загрузка...

трусы женские
загрузка...
На главную » Рефераты по схемотехнике » Полупроводниковые датчики температуры

Полупроводниковые датчики температуры

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО СХЕМОТЕХНИКЕ

ТЕМА: «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ»

ВЫПОЛНИЛИ

СТУДЕНТЫ ФПК 3-2

Мазилина Е.А.

Мазилин С.В.

Москва 2001г.

ПЛАН КУРСОВОЙ РАБОТЫ.

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.

3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ.

4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ.

1. Датчики температуры на основе диодов и транзисторов.

2. Датчики температуры на основе терморезисторов.

3. Пленочные полупроводниковые датчики температуры.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Реализация этой предпосылки в значительной мере определялась возможностями устройств для получения информации о регулируемом параметре или процессе, т.е. возможностями датчиков. Датчики, преобразуя измерительный параметр в выходной сигнал, который можно измерить и оценить количественно, являются как бы органами чувств современной техники.

2. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Среди широкого разнообразия измерительных параметров одним из основных является температура. Ее измерение необходимо во всех сложных технологических процессах. Большое разнообразие датчиков температуры, работающих на различных физических принципах и изготовленных из различных материалов, позволяет измерять ее даже в самых труднодоступных местах - там, где другие параметры измерить невозможно. Так например, в активной зоне атомных реакторов установлены только датчики температуры, измерение которой позволяет оценить другие теплоэнергетические параметры, такие как давление, плотность, уровень теплоносителя и т.д. [1].

В повседневной жизни, в быту также применяются датчики температуры, например для регулирования отопления на основании измерения температуры теплоносителя на входе и выходе, а также температуры в помещении и наружной температуры; регулирование температуры нагрева воды в автоматических стиральных машинах; регулирование температуры электроплит, электродуховок и т.п.

3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

Любой датчик, в том числе и датчик температуры, может быть описан рядом характеристик, совокупность которых позволяет сравнивать датчики между

собой и целенаправленно выбирать датчики, наиболее соответствующие конкретным задачам.

Перечислим основные из этих характеристик [2]:

1. Функция преобразования (градуировочная характеристика) представляет собой функциональную зависимость ее выходной величины от измеряемой величины: y = f(x)

(1)

Зависимость представляется в именованных величинах: y - в единицах выходного сигнала или параметрах датчика, x - в единицах измеряемой величины. Для датчиков температуры - Ом/(С или мВ/К.

2. Чувствительность - отношение приращения выходной величины датчика к приращению его входной величины:

S = dy/dx

(2)

Для линейной части функции преобразования чувствительность датчика постоянна. Чувствительност датчика характеризует степень совершенства процесса преобразования в нем измеряемой величины.

3. Порог чувствительности - минимальное изменение значения входной величины, которое можно уверенно обнаружить. Порог чувствительности связан как с природой самой измеряемой величины, так и с совершенством процесса преобразования измеряемой величины в датчике.

4. Предел преобразования - максимальное значение измеряемой величины, которое может быть измерено без необратимых изменений в датчике в результате рабочих воздействий. Верхний предел измерений датчика обычно меньше предела преобразования по крайней мере на 10%.

5. Метрологические характеристики - определяются конструктивно-технологическими особенностями датчика, стабильностью свойств применяемых в нем материалов, особенностями процессов взаимодействия датчика с измеряемым объектом.

Метрологические характеристики, в свою очередь, определяют характер и величины погрешностей измерения датчиков. Часть погрешностей могут быть случайными и они учитываются методами математической статистики.
Систематические погрешности могут быть аналитически описаны и исключены из результатов измерения.

Основными видами систематических погрешностей являются:

- погрешности, обусловленные нелинейностью функции преобразования, что характерно для полупроводниковых датчиков температуры [3];

- погрешности, обусловленные вариацией функции преобразования вследствие изменения направления действия входной величины (для датчиков температуры это нагрев-охлаждение);

- погрешности, обусловленные несоответствием динамических возможностей датчика скорости воздействия входной величины. Может быть учтено введением коэффициента термической инерции;

- дополнительные погрешности, обусловленные отличием условий работы датчика от тех, в которых определялась его функция преобразования;

- погрешности, обусловленные нестабильностью функции преобразования вследствие процессов старения материала.

6. Надежность - рассматривается в двух аспектах: механическая надежность и метрологическая надежность.

