專利名稱：高互換性雙pn結(jié)溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種測控溫領(lǐng)域的溫度傳感器。
關(guān)于單支PN結(jié)溫度傳感器多以硅材料為主，工作溫區(qū)一般為-200℃～+250℃，但主要使用溫區(qū)為-50℃～+150℃，線性也較好，工作電流在10μA～400μA，大多數(shù)取100μA，靈敏度約為1.8mV/℃～2.5mV/℃，零溫度電壓約為500mV～800mV。由于單PN結(jié)有許多優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。但是單PN結(jié)的互換性沒有得到很好的解決，無法大批量生產(chǎn)滿足要求互換的場合。例如要求萬支以上滿足線性度、起始電壓和靈敏度都達(dá)到一定誤差范圍的PN結(jié)溫度傳感器，各器件廠家都無法生產(chǎn)出達(dá)到要求的產(chǎn)品。在同一批單PN結(jié)產(chǎn)品中其起始電壓、靈敏度、線性等參數(shù)的分散性很大，不同批產(chǎn)品的變化就更大，在大批量使用時，無法滿足互換性的要求。
本發(fā)明的目的就是要解決結(jié)性溫度傳感器的互換性問題，提供一種高互換性雙PN結(jié)溫度傳感器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明所述的高互換性雙PN結(jié)溫度傳感器是采用兩個PN結(jié)配對使用，在不同電流流過的情況下，選擇不同的零電壓和靈敏度，達(dá)到互換性好的目的。對于鐵路機(jī)械保溫車的測溫儀來說，當(dāng)工作電流為200微安時，零電壓為1201～1211毫伏，靈敏度為4.433～4.633毫伏/攝氏度;對于鐵路客車的軸溫報警器中采用300微安的電流時，零電壓為1230～1240毫伏，靈敏度為4.266～4.466毫伏/攝氏度。
本發(fā)明的效果在單PN結(jié)溫度傳感器中，如果選定某一溫度參數(shù)如零電壓和靈敏度以及一定的精度要求例如±1度，篩選合格率僅為5%，使得廠家無法大批量供貨，也使用戶對造價無法接受。采用本發(fā)明的雙PN結(jié)配對方法，精度符合要求的產(chǎn)品達(dá)到50%以上，因而可以滿足大批量使用同一參數(shù)的場合。另外，由于兩支PN結(jié)串聯(lián)，提高了起始電壓和靈敏度，因而也提高了信噪比，減小了外界干擾的影響。串聯(lián)PN結(jié)的線性也比單PN結(jié)有所改善。
下面給出本發(fā)明的具體實施例。
大家知道，PN結(jié)的輸出電壓、輸出阻抗與工作電流有關(guān)。工作電流越大，輸出電壓高，輸出阻抗越小。輸出阻抗小、漏電等影響(并聯(lián)干擾)越小。但是傳輸過程中導(dǎo)線有一定的電阻，電流越大導(dǎo)線上的壓降越大(串聯(lián)干擾)，影響測量精度。因此要根據(jù)實際測量場合需要而綜合考慮工作電流的選擇。在鐵路機(jī)械保溫車的測溫儀中，由于傳輸線較長，約100米，車內(nèi)濕度較高，有漏電影響。要求傳感器導(dǎo)線上串聯(lián)10歐姆影響小于0.5度，并聯(lián)200千歐影響小于0.5度，這時我們選擇200微安電流較合適，因為200微安×10歐＝2毫伏，雙PN結(jié)靈敏度為4.53毫伏/度，影響小于0.5度。輸出阻抗為300歐姆，漏電流為I漏＝ (VO)/(200千歐) ＝6微安，V0-為零電壓，6微安×300歐＝1.8毫伏，小于0.5度。如何選擇雙PN結(jié)的零溫度電壓和靈敏度的最佳趨向值，是本發(fā)明要解決的問題。在200微安的恒定電流下，測試單PN結(jié)的零溫度電壓的統(tǒng)計分布，其分布曲線的峰值在603毫伏±3毫伏，同樣溫度系數(shù)的統(tǒng)計分布峰值約為2.26±0.05毫伏/度，因此可以得出在200微安電流下，雙PN結(jié)溫度傳感器的參數(shù)為零電壓1206±5毫伏，靈敏度為4.53±0.1毫伏/度。經(jīng)測定其最佳參數(shù)為零電壓1206毫伏，靈敏度為4.53毫伏/度。
在鐵路客車軸溫報警器中，傳輸線最長約50米，截面0.5毫米2，導(dǎo)線電阻約2歐姆，傳感器暴露在風(fēng)雨之中，可能被浸濕造成漏電，因此選擇工作電流較大，為300微安，實測串聯(lián)14歐姆影響小于1度，并聯(lián)80千歐影響小于1度。在300微安恒流下，測量單PN結(jié)的參數(shù)其統(tǒng)計分布曲線的峰值為零電壓為617.5±3毫伏，靈敏度為2.18±0.05毫伏/度，因此在300微安恒流下工作的雙PN結(jié)傳感器的參數(shù)選在零電壓1235±5毫伏，靈敏度4.36±0.1毫伏/度，其最佳參數(shù)為1235毫伏，靈敏度為4.36毫伏/度。目前鐵路客車上使用的軸溫報警器大部分選用了雙PN結(jié)傳感器，逐漸淘汰了其它型式的傳感器如熱敏電阻，鉑電阻，單PN結(jié)，集成傳感器，鐵合金，銅電阻等。雙PN結(jié)傳感器的一致性好與價格低廉，將顯示出其優(yōu)越性，將會在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種高互換性雙PN結(jié)溫度傳感器，其特征在于本發(fā)明是采用兩個PN結(jié)配對使用，在不同電流流過的情況下選擇不同的零電壓和靈敏度。電流為300微安時，零電壓為1230～1240毫伏，靈敏度為4.266～4.466毫伏/度；電流為200微安時，零電壓為1201～1211毫伏，靈敏度為4.433～4.633毫伏/度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高互換性雙PN結(jié)溫度傳感器，其特征在于電流為300微安時的最佳參數(shù)選取為零電壓1235毫伏，靈敏度4.366毫伏/度;電流為200微安時的最佳參數(shù)選取為零電壓1206毫伏，靈敏度4.533毫伏/度。
全文摘要
本發(fā)明是一種高互換性雙PN結(jié)溫度傳感器，其解決了單PN結(jié)溫度傳感器互換性低一致性差不能大批量生產(chǎn)的問題，其特點是本發(fā)明采用兩個PN結(jié)配對使用，在不同電流流過的情況下選擇不同的零電壓和靈敏度，電流為300微安時，零電壓為1230～1240毫伏，錄敏度為4.366毫伏/度；電流為200微安時，零電壓為1201～1211毫伏，靈敏度為4.433～4.633毫伏/度。
文檔編號G01K7/00GK1048922SQ9010384
公開日1991年1月30日 申請日期1990年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月2日
發(fā)明者霍元素, 孟廣斌 申請人:北京樂科新技術(shù)聯(lián)合開發(fā)部