[其他]線性互換熱敏電阻組件

無效

• 申請號: 85102568
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102568B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 莊順昌;陽正本;鄭應智;馬繼才;趙崇蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆物理研究所
• 主分類號: H01C13/02
• 分類號: H01C13/02
• 代理公司: 中國科學院新疆專利事務所
• 代理人: 王蔚

本發明是一種新型的半導體溫度傳感元件。

普通的熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、反應快、穩定性好和價廉等特點。但由于其電阻-溫度特性的非線性和互換性差，給使用帶來許多不便，影響到廣泛使用。美國YellowSpringsInstruments公司和FenwalElectronic公司曾先后發展了線性熱敏電阻傳感器〔專利號U.S3316765〕，它是由兩個以上的環氧樹脂密封的可互換熱敏電阻和兩個以上的金屬膜電阻組成。在-30～+50℃、0～100℃的溫度內，它有良好的線性輸出特性。其不足之處，一是由于它所用的兩個互換熱敏電阻是用機械方法調阻而成，產生±0.1～±0.15℃的互換性偏差，致使其總精度降低到±0.4℃（總精度＝線性偏差+互換偏差）;二是由于熱敏電阻采用環氧樹脂密封，穩定性較差，而且工作溫度限制在100℃以下。

本發明的目的是研制精度高、穩定性好、工作溫度高于100℃的新型和實用的線性互換熱敏電阻組件。

本發明是由兩個玻璃密封的片狀熱敏電阻〔1〕和〔2〕與兩個金屬膜電阻〔3〕與〔4〕組成的線性網路，如圖1和圖2所示。該組件有電壓〔E₀〕和電阻〔R_T〕兩種輸出方式，并有良好的線性輸出特性，即滿足以下關系式：

電壓輸出方式：E₀＝（MT+B）Ein

電阻輸出方式：R_T＝-MT+B₀

上式中，E₀和Ein為輸出和輸入電壓，M為輸出靈敏度，B₀是溫度T＝0時的輸出與輸入電壓之比值（B₀＝E₀/Ein）或是T＝0時的電阻值（R₀）。顯然每個組件都有相同的M與B₀值時，這些組件便有完全相同的線性輸出特性，即達到了線性互換的目的。為了提高總精度，本發明借助計算機，采用單純型搜索法來精確選定熱敏電阻〔1〕與〔2〕以及金屬膜電阻〔3〕與〔4〕。其方法是，任選兩個玻璃密封的片狀熱敏電阻（阻值偏差允許±10%）〔1〕與〔2〕，去尋找金屬膜電阻〔3〕與〔4〕;如果滿足組件的M與B₀及最大允許非線性偏差△T_M的要求，則選配完成。隨后進行另一對組件的選配。如不滿足上述要求，則保留熱敏電阻〔1〕換取另一個熱敏電阻〔2〕，重新搜索，直到滿足要求時為止。本發明所用的熱敏電阻，是采用玻璃密封片狀熱敏電阻的新結構與新工藝。熱敏電阻的原材料用CO₂C₃、MnO₂、NiO與Fc₂O₃和高岑土，其金屬原子比CO∶Mn∶Ni＝（30～50）∶（20～40）∶（40～10）另加3～5%高岑土。采用φ0.1m/m鉑絲作電極，氧化物材料經研磨混和后摻加少量的粘合劑，壓片成型。再經1200～1275℃高溫燒結成φ1.6～φ2.8m/m的熱敏電阻體，用壁厚為0.02m/m的玻璃管φ3～4m/m進行密封。再經工藝老化和穩定性處理而成。這種玻璃密封片狀熱敏電阻與常見的用燒滲銀的電極，再用環氧樹脂密封的片狀熱敏電阻（美國YSI等公司采用）相比，由于電極接觸好和氣密性好，使熱敏電阻點缺陷濃度不致受外界氧的作用而變化，因此穩定性約提高10，年穩定性優于50MK，而且工作溫度可以提高到200℃。

本發明的線性互換熱敏電阻組件，可使用于-30～+50℃，0～50℃、0～100℃和100～200℃工作溫區，其主要特點是：輸出靈敏度高，約為鉑電阻溫度計的幾十倍;非線性偏離小，優于0.22℃，詳見表一。與國外同類產品相比。組件提高精度±0.1～±0.15℃，組件的穩定性約提高10倍，年穩定性優于50MK。本發明組件可廣泛地應用于溫度測量、控制和補償，與A/D轉換器及LCD顯示器聯用，便可組裝成數字溫度計。也可與計算機聯用，實現多點溫度巡檢與控制。電路簡單，使用方便，而且價格低廉。

本發明的原理如圖1和圖2，圖1是電壓輸出方式，圖2是電阻輸出方式。〔1〕與〔2〕是本發明的玻璃密封片狀熱敏電阻，〔3〕與〔4〕是金屬膜電阻。在圖3中表示了輸出電壓E₀與輸入電壓Ein之比值與溫度的輸出特性。圖4表示了電阻輸出方式的特性。表一中列出了四種組件的主要技術特性。

本發明的實施最佳方案是，選用穩定性好，電阻值和B值一致性好的熱敏電阻材料，如Co∶Mn∶Ni＝50∶40∶10配方，用φ0.1m/m鉑絲作電極，在1275℃高溫燒結，用壁厚0.02m/m的玻璃管密封，進行充分的老化，熱敏電阻〔1〕的阻值R₂₅為6K±10%，熱敏電阻〔2〕的阻值R₃₅為30K±10%，熱敏電阻的B＝（3600～3900）K，然后用精度不低于10mK的恒溫槽進行精密測試熱敏電阻的R-T特性，其數據存入計算機的數據庫，選定組件的靈敏度M和B₀值。例如，在0～50℃使用溫度的組件的M＝5.55724mV/℃·V，B₀＝0.176454，然后用單純型搜索法由選定的熱敏電阻〔1〕與〔2〕確定金屬膜電阻〔3〕與〔4〕，用上述方法研制的組件，其非線性偏差＜±0.068℃，總精度可達±0.2℃。