7. Эксплуатационные характеристики - к их числу могут быть отнесены: масса, габаритные размеры, потребляемая мощность, прочность электрической изоляции, номиналы используемых электрических напряжений, а также стойкость к агрессивным средам, всевозможным излучениям, искробезопасность и т.д.

8. Стоимость и возможность серийного производства.

4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

Влияние температуры на электрофизические параметры полупроводников в основном проявляются в изменении концентрации носителей заряда, что приводит к соответствующему изменению электрической проводимости [4]. На этом принципе работают полупроводниковые терморезисторы. В качестве полупровод-никовых датчиков температуры также используются диоды и транзисторы, где изменение концентрации носителей заряда приводит к изменению тока, протекающего через полупроводниковый прибор (4(.

1. Датчики температуры на основе диодов и транзисторов.

В датчиках температуры на основе диодов и транзисторов используют зависимость параметров p-n перехода в полупроводнике от температуры.

Исторически первым температурозависимым параметром был обратный ток диодов и транзисторов. Значение тока растет с температурой по экспоненциальному закону со скоростью порядка 10%.К-1. Однако, диапазон температур, в пределах которых возможно использование обратных токов, весьма ограничен. Верхний температурный предел применения определяется температурой их теплового пробоя.

Наибольшее распространение получило использование прямых параметров диодов и транзисторов [5]. Их существенными преимуществами перед обратными являются линейность температурной зависимости, широкий диапазон рабочих температур, высокая стабильность. Чаще всего для измерения температуры используется прямое напряжение на p-n переходе при почти постоянном токе эмиттера. Изменение прямого напряжения составляет порядка 2,5 мВ.К-1. При повышении температуры транзисторов p-n-p типа напряжение эмиттер-база из области положительных значений переходит в область отрицательных.

Так например, датчик TS-560, разработанный ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН
(г.Санкт-Петербург) представляет собой полупроводниковый диод на основе арсенида галлия. Диапазон измерения такого датчика (4,2...500) К, основная погрешность (0,1%, чувствительность (2...3) мВ/К, габаритные размеры 3(3 мм
[2].

Известны случаи использования в качестве температурозависимого параметра коэффициента усиления по току на низких и высоких частотах [5].
Однако невысокая чувствительность коэффициента усиления к температуре и его зависимость от предыстории, а также необходимость индивидуальной градуировки во всем диапазоне рабочих температур ограничивают применение этого параметра при создании термодатчиков.

На основе транзисторов, эмиттерный переход которых включен в одно из плеч моста, созданы термодатчики типа ТЭТ-1, ТЭТ-2 [5]. Первый тип используется для измерения температуры в полевых условиях в диапазоне (-
10...+40) (С с основной погрешностью не более (1 К, второй - в диапазоне (-
40...+80) (С с погрешностью не более (0,3...2) К.

Температурные пределы применимости транзисторов в термодатчиках значительно шире, чем при использовании транзисторов по прямому назначению.
Ограничение применимости со стороны высоких температур наступает вследствие перехода примесного полупроводника в собственный, уменьшения пробивного напряжения и повышения генерации носителей в базовой области при отрицательных напряжениях. Применимость при низких температурах определяется уменьшением концентрации основных носителей из-за дезактивации легирующих примесей и уменьшения коэффициента усиления по току.

Основным недостатком рассматриваемых термодатчиков является сложность получения их номинальной статистической характеристики из-за разброса основных параметров транзисторов: коэффициента усиления по току, сопротивления базовой области, тока утечки и др. Анализ и оценка влияния разброса указанных параметров на точность измерения температуры при использовании номинальной статистической характеристики, выполненные в [5], показали, что для прямых параметров транзисторов с градуировкой при одной температуре погрешность измерения в схеме с общим эмиттером - не более 2 и
50% при коэффициенте усиления по току ((30 и ((200 соответственно.

Важной характеристикой для широкого внедрения термодатчиков на основе транзисторов и диодов является стабильность их параметров. Результаты исследования долговременной стабильности термодатчиков на основе транзисторов с температурозависимым параметром - прямым напряжением на p-n переходе в зависимости от температуры и длительности эксплуатации, приведенные в (6( показывают, что погрешность измерения ими может составлять (0,01...0,15) К в первый год эксплуатации и (0,002...0,04) К - во второй год. Основными причинами нестабильности следует считать обратимый процесс гидратации-дегидратации оксидного слоя на поверхности полупроводникового кристалла и возникновение остаточных деформаций в нем вследствие неодинаковости температурных коэффициентов линейного расширения материалов деталей транзисторов [6].

2. Датчики температуры на основе терморезисторов.

