Многоэлементный термоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может бытьиспользовано в преобразователях переменного напряжения в широком диапазоне частот по уровню среднеквадратичного значения в постоянное. Целью изобретения является повышение точности преобразования термоэлектрического преобразователя на высоких частотах за счет размещения между нагревателем и горячими спаями термобатареи проводящего слоя, соединенного с выходными ветвями концевых термопар термобатареи с помощью выполненных на поверхности подложки пленочных конденсаторов. В результате уменьщается величина входной ем- ,; кости, устраняются высокочастотные наводки со стороны нагревателя непосредственно в горячие спаи термопар и существенно ослабляется влияние высокочастотных наводок со стороны выводов термобатареи и выходных цепей преобразователя, что обеспечивает получение высокой точности преобразования и дополнительно расширяет указанный диапазон в сторону более высоких частот. 1 ил. 1 табл. « (Л сг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1364168

А1 (51) 5 Н 01 T. 35/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

3 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у фс:gg-,ð1IÄßô 6

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23.09.91. Бюл. - 35 (21) 4010748/25 (22) 22.01.86 (71) Институт электроники AH БССР (72) Ю. И. Горбачев, И. Л. Григоришин и Ю. М. Гулюк (53) 621.362.2 (088.8) (56) Гуревич М. Л. и др. Автоматизированный прибор для точного измерения широкополосных напряжений. Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника.

Вып. 7/25, 1979, с. 102 — 108.

Авторское свидетельство СССР № 1187662, кл. Н 01 1. 35/02, 1985. (54) МНОГОЭЛЕМЕНТНЪ|Й ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть- использоваио в преобразователях переменного напряжения в широком диапазоне частот по уровню среднеквадратичного значения в постоянное.

Целью изобретения является повышение точности преобразования термоэлектрического преобразователя на высоких частотах за счет размещения между нагревателем и горячими спаями термобатареи проводящего слоя, соединенного с выходными ветвями концевых термопар термобатареи с помощью выполненных на поверхности подложки пленочных конденсаторов. В результате уменьшается величина входной емкости, устраняются высокочастотные наводки со стороны нагревателя непосредственно в горячие спаи термопар и сущестценно ослабляется влияние высокочастотных наводок со стороны выводов термобатареи и выходных цепей преобразователя, что обеспечивает получение высокой точности преобразования и дополнительно расширяет указанный диапазон в сторону более высоких частот. 1 ил. 1 табл.

1364168

Изобретение относится к измерительной технике и может, быть использовано в преобразователях переменного напряжения в широком диапазоне частот по уровню среднеквадратичного значения в постоянное, Целью изобретения является повышение точности преобразования на высоких частотах.

В предлагаемом преобразователе отсутствует гальваническая связь находящегося между нагревателем и термобатареей проводящего слоя с другими основными элементами термоэлектрического преобразователя (ТЭП) и не предполагается никакой связи с корпусом .или нулевым проводом измерительной схемы, в составе которой используется ТЭП. Вследствие этого получена малая величина входной емкости, которая практически не повышается в связи с применением проводящего слоя, а зависит в основном от исходных входных параметров ТЭП, т.е, от паразитных емкостей цепи нагревателя.

Соединение проводящего слоя с соответствуюшими выходными ветвями концевых термопар, входящих в состав термобатареи, с помощью конденсаторов шунтирует термобатарею по высокой частоте, защищает ее от высокочастотных наводок со стороны контактных площадок, коммутационных проводников и измерительной схемы, а также устраняет возможность возникновения паразитной связи по высокой частоте между термооатареей и измерительной схемой.

На фиг. 1 изображен предлагаемый многоэлементный ТЭП.

Преобразователь содержит диэлектриче.скую подложку . 1, на одной из поверхностей которой размещен пленочный резистивный нагреватель 2, а на противоположной — пленочные проводящий слой 3 и термобатарея, состоящая из термопар, ветви

4 и 5 которых имеют различные термоэлектрические свойства. Горячие спаи 6 термопар расположены над нагревателем 2. Приводяший слой 3 размещен между нагревателем

2 и термобатареей и отделен от нее пленочной диэлектрической прослойкой 7. Нижние обкладки 8 и 9 пленочных конденсаторов размещены на поверхности подложки 1 и являются продолжением проводящего слоя 3.

Верхние обкладки 10 и 11 отделены от нижних диэлектрической прослойкой 7. Нагреватель имеет контактные плошадки 12. Холодные спаи 13 термопар расположены на поверхности подложки 1 по обе стороны от нагревателя 2.

Пример. На.одну из поверхностей диэлектрической подложки 1 из оксида алюминия или слюды размерами 8)C4,5>(0,03 мм осаждены пленки толщиной 0,8 мкм резистивного материала (нихрома Х20Н80 или кермета

К 50С) в места расположения нагревателя

2 и пленки толщиной 0,6 мкм материала с высокой удельной электропроводностью (никеля НП1Эв, меди МВ или серебра Ag 999,9) в места расположения контактных площадок 12 нагревателя 2. На противоположную поверхность диэлектрической подложки

1 осаждены пленки толщиной 0,6 мкм материала с высокой электропроводностью (никеля НГ11Эв, меди МВ или серебра Ag 999,9) в места расположения проводяшего слоя 3 и обкладок 8,9 и 10,11 пленочных конденсаторов, а также пленки толшиной 0,5...0,9 мкм

10 образующие ветви 4 и 5 термопар из различных термочувствительных материалов (висмут-сурьма или теллурид свинца — тел-. лурид германия). Между проводящим слоем

3, обкладками 8 и 9 с однои стороны и ветвями 4 и 5, обкладками IO и 11 с другой стороны осаждена пленочная прослойка толщиной 0,5...1,0 мкм из диэлектрического материала (окись кремния, окись алюминия или окись титана). Горячие спаи 6 и холодные спаи 13 термопар образованы непосредст20 венной коммутацией соответствующих ветвей 4 и 5.

Нагреватель, имеющий геометрические размеры 4,55)(0,2 мм, находится в тепловом контакте с 30 термопарами, каждая ветвь которых имеет геометрические размеры

1,1)(О,! мм. П ромежуток между ветвями двух соседних термопар равен 0,05 мм.

Сопротивление нагревателя постоянному току составляет 75 Ом. Суммарное сопротивление термобатареи, состоящей из последовательно включенных термопар, не превышает 10 кОм, а сопротивление одной ветви термопары 166 Ом. При толшине подложки из оксида алюминия 30 мкм емкость между нагревателем и проводяшим слоем имеет величину порядка 2 пФ. Выполнение диэлектрической прослойки между проводящим слоем и термобатареей из моноокиси, кремния толщиной порядка мкм обеспечивает получение емкости между одним горячим спаем термобатареи и участком проводящего слоя, находящимся под этим спа40, ем, величиной не более 0,55 пФ и суммарной емкости между термобатареей и проводя- щим слоем 20 пФ. Выходная емкость ТЭП, т.е. емкость цепи термобатареи имеет величину 2...4 пФ. Величины емкостей шунтируюших пленочных конденсаторов выбраны равными.150 пФ.

В предлагаемом ТЭП получена величина входной емкости порядка 0,52 пФ, которая при прочих равных параметрах элементов входных цепей в 4,85 раза меньше, чем у

5О прототипа и определяется в основном емкостями внешних токоподводов к нагревателю, так как суммарная емкость нагревателя с контактными плошадками имеет. величину порядка.0,03 пФ.

В таблице приведены результаты расче55 та модулей Z< и Z2 комплексных сопротивлений нагревателей с учетом влияния входных емкостей для предлагаемого и известного ТЭП, а также погрешностей от изме364168

Известный ТЭП

Частота переменного напряжения, Мгц

Предлагаемый ТЭП

Модуль Z

Ом

Частотная Модуль Z, погрешность, Ж Ом

Частотная погрешность,X

О,"l 7

0,01

100

0,70

0,03

2,78

200

0,12

300

6,16

0 27

10, 70

16, 30

22, 79

400

0,48

600

0,75

1,08

Составитель О. Федотов

Редактоп Т. Рыбалова Техред И. Верес Корректор А. Обручар

Заказ 3728 Тираж 3> 7 Подписное

l5HHHl ln I осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., a. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

-1 з пения модулей Zl и Z2 для различных частот приложенного к нагревателям переменногд напряжения

Как показывают результаты расчета, в предлагаемом ТЭП на частоте 100 МГц погрешность преобразования от изменения комплексного сопротивления нагревателя вследствие влияния входной емкости равна 0,03о, а на частотах до 400 МГц включительно не превышает 0,5%. По сравнению с прототипом на высоких частотах (например, на частоте ЗОО МГц) эта погрешность снижена, т.е. точность преобразования повышена не менее, чем в 22,8 раза.

Кроме того, в предлагаемом ТЭП существенно ослаблено влияние высокочас74,99

74,98

74,91

74,80

74,.64

74,44 .74, 20 тотных наводок со стороны термобатареи н выходных цепей.

Формула изобретения

Многоэлементный термоэлектрический преобразователь, содержащий диэлектрическую подложку, на поверхности которой размещены разделенные диэлектрическими прослойками пленочные резистивныи нагреватель, термобатарея, образованная термопарами, и расположенный между нагревателем и горячими спаями термобатареи проводящий слой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования на высоких частотах, проводящий слой соединен, с выходными ветвями концевых термопар термобатареи с помощью выполненных на поверхности подложки пленочных конденсаторов.

74,87

74,48

72,97

70,65

67,75

64,49

61,08