкм, защитные слои и контактные площадки, тонкопленочный чувствительный элемент и контактные площадки расположены на адгезионном слое, защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0.09-0.1 мкм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводяший слой, причем зона перекрытия токопроводяшего узла с терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм, отличающийся тем, что тонкопленочный чувствительный элемент выполнен из меди с добавкой никеля, концентрацией от 0,01 до 0,2 процента от массы.

Похожие патенты:

Способ измерения температуры // 2509990

Изобретение относиться к термометрии и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.

Способ изготовления термопреобразователя сопротивления // 2509989

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред. Заявлен способ изготовления термопреобразователя сопротивления, согласно которому после герметизации стеклянного чехла с установленным внутри термочувствительным элементом кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стекла, удаляют кассету в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух.

Датчик контроля дискретных уровней жидкости с функцией измерения температуры и контроля массового расхода жидкой среды // 2506543

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным измерителям уровня, и может быть использовано для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности.

Температурный датчик, способ изготовления и соответствующий способ сборки // 2500994

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры газов автотранспортных средств. Заявлен температурный датчик, содержащий термочувствительный элемент (3), периферический кожух (7) с закрытым концом (9), в котором находится термочувствительный элемент (3).

Устройство для определения температуры сахаросодержащих корнеплодов // 2493545

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного определения температуры сахаросодержащих корнеплодов на двух различных глубинах обрабатываемого материала в процессе инфракрасной сушки.

Датчик температуры // 2492437

Изобретение относится к области термометрии может быть использовано для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях.

Устройство для измерения температуры // 2492436

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов. .

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства // 2476836

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. .

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства // 2476835

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей.

Способ измерения температуры термопарами, измерительная информационная система для его осуществления и температурный переходник // 2475712

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей. .

Технология изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления (варианты) // 2519834

Область применения: системы измерительной техники. Сущность изобретения: предлагаются варианты изготовления серии чувствительных элементов из участков моноспирали или прямого термочувствительного провода с заданными параметрами сопротивления, осуществляют подгонку параметра пробной группы из партии готовых чувствительных элементов к номинальному значению, а затем в выбранном режиме осуществляют подгонку всей партии. Причем подгонку номинала пробной группы чувствительных элементов осуществляют методом электрического сканирования либо сканированием сфокусированным лазерным лучом выводов биспирали. При этом, при «минусовом» допуске, подгонку также осуществляют дополнительным травлением керна с чувствительным элементом либо, если чувствительный элемент в вакуумированном корпусе не касается стенок последнего, подгонку осуществляют посредством частичного выпаривания чувствительного элемента пропущенным по нему током повышенного напряжения. Положительный эффект: высокая технологичность подгонки сопротивления чувствительных элементов к номинальному значению при массовом производстве термопреобразователей сопротивления. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

Резистивный датчик температуры // 2521726

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры. Первый элемент (6) датчика температуры состоит из первого измерительного участка, а второй элемент (7) датчика температуры состоит из второго измерительного участка. Причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное тепловое расширение, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями (а, с) расширения. Проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Датчик температуры для измерения температуры тела // 2525568

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений температуры тела. Датчик температуры изготавливается из нескольких слоев, где первый слой имеет центральный нагревательный элемент, встроенный в него. Второй слой, скрепленный с первым, имеет, по меньшей мере, один первый терморезистор, встроенный в него, для измерения первого значения температуры. Третий слой имеет, по меньшей мере, один второй терморезистор, встроенный в него, отделенный от первого терморезистора, для измерения, по меньшей мере, одного второго значения температуры. Данный третий слой приспособлен находиться в контакте с кожей тела для проведения тепла, исходящего от тела, сквозь указанные слои. Разница между первым и вторым значениями температуры обозначает тепловой поток от тела. Тепло, испускаемое центральным нагревательным элементом, настраивается противоположно тепловому потоку до достижения нулевого теплового потока, где температура в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке указывает значение температуры тела. Данные слои являются слоями ткани. Технический результат - повышение точности измерения температуры тела. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Многоканальное устройство для измерения температуры // 2526195

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине, три усилителя, соединенные последовательно, схему управления (СУ), восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП). Другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП. Позиционные выводы первого и второго МОЭП объединены попарно и подключены к ТС. Позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине. Полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя. Также введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП. Позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к ЗР. Полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя. Второй усилитель выполнен с переключаемым восьмым МОЭП коэффициентом усиления. Выходы СУ соединены входами разрешения и адреса всех МОЭП. Технический результат - повышение точности данных измерений. 1 ил.

Способ для определения неисправности датчика температуры и устройство формирования изображения, использующее его // 2546722

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения. Согласно заявленному способу обнаруживают фактическую температуру устройства фиксации и входное напряжение. Вычисляют величину изменения фактической температуры в заданный период времени. Сравнивают обнаруженное входное напряжение и заданное напряжение. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения первой опорной температуры, если входное напряжение больше, чем заданное напряжение. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения первой опорной температуры. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения второй опорной температуры, если входное напряжение меньше или равно заданному напряжению. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения второй опорной температуры. Технический результат - повышение точности определения неисправности датчика температуры. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Цифровой измеритель температуры // 2549255