Наиболее широкое распространение получили датчики на основе терморезисторов. Принцип терморезистивного преобразования основан на температурной зависимости активного сопротивления металлов, сплавов и полупроводников, обладающих высокой воспроизводимостью и достаточной стабильностью по отношению к дестабилизирующим факторам. Температурную чувствительность термометрического материала принято характеризовать температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Типичные случаи поведения термометрической зависимости представлены на рис. 1.

Как видно из рисунка, полупроводниковые терморезистивные преобразователи отличаются достаточно большой чувствительностью (на порядок и больше) нежели металлические.

Достаточно давно разработаны и выпускаются отечественной промышленностью полупроводниковые датчики температуры с чувствительными элементами, созданными на основе окислов переходных металлов с неполностью заполненной 3d электронной оболочкой. Достоинством таких датчиков (обычно называемых терморезисторами) является большое значение температурного коэффициента сопротивления и сравнительно малые размеры [2,6,7]. В зависимости от применяемого полупроводникового материала терморезисторы разделяют на

Страницы: 1 2 3 4
 
Подобные рефераты:
Курсовая по опеределению эмоционального состояния человека
В даній роботі надано основні теоретичні дані щодо дослідження емоційного стану людини. Згідно з теорією розроблений макет для вище вказаного дослідження, а саме - дослідження зміни опору шкіри людини в залежн
Отчет по практике
Практика проводилась на базе предприятия УППО. Предприятие занимается производством РЭО для самолетов гражданской и военной авиации. Кроме того, производятся товары народного потребления (электробритвы «Агидел
Лекции - преподаватель Григорьев Владимир Калистратович
Что касается информации, то всегда, когда было человечество, это всё было. Человеческое мышление, разговорная речь, узелки на память, сигнальные костры, семафорный телеграф и т.д. - это приём, передача, обрабо
Измерение потерь в дроссе
В настоящее время существует несколько методов оценки потерь в дросселе, при чем, большинство из них могут только качественно оценить потери в дросселе. Для реализации количественной оценки потерь было необход
Проектирование бесконтактного магнитного реле
Бесконтактное магнитное реле (БМР) - электромагнитное устройство, использующее зависимость возвратной магнитной проницаемости от постоянного подмагничивающего поля, для усиления входного сигнала, который созда
Усилительные каскады в области высоких частот
Рассматривая работу RC-каскада в области высоких частот мы можем принебречь влиянием емкости Ск, так как с возрастанием частоты входного сигнала сопротивление емкости Ск становится малым по сравнению с сопротив
Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюз ...
Различные по своим техническим характеристикам современные водные пути и суда технического флота представляют собой объекты с высокой степенью электрификации. Электрическая энергия на них применяется для приво
Изготовление технологического процесса изготовления лампы накаливания общег ...
Полученные результаты: разработан технологический процесс изготовления лампы накаливания общего назначения В 220 - 25, получены необходимые данные для проведения заварки лампы и отжига колбы
ЭТПиМЭ
Учитывая, что проектируемое цифровое устройство должно потреблять мощность не превышающую 100мВт и время задержки не должно превышать 100 нс для построения ЦУ можно использовать микросхемы серии КР1533 (ТТЛШ) и
Разработка МПС на базе КР580
Функционирование МПС сводится к следующей последовательности действий: получение данных от различных периферийных устройств, обработка данных и выдача результата обработки на периферийные устройства. При этом
Исследование синхронного сдвигающего регистра на JK-триггере
Внимание, Студент!!! При синтезе ТУ в таблицах внутренних состояний позднее была обнаружена ошибка - два поля были заполнены неверно! Советую вникнуть во всё самому и исправить со всеми вытекающими последствиям
Канал последовательной связи на основе МС 8251
Следует отметить, что основное внимание уделялось основным принципам управления самого контроллера и практически не рассматривались вопросы взаимодействия с модемом и другим периферийным оборудованием использу
ТОЭ контрольная №5
Трем уединенным проводящим телам 1,2 и 3 первоначально сообщены заряды q1 = 10-9 Кл, q2 =-2*10-9 Кл и q3 = 3*10-9 Кл. Величины частичных емкостей определены из опыта и имеют следующие значения:
Дослідження логічних елементів емітерно-зв'язаної логіки
В даний час у зв'язку з бурхливим розвитком науки і техніки широке застосування одержали схемотехнології, які активно застосовуються в інтегральних схемах. У даній роботі розглянута різні мікросхеми на емітер
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар