專利名稱:線性互換熱敏電阻組件的制作方法
本發(fā)明是一種新型的半導(dǎo)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(yīng)快、穩(wěn)定性好和價(jià)廉等特點(diǎn)。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(guó)Yellow Springs Instruments公司和Fenwal Electronic公司曾先后發(fā)展了線性熱敏電阻傳感器〔專利號(hào)U.S 3316765〕，它是由兩個(gè)以上的環(huán)氧樹脂密封的可互換熱敏電阻和兩個(gè)以上的金屬膜電阻組成。在-30～+50℃、0～100℃的溫度內(nèi)，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(gè)互換熱敏電阻是用機(jī)械方法調(diào)阻而成，產(chǎn)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(huán)氧樹脂密封，穩(wěn)定性較差，而且工作溫度限制在100℃以下。
本發(fā)明的目的是研制精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度高于100℃的新型和實(shí)用的線性互換熱敏電阻組件。
本發(fā)明是由兩個(gè)玻璃密封的片狀熱敏電阻〔1〕和〔2〕與兩個(gè)金屬膜電阻〔3〕與〔4〕組成的線性網(wǎng)路，如圖1和圖2所示。該組件有電壓〔E0〕和電阻〔RT〕兩種輸出方式，并有良好的線性輸出特性，即滿足以下關(guān)系式電壓輸出方式E0＝(MT+B)Ein電阻輸出方式RT＝-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(shí)的輸出與輸入電壓之比值(B0＝E0/Ein)或是T＝0時(shí)的電阻值(R0)。顯然每個(gè)組件都有相同的M與B0值時(shí)，這些組件使有完全相同的線性輸出特性，即達(dá)到了線性互換的目的。為了提高總精度，本發(fā)明借助計(jì)算機(jī)，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(gè)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△TM的要求，則選配完成。隨后進(jìn)行另一對(duì)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(gè)熱敏電阻〔2〕，重新搜索，直到滿足要求時(shí)為止。本發(fā)明所用的熱敏電阻，是采用玻璃密封片狀熱敏電阻的新結(jié)構(gòu)與新工藝。熱敏電阻的原材料用Co2O3、MnO2、NiO與Fe2O3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(jīng)研磨混和后摻加少量的粘合劑，壓片成型。再經(jīng)1200～1275℃高溫?zé)Y(jié)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(jìn)行密封。再經(jīng)工藝?yán)匣头€(wěn)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(huán)氧樹脂密封的片狀熱敏電阻(美國(guó)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(diǎn)缺陷濃度不致受外界氧的作用而變化，因此穩(wěn)定性約提高10，年穩(wěn)定性優(yōu)于50MK，而且工作溫度可以提高到200℃。
本發(fā)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(qū)，其主要特點(diǎn)是輸出靈敏度高，約為鉑電阻溫度計(jì)的幾十倍，非線性偏離小，優(yōu)于0.22℃，詳見表一。與國(guó)外同類產(chǎn)品相比。組件提高精度±0.1～±0.15℃，組件的穩(wěn)定性約提高10倍，年穩(wěn)定性優(yōu)于50MK。本發(fā)明組件可廣泛地應(yīng)用于溫度測(cè)量、控制和補(bǔ)償，與A/D轉(zhuǎn)換器及LCD顯示器聯(lián)用，便可組裝成數(shù)字溫度計(jì)。也可與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度巡檢與控制。電路簡(jiǎn)單，使用方便，而且價(jià)格低廉。
本發(fā)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(fā)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Fin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(shù)特性。
本發(fā)明的實(shí)施最佳方案是，選用穩(wěn)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?zé)Y(jié)，用壁厚0.02m/m的玻璃管密封，進(jìn)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R25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(jìn)行精密測(cè)試熱敏電阻的R-T特性，其數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)，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(dá)±0.2℃。
權(quán)利要求
1.一種熱敏電阻和固定電阻組成的線性互換熱敏電阻組件，其特征在于它是用單純型搜索法按組件特性要求選取的二個(gè)玻璃密封片狀熱敏電阻和二個(gè)金屬膜電阻所組成的線性熱敏電阻組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的線性互換熱敏電阻組件，其特征在于所述的玻璃密封片狀熱敏電阻的室溫阻值為6KΩ±10%和30KΩ±10%，材料常數(shù)B＝3600K～3900K。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所說的線性互換熱敏電阻組件，其特征在于所述的熱敏電阻的材料組分 是采用鈷∶錳∶鎳＝(30-50)∶(20-40)∶(40-10)另加3～5%高岑土。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所說的線性互換熱敏電阻組件，其特征在于所述的熱敏電阻、采用鉑絲電極，玻璃密封的片狀熱敏電阻的工藝。
5.根據(jù)權(quán)利1所說的線性互換電阻組件，其特征在于所說的單純型搜索法，是先任選二個(gè)熱敏電阻〔1〕和〔2〕按M和B0及最大允許的非線性偏差的要求，再去尋找金屬膜電阻〔3〕與〔4〕。如果不滿足，則保留熱敏電阻〔1〕換取另一個(gè)熱敏電阻〔2〕，重新搜索金屬膜電阻，直到滿足要求時(shí)為止的一種方法。
專利摘要
本發(fā)明是一種新型的溫度傳感器，它由兩個(gè)高穩(wěn)定性的玻璃密封片狀熱敏電阻(Rt
文檔編號(hào)H01C13/00GK85102568SQ85102568
公開日1986年9月17日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者莊順昌, 陽(yáng)正本, 鄭應(yīng)智, 馬繼才, 趙崇蓉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan