Технічні науки/6. Електротехніка і радіоелектроніка

Деундяк М.В., д. т. н. Осадчук В. С., д.т.н. Осадчук О.В. Деундяк В.П.

Вінницький національний технічний університет

Огляд сучасних перетворювачів температури

Тонкоплівковий сенсор температури з [1] складається з плівкової бази оточеної ізолюючим матеріалом; тонкоплівкових теплових елементів для зондування температури; тонкоплівкових графітів, з'єднаних з тепловими елементами; і полюсів підключених до живлення і корпусу. Теплові елементи, графіти і полюсии сформовані по інтегральній технології на поверхні або в товщі тонкоплівкової бази. Тонкоплівкова база має плоску форму і включає в себе основну частину додатків на поверхні напівпровідникової пластини, а також хвилястий край, що виступає ззовні за напівпровідникову пластину. Теплових елементи розташовані на головній частині у формі концентричного кола, або растровій, а полюси розташовані на хвилястому краю.

Рис. 1.Поперечний розріз сенсора температури: 402 – температуро чутлива підкладка; 550 – нагрівальна пластинка; 600 – сенсори; 601 – підкладка

В джерелі [2] розглядається апарат для зондування деформації з температурною компенсацією. Апарат може визначати деформації і температуру незалежно і може бути використаний самостійно або разом з іншими тензометричними перетворювачами. Вихід з сенсора температури можна використовувати для точної компенсації небажаних теплових ефектів для вимірювання температури в місці використання тензосенсора.

Рис.2. Схема для цифрової компенсації

Імпульсний сенсор з індикатором температури і його роботу розглянуто в [3], що полягає у візуальному вказуванні оператору температури сенсора, отже вимірюється температура об’єкту, до якого сенсор прикладається. В одному з варіантів, індикатором температури є зміна кольору рідкого кристала температурного дисплею. Рідкі кристали температурного дисплею включають в себе ряд етапів, кожен з яких активізується в межах заданого діапазону температур для моніторингу. Індикатор температури надає оператору також температуру суміжних тканин. У випадку нагрітого сенсора температури індикатор повідомляє оператору, що призначення сенсора виконується. У разі не нагрітого – індикатор інформує відносно вимірювання ступеня наповнення.

Напівпровідниковий компонент з інтегральною схемою з [4] має охолоджувальне тіло (радіатор) і сенсор температури термічно пов'язаний з ним, опір якого залежить від температури. Сенсор містить тонкоплівковий вимірювальний резистор, який застосовується до ізольованої фольгою поверхні підкладки, а загальна товщина сенсора температури лежить в діапазоні 10-100 мкм. Тонкоплівковий вимірювальний резистор (ТВР) утворюється як плоский компонент, розміщуючись між інтегральною схемою та радіатором. ТВР покривається на одній стороні тепловим шаром зв'язку, що межує з радіатором, в той час як на іншій стороні резистор має підкладку, що межує з нагрівачем, який частково оточує інтегральну схему.

Рис. 3. Сенсор температури в поздовжньому перерізі 1- інтегральна схема; 2 – підкладка; 3 – теплопровідний шар; 4 – нагрівач; 5 – ізолюючий шар; 7 – сенсор температури; 10 – зовнішній роз’єм; 12 – шар теплового зв’язку; 13 - радіатор

Електронний термометр розглянуто в джерелі [5]. Одноразова шапочка для сенсора температури включає в себе тіло, яке має індикатор для перегляду і збереження. Індикатор складається з внутрішнього виступу і контрактів закритих безпечною кришкою на детекторі. Кришка додатково включає фланець з апертурою через який можливе випромінювати сенсора детектора для перегляду поверхні мішені. Кришка формується з листа матеріалу, бажано термоформуванням, з матеріалів, таких як поліпропілен, поліетилен, полістирол, або інших аналогічних матеріалів, які має відносно низьку твердість і низькі теплові властивості провідності.

Рис. 4. Електрична схема електронного блоку термометра

Самооновлювальний термометр з [6] показав, що здатний створювати в реальному часі сигнал внутрішньої температури тіла. Термометр складається з двосторонньої гнучкої підкладки, що має першу і другу сторону. Перша сторона має безліч порожнин, і рідкі кристали в цих порожнинах. Захисний шар розташований на першому боці, а чутливий до тиску клей розташовується на другому боці підкладки.

Рис. 5. Поперечний переріз термометра: 1 – підкладка; 3 – рідкі кристали; 4 – прозорий шар кришки; 5 – нерельєфна площа; 6 – довжина порожнин; 7 – перший бік підкладки; 8 - другий бік підкладки; 9 – гнучкий матеріал підкладки; 10 – клейовий шар

В джерелі [7] розглянуто ультразвуковий сенсор, що має вбудований температурний компенсаційний конденсатор, що розміщується в корпусі і полегшує проведення зв'язку, процес з'єднання і перевірки процесу при одночасному підвищенні надійності. Ультразвуковий сенсор функціонує за допомогою п'єзоелектричного елементу вібрації і конденсатора для компенсації температури, що розміщується в корпусі.

Рис. 6. Схема конфігурації ультразвукового сенсора

В джерелі [8] розглядається температурний сенсор а зі скла, кераміки та плівкового резистора. При чому тонко і/або товстоплівкові резистори, побудовані зі склокераміки. При відповідному виборі розмірів, а також поверхневих опорів і температурних коефіцієнтів плівкових резисторів і типу кола сенсора (паралельно і/ або ітераційні схеми), температурні характеристики опору кола сенсора можуть змінюватися в широких межах.

Рис. 7. Температурний сенсор а: 1 – тонкоплівковий резистор; 2 – підтримуюча поверхня; 3 – електричні контакти; 4 – склокераміка

В джерелі [9] розглядається температурний сенсор з платинового температурно-чутливого матеріалу та процес виробництва такого сенсора температури. Метою було створення мініатюрного сенсора температури, який може бути використаний при температурі 600-1000 °С. В сенсорі температури є шар, що містить мілкодисперсний метал платини в оксиді кераміки.

Рис. 8. Температурний сенсор з платинового температурно-чутливого матеріалу: 1 – підкладка; 2 – оксидний сенсор; 3 – передня частина підкладки; 3 – задня частина підкладки; 6 – провідник; 7 – температурно чутливий шар

Список використаних джерел:

1. Пат. 7495542 США, МПК⁷ H01C/012. Film temperature sensor and temperature sensing substrate / Katsuo Saio; Kelk Ltd. (Японія). – № 11/202374; заявл. 12.08.2005; опубл. 24.02.2009. – 10 с.

2. Пат. 7495542 США, МПК⁷ H01C/012. Film temperature sensor and temperature sensing substrate / Katsuo Saio; Kelk Ltd (Японія). – № 11/202374; заявл. 12.08.2005; опубл. 24.02.2009. – 10 с.

3. Пат. 6973837 США, МПК⁷ G01B7/16. Temperature compensated strain sensing apparatus / John D. Barnett; (Велика Британія). – № 02/02378; заявл. 21.05.2002; опубл. 13.12.2005. – 10 с.

4. Пат. 6839579 США, МПК⁷ A61B5/00. Temperature indicating oximetry sensor/ Rodney Chin; Nellcor Puritan Bennett Incrporated (CША). – № 10/053500; заявл. 02.11.2001; опубл. 04.01.2005. – 4 с.

5. Пат. 6326610 США, МПК⁷ H01J 7/24. Оptical sensor including temperature control / Satoru Muramatsu; (JP); Hamamatsu Photonics K.K. (Японія). – № 09/309277; заявл. 11.05.1999; опубл. 04.12.2001. – 13 с.

6. Пат. 6319206 США, МПК⁷ A61B 5/00. Тemporal thermometer disposable cap/ Francesco Pompei; Exergen Corporation (США). – № 09/309277; заявл. 24.11.1999; опубл. 20.11.2001. – 5 с.

7. Пат. 5987992 США, МПК⁷ COIN 29/00. Ultrasonic sensor with temperature compensation capacitor / Koichi Watanabe; Murata Manufacturing Co., Ltd. (Японія). – № 09/309277; заявл. 13.01.1998; опубл. 23.11.1999. – 9 с.

8. Пат. 5237867 США, МПК⁷ G01F 1/68. Тhin-film air flow sensor using temperature-biasing resistive element / Charles R. Cook, Jr.; Siemens Automotive L.P. (США). – № 546477; заявл. 29.07.1990; опубл. 24.07.1993. – 10 с.

9. Пат. 5133606 США, МПК⁷ G01K 1/00; G01K 7/00. Electronic clinical thermometer / Robert Zaragoza; Dickinson and Company (США). – № 674814; заявл. 15.03.1991; опубл. 28.07.1992. – 5 с.