Главная Промышленные терморезисторы



противления или вольт-амперной характеристикой. В настояще главе описываются некоторые менее тривиальные применени терморезисторов, наглядно иллюстрирующие универсальност этих приборов.

6.1. Обнаружение и измерение излучения

Электромагнитное излучение поглощается материалом термо резистора различными путями в зависимости от его длины bojI ны. В ультракоротковолновом диапазоне свободные носители за ряда образуются в результате ионизации атомов кристалличе ской рещетки или атомов примесей: в том и другом случаях М1 имеем дело с фотопроводимостью. В инфракрасной области спщ тра (рис. 6.1), охватывающей диапазон длин волн от 0,75

Длина 8олнь1, мн

0,1 0,5 1 5 to SO то 500 woo 5000 10000 WD о 00 гт-1-I-i-I-г

\1ли1к, Среднее Дальнее I. = I нее Н-Н*--

g laa-j UK излучение i СВЧ излучение

.\. 1 I-1-\ \

7(7 /с* 7/7« 7i7" 10

Частота,Гц

Рис. 6.1. Положение области ИК излучения в электромагнитном спектре

1000 мкм, поглощение определяется меж- и внутриатомным воз* буждением. С увеличением длины волны, т. е. в микроволновой области спектра, поглощение осуществляется прежде всего свободными носителями заряда, которые отдают свою избыточнук энергию рещетке за счет соударений. Во всех случаях поглощение излучения ведет к повыщению температуры материала терморезистора и соответствующему изменению его сопротивления. При правильном конструировании терморезистора с цельк) оптимизации поглощения можно обнаруживать и измерять возбуждающее излучение. Терморезисторные детекторы можно также применять для измерения энергии частиц в пучках путем преобразования кинетической энергии пучка в тепло внутри детектора.

Приемники инфракрасного излучения. Инфракрасный диапазон спектра достаточно велик, и его обычно разделяют на три области:

ближняя Я = 0,75-1,5 мкм; промежуточная или средняя Я=1,5-7 мкм; дальняя Я = 7-1000 мкм.

Интервал между 300 и 1000 мкм называют субмиллиметро вым. Терморезисторы относятся к категории приемников инфракрасного излучения, которые обычно называют тепловыми при-



емниками, так как их работа основана на нагревании падающим излучением. Сюда же относятся: термопары и термобатареи, пневматические приемники, в которых расширение газа вызывает прогиб диафрагмы (это может приводить к изменению освещенности вспомогательного фотоэлемента, как, например, в элементе Голея); термоварикапы, работа которых основана на быстром изменении емкости р-п-перехода при изменении температуры; пироэлектрические материалы, такие как триглицинсульфат (ТГС), и, наконец, приемники, основанные на эффекте Нернста. Тепловые приемники, принцип действия которых основан на изменении удельного сопротивления материала с температурой, называются болометрами. К ним относятся терморезисторы, приборы из сверхпроводящих материалов (таких, как нитрид ниобия, работающий при температуре 14,5 К), а также из некоторых сплавов, претерпевающих фазовые превращения, сопровождаемые ступенчатым изменением их сопротивления.

Рабочие характеристики приемников. Работа описанных приемников заключается в преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал, и основным параметром этих приборов является чувствительность, которая равна отношению электрического выходного сигнала (в вольтах или амперах) к энергии излучения (в ваттах), облучающего чувствительную поверхность приемника. Чувствительность измеряют в вольтах на ватт, если речь идет о чувствительности по напряжению, или в амперах на ватт, если речь идет о чувствительности по току. Излучение может быть монохроматическим, причем длину его волны часто подбирают так, чтобы она соответствовала максимальной чувствительности, или же оно может быть излучением от абсолютно черного тела при заданной температуре, как правило 500 К, и тогда говорят о чувствительности к излучению абсолютно черного тела. По определению чувствительность к излучению абсолютно черного тела будет всегда ниже максимальной чувствительности. Частота модуляции излучения также должна быть задана, ибо чувствительность изменяется с частотой модуляции в связи с тем, что постоянная времени фотоэффекта имеет конечное значение.

Эквивалентная мощность шума (ЭМШ) или электрический шум детектора определяет минимальный уровень излучения, который может быть им обнаружен; ЭМШ равна мощности излучения, которая создает такой же сигнал, как и собственный шум приемника, т. е. она соответствует отношению S/N=l. Для терморезисторных болометров ЭМШ обычно определяют при следующих условиях: температура излучения абсолютно черного тела *500 К, номинальная температура приемника 298 К, полоса частот Шума 1 Гц и частота модуляции лежит в нижней части звукового или инфразвукового диапазона. Значение ЭМШ должно задаваться при соблюдении всех этих условий.

Измерение ЭМШ, Bt-Tvt!, сводится к определению отноше-ия среднеквадратического напряжения сигнала к среднеквадра-



тическому напряжению шума детектора S/Nv в полосе частот при известной мощности излучения W:

ЛГ„ ЛГ„ WA

змш=

7 > (6.1), (6.;

чувствительность • Уд / S/WA- У А f S/N- УД /

где А - площадь приемника излучения, см.

Удельная о бнаруж ительна я способность D Эквивалентная мощность шумов болометра изменяется в завися мости от размера чувствительной площадки приемника. У пр емников, изготовленных по идентичной технологии, ЭМШ обыч но пропорциональна корню квадратному из площади приемник Поэтому для сравнения приемников используют параметр Ц определяемый как отношение корня квадратного из площади I ЭМШ. Он имеет размерность см-Гщ/а/Вт. В противоположное-ЭМШ этот параметр имеет более высокие значения у высокой чественных приемников.

Промышленные терморезисторные болометры. Терморезисто! ный болометр состоит из двух тонких квадратных чешуек ищ пленок, материал которых имеет отрицательный ТКС с линейки ми размерами от 0,1 до 10 мм и сопротивлением от 0,1 до МОм. Чешуйки или пленки помещают на изоляционные подло) ки из стекла, кварца, сапфира или окиси бериллия и монтир ют через охладитель на четырехштырьковом основании. К ка; дому штырьку подсоединяют выводы от обоих терморезисторо!

Один терморезистор расположен в середине основания, т. непосредственно под оптическим окном в колпачке, закрывающ приборы. Второй, термокомпенсационный, терморезистор сдвин относительно оптического окна и тем самым экранирован от щ лучения. Оптическое окно может быть изготовлено из германи арсенида индия, кремния, сапфира и других материалов, облад! ющих высокой прозрачностью в ограниченном диапазоне длй

волн; при этом длину вш ны пыбирают так, что1 она соответствовала дл1] не 1в0лны измеряемого Ш лучения. В Некоторых б( лометрах плоское окяЭ


3uS cSepxy (окно снято)

) Рис. 6.2. Конструкция ст дартного терморезисторног; болометра:

/ - активный элемент; 2 ~ комп сирующий экранированный э.чемв 3 - окно; i - охладитель

заменяют линзой, чтобы сфокусировать излучение и тем самЫ увеличить чувствительность прибора. На рис. 6.2 показана типа вая конструкция терморезисторного болометра.

В этой конструкции болометра активный и термокомпенсацй онный терморезисторы включают в мостовую схему, приведей



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [29] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


0.0448