Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

64 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v BrněPokud se nebude teplota T 0 udržovat na konstantní hodnotě, vznikne chyba údaje.K samočinnému odstranění vlivu kolísání teplot srovnávacích spojů, které nejsou umístěny vtermostatu, je ještě používá tzv. kompenzační krabice. Je to v podstatě můstek napájený zestabilizovaného zdroje, s jedním teplotně závislým rezistorem. Řada výrobců vyrábí obvodypro přímé měření teploty pomocí termoelektrických článků s kompenzací. Jedním z těchtovýrobců je firma Analog Devices. Jejich monolitické zesilovače termoelektrického napětíAD594 (pro typ J) a AD595 (pro typ K) obsahují přístrojový zesilovač a mají přímovestavěny obvody pro kompenzaci nenulové teploty srovnávacího konce termoelektrickéhočlánku [22]. Základní zapojení ukazuje Obrázek 0.2. Vhodným návrhem zpětnovazebníoperační sítě bylo dosaženo konstantního sklonu 10 mV/ o C celkové převodní charakteristikyměřicího obvodu. Aby byla zabezpečena správná kompenzace chybového napětí termočlánku,které vzniká nenulovou teplotou srovnávacího konce, obsahují AD594 a AD595 také obvodgenerující teplotně závislé kompenzační napětí (blok ice point compensation). Toto napětí sepřivádí na rozdílový zesilovač ve zpětné vazbě. Na invertujícím vstupu rozdílovéhozesilovače se sečítá se zpětnovazebním napětím v patřičném poměru, takže i kompenzačnínapětí působí s převodní konstantou 10 mV/ o C. Podmínkou je umístit srovnávací konectermočlánku co nejblíže tomuto integrovanému obvodu.Obrázek 0.2:Základní zapojení kompenzačního obvodu termočlánku7.2.2 Tenkovrstvé termočlánkyPro realizaci mikrotermočlánků je možné použít tyto i jiné materiály. Technologie dojisté míry změní fyzikální vlastnosti, a proto je nutné stanovení kalibračních křivek běžnýmipřesnými termočlánky. Pro snadnější nalezení materiálů pro termoelektrické senzory bylasestavena Tabulka 6, podle termoelektrického napětí vztaženého k čisté platině. Tabulkusestavil Seebeck v roce 1822.Planární realizaci komplikuje teplotní vodivost substrátu, která musí být co nejnižší.Proto není možné použít běžné substráty jako Si nebo korund, které mají velmi dobrouteplotní vodivost. Řešení s těmito materiály je možné jen za předpokladu velmi tenké vrstvysubstrátu v místě spojení kovů. Tímto je možné eliminovat vliv teplotní vodivosti na hraniciizolačních materiálů. Obrázek 0.3 ukazuje takovéto řešení v tenkovrstvé technologii, kdy nana dilektrickou vrstvu SiO 2 je naprašováním vytvořen ohřevný element z Ni-Cr anapařováním 100 bifilárních termočlánků původně z Cu/CuNi později z Bi/Sb, jenž má lepšíSeebeckovy koeficienty. Nakonec je z druhé strany vyleptáno okýnko do křemíku. Leptání sezastaví na SiO 2 , čímž vznikne velmi tenká membrána s velmi malou teplotní vodivostí.Tabulka 6: Termoelektrická řada materiálů