Технология изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления (варианты)


 


Владельцы патента RU 2519834:

Саитов Шамиль Фаизович (RU)

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.

 

Изобретение относится к области разработки микроминиатюрных малоинерционных систем измерения и анализа жидких и газообразных сред, в частности - микроминиатюрных датчиков температуры.

Известен способ изготовления термочувствительного элемента (ПНР, №112705, G01К 1/00, 1982), включающий операцию изготовления спиралевидного провода и размещения его в канал керамического изолятора, засыпку канала теплопроводным изоляционным порошком, подгонку сопротивления термочувствительного элемента до номинального значения при реперной температуре и герметизацию концов термочувствительного элемента.

К недостатку известного способа относится низкая технологичность изготовления чувствительного элемента и неэффективность подгонки его сопротивления до номинального значения, обусловленные тем, что готовую спираль снимают с керна и укладывают в керамический цилиндр вручную. Концы цилиндра герметизируют в процессе вакууммирования цилиндра, а подгонку сопротивления до номинального значения осуществляют по оставленному снаружи выводу витка спирали. Что малоэффективно при массовом производстве подобных датчиков. Кроме того, применение массивного керамического корпуса с теплоизоляционным порошком приводит к увеличению массы корпуса готового термопреобразователя, а следовательно, и к увеличению его постоянной времени τ измерения, то есть к снижению точности измерений. Причем для изготовления термочувствительного элемента в известной технологии применяется дорогостоящий платиновый провод.

Известен микроминиатюрный термочувствительный датчик 700 Series Platinum RTDs (Honeywell, США, 2005 г.), технология изготовления которого отличается от предыдущей тем, что его спираль изготавливается методом платинового напыления в керамическом корпусе. Готовый термочувствительный элемент заливается теплопроводной пастой и герметизируется. Подгонка номинального сопротивления термочувствительного элемента осуществляется постепенным уменьшением длины концов выступающих из корпуса проводников.

Данная технология более эффективна при массовом производстве. Однако данный термочувствительный датчик малоэффективен в практическом применении. Так, для использования в условиях повышенного давления толщину корпуса известного датчика необходимо увеличивать, что в свою очередь приводит к увеличению его постоянной времени τ измерения, а следовательно - к снижению его чувствительности.

Задачей настоящего изобретения является повышение технологичности изготовления и подгонки сопротивления чувствительного элемента до номинального значения при массовом производстве термопреобразователей сопротивления.

Поставленная задача решается следующим образом.

По варианту 1 в соответствии с технологическим процессом изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления, включающем операции изготовления чувствительного элемента в виде, как минимум, моноспирали, методом навивки термочувствительного провода на керн с последующим отжигом полученной спирали, химическим вытравливанием керна, подгонку номинального сопротивления чувствительного элемента, установку его в корпусе и герметизацию, согласно изобретению непрерывную моноспираль разбивают на последовательность участков с заданным параметром сопротивления, которые затем спирализуют на керне в биспираль с последующей подгонкой сопротивления биспирали до номинального значения, причем подгонку осуществляют сканированием параметра по первому витку моноспирали от конца биспирали. При этом подгонку сопротивления чувствительного элемента, при «минусовом» допуске от номинального значения - осуществляют дополнительным травлением керна с биспиралью, либо, при условии, что чувствительный элемент установлен в корпусе не касаясь внутренних стенок последнего, подгонку к номинальному значению осуществляют посредством частичного выпаривания биспирали пропущенным по ней током повышенного напряжения либо посредством выпаривания ровного участка провода - вывода от биспирали - фокусированным лазерным лучом.

Либо, по варианту 2, также в соответствии с технологическим процессом изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления, включающем операции изготовления чувствительного элемента в виде, как минимум, моноспирали, методом навивки термочувствительного провода на керн с последующим отжигом полученной спирали, химическим вытравливанием керна, подгонку номинального сопротивления чувствительного элемента, установку его в корпусе и герметизацию, согласно изобретению термочувствительный провод разбивают магнитными метками на последовательность участков с заданным параметром сопротивления, которые затем спирализуют на керне в биспираль с последующей подгонкой сопротивления биспирали до номинального значения, причем подгонку осуществляют сканированием параметра по прямому участку провода от конца биспирали.

При этом так же, как и по варианту 1 изобретения, подгонку сопротивления чувствительного элемента, при «минусовом» допуске от номинального значения, осуществляют дополнительным травлением керна с биспиралью, либо, при условии, что чувствительный элемент установлен в корпусе не касаясь внутренних стенок последнего, подгонку к номинальному значению осуществляют посредством частичного выпаривания биспирали пропущенным по ней током повышенного напряжения либо посредством выпаривания ровного участка провода - вывода от биспирали - фокусированным лазерным лучом.

Предложенное изобретение обеспечивает высокую технологичность изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления по сравнению с известными аналогами.

Подгонка сопротивления к номинальному значению по витку спирали (вариант 1) обеспечивает дискретную настройку чувствительного элемента, как у известных аналогов. Однако изготовление чувствительного элемента как по первому, так и по второму вариантам изобретения, из цепочки участков термочувствительного провода с заведомо заданным параметром сопротивления, близким к номинальному, обеспечивает более высокую точность подгонки, а также возможность изготовления идентичных чувствительных элементов в массовом производстве. Причем подгонка сопротивления чувствительного элемента к номинальному значению фокусированным лазерным лучом (вариант 2) отличается высокой точностью, достаточная проста и эффективна.

Предложенная технология обеспечивает возможность массового производства термопреобразователей сопротивления с достаточно точным номинальным значением заданного параметра. Это обусловлено тем, что при массовом производстве из изготовленной партии берется группа чувствительных элементов, у которых подгонка сопротивления осуществляется способом п.3 формулы изобретения и/или берется группа готовых термопреобразователей, подгонка сопротивления которых осуществляется способом по п.4 формулы изобретения, что дает априорную информацию о параметре сопротивления всей партии чувствительных элементов, позволяет на выборочной группе установить оптимальный режим подгонки полученного параметра к номинальному значению и провести подгонку сопротивления всей партии, и тем самым повысить технологичность изготовления термопреобразователей сопротивления в массовом производстве.

Кроме того, применение дополнительного травления или шлифовки сфокусированным лазерным лучом (сканирования) биспирали обеспечивает возможность изготовления тонких или сверхтонких чувствительных элементов (диаметром менее 4 мкм) для микроминиатюрных термопреобразователей сопротивления с высокой термочувствительностью, что невозможно при применении известных технологий.

Изготавливаемые по предложенной технологии термопреобразователи сопротивления отличаются малой массой, высокой чувствительностью, и за счет использования вакуумированного стеклянного корпуса могут применяться в условиях повышенного давления.

На практике подгонку чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления производят следующим образом.

При единичном производстве: - чувствительный элемент (далее - биспираль), изготовленный по варианту 1 или 2 изобретения, проверяют на соответствие заданному номинальному значению сопротивления следующим образом. Биспираль подключают в мостовую схему электрической цепи с эталонным резистором номинального значения - так называемую схему сравнения. При этом один конец биспирали жестко фиксируют, а к участку провода - вывода, отходящего от свободного конца биспирали, - подключают скользящий контакт, передвигая который подгоняют сопротивление биспирали к номинальному значению эталонного резистора. При совпадении параметров сопротивления биспирали и эталонного резистора на выходе схемы сравнения возникает импульс - сигнал (или звуковой сигнал), по которому вывод от биспирали в месте скользящего контакта отсекается. Далее биспираль с номинальным значением сопротивления монтируют в корпус и вакуумируют.

При массовом производстве в процессе спирализации термочувствительного провода на керн биспираль изготавливают с заведомо минусовым допуском от номинального значения сопротивления. Затем из готовой партии берут группу биспиралей на керне, включают каждую из них в электрическую схему сравнения и производят химическое травление и/или дотравливание керна. При этом одновременно с керном частично травится и термочувствительный провод биспирали, в результате чего ее сопротивление изменяется. По сигналу схемы сравнения травление прекращается, при этом фиксируется время травления и концентрация химического раствора. Далее с учетом этих параметров производят подгонку сопротивления всей партии биспиралей. Готовые биспирали монтируют в корпуса и вакуумируют.

Если в процессе массового производства биспиралей после вытравливания керна измеренное значение готовых биспиралей не достигает номинального значения сопротивления, то подгонку сопротивления осуществляют уже в смонтированном термопреобразователе сопротивления. Для этого из готовой партии, как и в предыдущем варианте, берут группу термопреобразователей сопротивления, подключают каждый из них в электрическую схему сравнения и при условии, что биспираль не касается стенок корпуса, пропускают через биспираль ток максимально допустимой величины. Под воздействием тока происходит нагрев и частичное испарение металла биспирали, ее сопротивление падает. По сигналу схемы сравнения воздействие тока на биспираль прекращается, величина тока и время его воздействия фиксируются. Далее с учетом этих параметров производят подгонку сопротивлений всей партии.

Технико-экономические преимущества заявляемого способа по сравнению с известными аналогами заключается в высокой технологичности изготовления чувствительного элемента для микроминиатюрного термопреобразователя сопротивления и подгонки его номинального значения как при единичном, так и при массовом производстве.

1. Технологический процесс изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления, включающий операции изготовления чувствительного элемента в виде, как минимум, моноспирали, методом навивки термочувствительного провода на керн с последующим отжигом полученной спирали, химическим вытравливанием керна, и подгонку номинального сопротивления чувствительного элемента, установку его в корпусе и герметизацию, отличающийся тем, что непрерывную моноспираль разбивают на последовательность участков с заданным параметром сопротивления, которые затем спирализуют на керне в биспираль с последующей подгонкой сопротивления биспирали до номинального значения, причем подгонку осуществляют электрическим сканированием по первому витку моноспирали от конца биспирали.

2. Технологический процесс по п.1, отличающийся тем, что при «минусовом» допуске от номинального значения подгонку осуществляют дополнительным травлением керна с биспиралью.

3. Технологический процесс по п.1, отличающийся тем, что при «минусовом» допуске от номинального значения при условии, что чувствительный элемент установлен в корпусе не касаясь внутренних стенок последнего, подгонку к номинальному значению осуществляют посредством частичного выпаривания биспирали пропущенным по ней током повышенного напряжения либо посредством выпаривания ровного участка провода - вывода от биспирали - фокусированным лазерным лучом.

4. Технологический процесс изготовления и подгонки чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления, включающий операции изготовления чувствительного элемента в виде, как минимум, моноспирали, методом навивки термочувствительного провода на керн с последующим отжигом полученной спирали, химическим вытравливанием керна, и подгонку номинального сопротивления чувствительного элемента, установку его в корпусе и герметизацию, отличающийся тем, что термочувствительный провод разбивают магнитными метками на последовательность участков с заданным параметром сопротивления, которые затем спирализуют на керне в биспираль с последующей подгонкой сопротивления биспирали до номинального значения, причем подгонку осуществляют электрическим сканированием параметра по прямому участку провода от конца биспирали.

5. Технологический процесс по п.4, отличающийся тем, что при «минусовом» допуске от номинального значения подгонку осуществляют дополнительным травлением керна с биспиралью.

6. Технологический процесс по п.4, отличающийся тем, что при «минусовом» допуске от номинального значения при условии, что чувствительный элемент установлен в корпусе не касаясь внутренних стенок последнего, подгонку к номинальному значению осуществляют посредством частичного выпаривания биспирали пропущенным по ней током повышенного напряжения либо посредством выпаривания ровного участка провода - вывода от биспирали - фокусированным лазерным лучом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины.

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

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.

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).

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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх