薄膜微结构换能元温度测量技术研究

为了适应火工品微型化、集成化和智能化等发展趋势,薄膜微结构换能元的引发温度测试已成为一项亟需解决的关键问题。本文采用MEMS技术将薄膜铂电阻和薄膜微结构换能元集成在氮化硅基底上,利用原子力显微镜等设备对薄膜铂电阻的几何尺寸进行了表征,通过实验测量了薄膜微结构换能元在不同直流激励下铂电阻的阻值变化,从而得到了薄膜微结构换能元的温度响应。药剂点火温度测试实验表明,将薄膜铂电阻与薄膜微结构换能元集成于一体能有效测量微小型火工品小尺寸条件下的引发温度。     

多通道1 mK精密测温仪设计与实现

随着科学技术的不断进步,测量系统对测温的准确度和稳定性等性能提出了更高的要求。在航天、航空、海洋、气象、农业、生物等行业中,温度是常见的基本物理量,很难直接测量。提出了一个基于精密铂电阻温度传感器的测量精度高、测量稳定性好、成本低的温度测量方案。该方案易于扩展,满足多路测温产品的需求。通过高带载能力双向恒流源设计、多通道技术实现、测量方法的改进、测量方式的转换、精密信号处理以及零功率功能等关键测量技术的实现与突破,完成了多通道精密测温仪系统设计。试验结果表明,系统可实现36路温度测量,并具备72路温度测量能力。测试数据表明,该系统实现了优于1 mK的温度测量不确定度。     

真空热试验数字温度测量系统设计与实现

温度测量是航天器真空热试验中一项非常重要的测量项目,一般采用热电偶进行温度测量。为了在真空热试验过程中减少测量线路的引线数量、提高测量系统的抗干扰程度以及测量准确度高,设计了一种可用于真空热试验的数字温度测量系统,实现了对航天器及地面工装设备温度的数字化测量。该系统由数字温度传感器DS18B20以及采集设备组成,可通过LAN网络与远程监视计算机连接实现温度远程监视。文章给出了数字温度测量系统的硬件结构、通信协议以及软件设计。通过在真空热环境中的测试以及与铂电阻测温系统的比对,结果表明该系统的稳定性好,其测量值与铂电阻测量值的差值在0.5℃以内,满足真空热试验的需求。     

MEMS铂薄膜温度传感器的电阻温度系数研究

采用MEMS工艺在硅衬底上制备了铂电阻薄膜温度传感器,在500℃、600℃、700℃和800℃四个温度点下对铂电阻样品进行了热处理,对样品在退火前后的电阻值进行了测试和对比分析,对800℃的退火样品的阻温特性进行了多次测量,其在零摄氏度的电阻温度系数可达3150×10-6/K。另外还对退火后的铂电阻样品阻温特性进行了多次升温降温测试,其升温曲线和降温曲线基本重合,表明退火处理可以明显的改善铂薄膜温度传感器的稳定性和重复性。     

基于卡尔曼滤波的铂电阻高精度水温测量系统设计

为满足地下水温度高精度测量的要求,设计了一种基于卡尔曼滤波的铂电阻高精度水温测量系统。硬件上,以铂电阻Pt1000为温度传感器,选用四线制比值法消除引线电阻干扰,并通过限流电阻和频率式供电避免铂电阻自热效应。软件上,通过卡尔曼滤波算法和线性拟合提高了阻值测量的准确度和稳定性,使用反向函数法对Pt1000分度表进行分段拟合,以减小铂电阻非线性误差。试验结果表明,该系统在-20～+100℃内,最大误差为0.05℃,整体精度优于0.044%。该研究对相关铂电阻测温设计具有一定借鉴意义。     

用于低温环境的铂电阻温度微传感器

目前,铂电阻温度传感器主要应用于73 K(-200℃)以上环境的温度检测。设计了可用于10 K(-263℃)～200 K(-73℃)低温区的铂电阻温度微传感器。铂电阻温度微传感器采用对称的折回型结构,这种结构有效地降低了交流感抗的影响。传感器的敏感薄膜是一层采用磁控直流溅射沉积厚度为200 nm的铂薄膜。采用QD PPMS仪器测试传感器的电阻与温度的变化关系,得出传感器的电阻温度系数(TCR):研制的温度传感器的电阻温度系数在温度高于30K(-243℃)时可达到9980×10-6/K,同时在低于30K(-243℃)的深低温区域TCR也可达到3730×10-6/K。     

高分子薄膜电容式湿敏元件

本文叙述高分子薄膜电容式湿敏元件的研制意义,测湿原理、湿敏元件的构造,感温材料的感湿机理、湿敏元件的性能。性能包括感湿特性,响应特性,温度特性,频率特性,耐湿耐水性,长期稳定性等。湿滞回差小,线性好,响应时间短,温度系数小,稳定性好是所研制的湿敏元件的突出特点。电容式湿敏元件是非常有前途的一类湿敏元件。     

矿用防爆无轨胶轮车温度监测电路设计

针对现有矿用防爆无轨胶轮车温度监测方法存在温度测量范围窄、误差大的问题,设计了矿用防爆无轨胶轮车温度监测电路。该电路选择薄膜铂电阻作为传感元件,采用非线性电桥采集电路和运算放大电路采集微弱变化的电阻信号,利用非线性和线性计算方法计算出电阻值,从而通过电阻值计算出被测部件的温度值。实际应用表明,该电路运行稳定可靠,为矿用防爆无轨胶轮车电气执行部件可靠控制提供了稳定的基础支撑。     

热膜风速计温度校正研究

为提高热膜风速计在非恒温流场状况下的测量精度,提出了一种温度自动校正方案。通过对热膜探头的温度特性分析,提出采用铂电阻作为热膜风速计的温度补偿元件。经温度校正后,热膜风速计零点温度漂移可以达到4.8×10-2%FS/℃,灵敏度温度漂移可以达到-1.0×10-2%FS/℃。试验结果表明:利用铂电阻对热膜风速计进行温度自动校正取得了较为理想的效果。     

碱金属气室无磁电加热技术研究与系统设计

基于量子精密测量的原子自旋陀螺仪具有高精度、小体积、低成本等优势,被认为是未来陀螺仪的发展方向;原子自旋陀螺仪的核心部件是承载原子自旋的碱金属气室;碱金属气室加热温度的稳定性是决定原子自旋陀螺仪精度和灵敏度的重要因素之一;同时,原子自旋陀螺仪的高灵敏度使其对磁场噪声极其敏感,因此要求加热过程不能引入额外的磁场干扰;针对以上要求,对原子自旋陀螺仪的无磁电加热技术进行了研究;设计并搭建了以Pt1000作为温度传感器,双层对称结构的加热膜作为加热元件,结合源测量单元、数据采集板卡、正弦波信号发生电路、驱动电路以及LabVIEW软件平台构成的无磁电加热系统;通过实验测试,本系统引入的等效干扰磁场优于15 fT/Hz1/2,气室温度短期稳定度优于±5 mK,长期稳定度优于±10 mK,为原子自旋陀螺仪的性能提升提供了可靠保障。     

高稳定薄膜电阻技术及其应用

首先对有关薄膜电阻的理论作了一定的探讨,得出薄膜电阻随电阻率的增加,其温度系数将会减小;在一定厚度范围内薄膜厚度减小,其温度系数减小;适当的成膜工艺能控制和改善电阻的温度系数的结论。给出了制备薄膜电阻的试验方法(调整薄膜的淀积条件以获得高质量的薄膜,再通过热处理激活)及试验结果,对影响电阻特性及稳定性的一些条件进行了讨论,并探讨了高稳定薄膜电阻技术在集成电路中的应用前景。该工艺现已在双极和MOS电路中得到了很好的应用,拥有更快、更好的发展前景。     

High-temperature ceramic pressure sensor

A pressure microsensor for working at high temperature has been developed. The device consists of a tantalum nitride thin film, patterned on a Wheatstone bridge configuration, sputter-deposited onto thermally oxidized silicon wafers with an aluminium interconnection layer and a silicon dioxide passivation. The microsensors present a low temperature coefficient of resistance and good long-term stability. The sensitivity is 0.15 mV (V bar)⁻¹ with low sensitivity drift and low combined non-linearity and hysteresis in the pressure range 0–10 bar.     

电动干湿球湿度计的设计

针对Pt电阻电子干湿球法测湿技术体积大及一般电子湿度测试的稳定性差的情况,比较和分析了机械通风和Pt电阻通风测湿仪的结构,结合标准要求,设计了一种基于实验室或鉴定使用的干湿球湿度计的结构.采用AD590K进行温度的测量,采用有较高性价比、新型ARM模拟微处理器的ADUC7060进行数据采集和处理.最后讨论了应用经典公式进行湿度计算的算法,给出了采用线形拟合和近似公式的湿度近似处理方法.     

薄膜型锑化铟霍尔元件芯片测试系统的设计与实现

针对薄膜型锑化铟霍尔元件芯片性能测试,设计了一套霍尔元件芯片测试系统。系统主要由手动探针台、显微镜、探针卡、外加磁场、PLC以及测试软件组成,可以进行霍尔元件芯片的输入和输出电阻、不平衡电压以及霍尔电压的测试。测试系统稳定性好,重复度高,测试误差较小。手动探针台操作简单,测试方便,灵活性强,可分别测试4英寸硅片和3英寸铁氧体衬底制备的薄膜型锑化铟霍尔元件芯片,以较低成本满足了霍尔元件芯片研发过程中芯片测试的需求。     

Pt100的精密恒温水箱测控系统设计

针对恒温水浴高精度温度控制要求,设计了一种新型恒温水箱智能测控系统.系统采用MSP430单片机作为核心,使用Pt100温度传感器为测温元件,以半导体致冷器(TEC)为制冷元件,结合比例-积分-微分(PID)算法和脉宽调制(PWM)控制来实现对目标对象温度的精确控制.系统测温范围设定在0～60℃,样机性能测试结果表明:该系统可以实现测温精度优于±0.05℃的控制要求,具有±0.01℃的分辨率,控温精度±0.2 ℃.实际应用表明:该系统可靠性好、控制精度高、性能稳定、操作简便及通用性强,具有较高的实用价值和应用推广价值.     

基于LabVIEW的烘道温度测试系统研究

分析了烘道烘干温度及时间对涂漆零部件漆膜质量的影响,为保证烘道内工件处于最佳的烘干条件,提出了一种在虚拟仪器平台下的烘道高精度多路温度自动测试系统;根据铂电阻传感器的非线性特征,介绍了相应的温度信号调理电路和LabVIEW虚拟仪器软件平台设计;该方案采用新型的比率法测温电路结合软件计算,可实现测温系统的线性化校正与零值的自动校准,具有一定的扩展性和通用性;测量结果表明,系统测试精度高,运行稳定,有助于涂漆零部件产品质量的提升.     

同基准16路电流型测温电路设计与应用

在许多实际的应用系统中,需要同时测量多点温度,为了解决多支路测温需要相同参考标准的问题,保证各路参数具有可比性;巧妙地设计同基准A/D转换电路,运用低导通电阻模拟开关构建矩阵开关进行分时切换各支路,有效地解决了多支路同基准测量问题;结合实际应用确定A/D转换器输入电路滤波电容大小与开关切换延时的关系;利用台阶电阻使A/D转换器的输入端的“零”电平得到抬升,偏离A/D转换器非线性段,解决了微小信号输入的测量精度;对于温度测量普遍使用的铂电阻传感器,利用模拟开关实现了铂电阻传感器静态下预热电流与测量状态下工作电流的电路转换,保证电路的信号稳定起到很好作用;在实际的应用系统中,检定数据和使用效果表明,同基准16路电流型测温电路具有高稳定度、高精度特点,适用于各种相参测量系统中使用。     

NiCrAlY薄膜应变计的研制

采用射频磁控溅射法在Ni基高温合金拉伸件上制备NiCrAlY薄膜应变计。研究了热稳定处理对NiCrAlY薄膜结构、表面形貌的影响,并且测试了NiCrAlY薄膜应变计的电学与应变性能。结果表明：热稳定处理后 NiCrAlY 薄膜应变计由于在表面形成了一层 Al2 O3膜,具有抗高温氧化的特性,在室温～800℃范围内,应变计电阻同温度呈线性变化,电阻温度系数（ TCR）约为290×10－6/℃,室温下的应变计系数（ GF）为2.1。     

碳膜低温传感器的研制

报道了一种体积小、热容低、灵敏度高、热响应速度快、不易受强磁场影响的新型碳膜电阻低温传感器。介绍了这种传感器的制备结构和性能测试方法。给出了其电阻-温度特性和热响应时间的测试结果。     

基于PT100的高精度温度测量电路的设计

普通四线制恒流源驱动测温系统受温度电流漂移等影响,温度测量准确率很低,很难超过0.1℃量级.基于PT100设计了一种改进的恒流源驱动四线制高精度温度测量电路,通过采样温度稳定系数高的高精密电阻的电压和铂电阻电压的比值,消除了恒流源由于温度漂移等因素影响的电流变化,使得输出电压比值与铂电阻成良好的线性关系.利用LTC2492A/D转换器对信号进行采样,将信号传送给ATMEGA32单片机,单片机进行数据处理并保存和显示数据.实验测试结果表明,该电路温度测量的精度和稳定性均可以达到5‰之内,与理论值一致.