[其他]线性互换热敏电阻组件

说明书

本发明是一种新型的半导体温度传感元件。

普通的热敏电阻具有灵敏度高、体积小、反应快、稳定性好和价廉等特点。但由于其电阻-温度特性的非线性和互换性差，给使用带来许多不便，影响到广泛使用。美国YellowSpringsInstruments公司和FenwalElectronic公司曾先后发展了线性热敏电阻传感器〔专利号U.S3316765〕，它是由两个以上的环氧树脂密封的可互换热敏电阻和两个以上的金属膜电阻组成。在-30～+50℃、0～100℃的温度内，它有良好的线性输出特性。其不足之处，一是由于它所用的两个互换热敏电阻是用机械方法调阻而成，产生±0.1～±0.15℃的互换性偏差，致使其总精度降低到±0.4℃（总精度＝线性偏差+互换偏差）;二是由于热敏电阻采用环氧树脂密封，稳定性较差，而且工作温度限制在100℃以下。

本发明的目的是研制精度高、稳定性好、工作温度高于100℃的新型和实用的线性互换热敏电阻组件。

本发明是由两个玻璃密封的片状热敏电阻〔1〕和〔2〕与两个金属膜电阻〔3〕与〔4〕组成的线性网路，如图1和图2所示。该组件有电压〔E₀〕和电阻〔R_T〕两种输出方式，并有良好的线性输出特性，即满足以下关系式：

电压输出方式：E₀＝（MT+B）Ein

电阻输出方式：R_T＝-MT+B₀

上式中，E₀和Ein为输出和输入电压，M为输出灵敏度，B₀是温度T＝0时的输出与输入电压之比值（B₀＝E₀/Ein）或是T＝0时的电阻值（R₀）。显然每个组件都有相同的M与B₀值时，这些组件便有完全相同的线性输出特性，即达到了线性互换的目的。为了提高总精度，本发明借助计算机，采用单纯型搜索法来精确选定热敏电阻〔1〕与〔2〕以及金属膜电阻〔3〕与〔4〕。其方法是，任选两个玻璃密封的片状热敏电阻（阻值偏差允许±10%）〔1〕与〔2〕，去寻找金属膜电阻〔3〕与〔4〕;如果满足组件的M与B₀及最大允许非线性偏差△T_M的要求，则选配完成。随后进行另一对组件的选配。如不满足上述要求，则保留热敏电阻〔1〕换取另一个热敏电阻〔2〕，重新搜索，直到满足要求时为止。本发明所用的热敏电阻，是采用玻璃密封片状热敏电阻的新结构与新工艺。热敏电阻的原材料用CO₂C₃、MnO₂、NiO与Fc₂O₃和高岑土，其金属原子比CO∶Mn∶Ni＝（30～50）∶（20～40）∶（40～10）另加3～5%高岑土。采用φ0.1m/m铂丝作电极，氧化物材料经研磨混和后掺加少量的粘合剂，压片成型。再经1200～1275℃高温烧结成φ1.6～φ2.8m/m的热敏电阻体，用壁厚为0.02m/m的玻璃管φ3～4m/m进行密封。再经工艺老化和稳定性处理而成。这种玻璃密封片状热敏电阻与常见的用烧渗银的电极，再用环氧树脂密封的片状热敏电阻（美国YSI等公司采用）相比，由于电极接触好和气密性好，使热敏电阻点缺陷浓度不致受外界氧的作用而变化，因此稳定性约提高10，年稳定性优于50MK，而且工作温度可以提高到200℃。

本发明的线性互换热敏电阻组件，可使用于-30～+50℃，0～50℃、0～100℃和100～200℃工作温区，其主要特点是：输出灵敏度高，约为铂电阻温度计的几十倍;非线性偏离小，优于0.22℃，详见表一。与国外同类产品相比。组件提高精度±0.1～±0.15℃，组件的稳定性约提高10倍，年稳定性优于50MK。本发明组件可广泛地应用于温度测量、控制和补偿，与A/D转换器及LCD显示器联用，便可组装成数字温度计。也可与计算机联用，实现多点温度巡检与控制。电路简单，使用方便，而且价格低廉。

本发明的原理如图1和图2，图1是电压输出方式，图2是电阻输出方式。〔1〕与〔2〕是本发明的玻璃密封片状热敏电阻，〔3〕与〔4〕是金属膜电阻。在图3中表示了输出电压E₀与输入电压Ein之比值与温度的输出特性。图4表示了电阻输出方式的特性。表一中列出了四种组件的主要技术特性。

本发明的实施最佳方案是，选用稳定性好，电阻值和B值一致性好的热敏电阻材料，如Co∶Mn∶Ni＝50∶40∶10配方，用φ0.1m/m铂丝作电极，在1275℃高温烧结，用壁厚0.02m/m的玻璃管密封，进行充分的老化，热敏电阻〔1〕的阻值R₂₅为6K±10%，热敏电阻〔2〕的阻值R₃₅为30K±10%，热敏电阻的B＝（3600～3900）K，然后用精度不低于10mK的恒温槽进行精密测试热敏电阻的R-T特性，其数据存入计算机的数据库，选定组件的灵敏度M和B₀值。例如，在0～50℃使用温度的组件的M＝5.55724mV/℃·V，B₀＝0.176454，然后用单纯型搜索法由选定的热敏电阻〔1〕与〔2〕确定金属膜电阻〔3〕与〔4〕，用上述方法研制的组件，其非线性偏差＜±0.068℃，总精度可达±0.2℃。