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры контактными резисторными датчиками в окружающей среде и в технологических процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения динамической погрешности измерения, обусловленной тепловой инерцией датчика, снижения случайной и систематической погрешностей вторичного измерительного преобразователя схемно-алгоритмическим способом. Измеритель выполнен в составе измерительного моста 1, блока преобразования и обработки 2 и источника питания 3. Измерительный мост содержит два датчика температуры и четыре образцовых резистора, соединяющих шесть вершин моста в последовательности: первая вершина, первый датчик, третья вершина, первый образцовый резистор; четвертая вершина, второй образцовый резистор, и вторая вершина, второй датчик температуры, пятая вершина, третий образцовый резистор, шестая вершина, четвертый образцовый резистор, первая вершина. Первая и вторая вершины соединены с выходами источника питания 3, а другие четыре вершины поданы на входы блока преобразования и обработки 2. При этом образцовые резисторы могут быть выполнены переменными и программно управляемыми. Блок преобразования и обработки 2 выполнен в составе четырех аналого-цифровых преобразователей 4-7 с дифференциальными входами и микропроцессора 8, входы и выходы которого подключены, соответственно, к цифровым выходам и цифровым входам каждого из аналого-цифровых преобразователей. При этом аналоговые входы аналого-цифровых преобразователей соединены последовательно в кольцо таким образом, что первый вывод входа каждого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым выводом входа другого аналого-цифрового преобразователя и одним из четырех входов блока преобразования и обработки. Блок преобразования и обработки 2 также может быть выполнен в составе последовательно соединенных коммутатора 9, аналого-цифрового преобразователя 10 и микропроцессора 11. При этом вход и выход микропроцессора подключены, соответственно, к цифровым выходу и входу аналого-цифрового преобразователя, дифференциальный вход которого подключен к дифференциальному выходу коммутатора, четыре дифференциальных входа которого являются входами блока преобразования и обработки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Интерфейсный модуль контроля температур // 2562749

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных ключей (ЭК) 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6. Дополнительно введен второй канал контроля 5, представленный термопреобразователями сопротивления 1, опорными резисторами 2 и эталонными резисторами 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для измерения криогенных температур // 2602400

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для криогенных температур. Предложено устройство для измерения криогенных температур, содержащее термометр сопротивления, образцовый резистор и источник тока, подключенный к токовому входу термометра сопротивления. Источник тока выполняется регулируемым в виде операционного усилителя, к прямому входу которого подключен один выход источника образцового напряжения, а к инверсному - потенциальный выход термометра сопротивления. Второй потенциальный выход термометра через повторитель соединен со вторым выходом источника образцового напряжения, а токовый выход термометра сопротивления подключен к образцовому резистору и место его подключения является выходом устройства. Технический результат - повышение точности измерения криогенных температур и упрощение схемы устройства. 1 ил.

Интеллектуальное средство измерений температуры // 2617458

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для увеличения длительности межкалибровочного интервала (МКИ) интеллектуального средства измерений температуры. Интеллектуальное средство измерений температуры (ИСИТ) содержит термочувствительный элемент, включающий два термометра сопротивления, а также блок измерения и обработки, подключенный к термочувствительному элементу. Термометры сопротивления имеют различную чувствительность к основному фактору, влияющему на изменение градуировочной характеристики по мере старения термочувствительного элемента. ИСИТ дополнительно снабжено нагревателем термочувствительного элемента и источником его питания, обеспечивающими в диапазоне рабочих температур одновременный одинаковый нагрев двух термометров сопротивления термочувствительного элемента относительно рабочей температуры на значение, превышающее утроенную допустимую погрешность измерения температуры. Источник питания нагревателя соединен с блоком измерения и обработки. Технический результат - обеспечение автоматической оценки уровня составляющих погрешности, не входящих в состав критической составляющей. 3 ил.

Способ определения температурного поля // 2622094

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например карбонизации, для определения температурных полей внутри печи. Предложен способ определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи при нагреве, заключающийся в том, что в область пространства рабочего объема печи помещают датчик температурного поля разового использования и создают подлежащее определению температурное поле, воздействующее на датчик температурного поля. После прекращения воздействия температурного поля на датчик температурного поля определяют характеристики датчика температурного поля, зафиксированные элементами датчика под воздействием температурного поля. Определяют температуру в области пространства расположения элементов датчика, а по значениям температуры и значениям координат точек определения температуры в области пространства рабочего объема печи судят о распределении температурного поля в рабочем объеме печи. Причем датчик температурного поля, выполненный в виде гибкой электропроводящей нити на основе углерода, состоящей из элементов, образующих единое целое в составе нити и фиксирующих максимальную температуру в области пространства их расположения из диапазона температур создаваемого температурного поля, размещают в области пространства рабочего объема печи с последующим заполнением рабочего объема печи химически инертной к датчику средой. Температуру создаваемого температурного поля задают в диапазоне от 600 до 3000°C и определяют значения электрического сопротивления по длине датчика в выбранных точках, соответствующих точкам с координатами точек определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи, с точностью по длине от 0,4 мкм. Определяют значения температур в выбранных точках по длине датчика путем сравнения полученных результатов электрического сопротивления датчика с предварительно построенной градуировочной кривой зависимости электрического сопротивления датчика от температуры и на основе определенных ранее значений температур в выбранных точках и координат этих точек, соответствующих координатам точек определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи, определяют температурное поле в области пространства рабочего объема печи с точностью по температуре до 0,267×10-7°C. Технический результат - повышение точности измерения температурного поля. 8 табл., 16 ил.