194398. lajstromszámú szabadalom • Villamos ellenállás jeladó folyékony közegek hőmérsékletének mérésére és eljárás a villamos ellenállás jeladó előállítására
1 194.398 2 A találmány tárgya villamos ellenállás jeladó folyékony közegek hőmérsékletének mérésére és eljárás a jeladó előállítására, amely alkalmas geológiai fúrásoknak a mélységtől függő hőmérsékletprofiljának mérésére, ha a mérőberendezés nagy sebességgel mozog, valamint alkalmas folyékony közegek viszonylag gyorsan változó hőmérsékletének mérésére. Ismeretes olyan vékonyrétegül hőmérséklet jeladó (lásd J.P. Marton, R.W. Tokarsid: Érzékeny vékonyrétegű hőmérséklet jeladó. Express-Információ "Az automatika és számítástechnika készülékei és elemei", 42. szám, Moszkva, 1974 november), amely egy kerámia tartóelemet tartalmaz, mely hengeres test formájában van kialakítva, és arra egy nikkelréteg van felvive, mely nikkelréteg kivágásokkal kialakított formájú. Az ismert hőmérséklet jeladó hátránya, hogy a csekély hővezetőképessége, valamint nagy tömege és a nagy tömegű szigetelőalátét miatt viszonylag nagy a hőtehetetlensége. A fenti kiadványból ismeretes továbbá a vékonyrétegű jeladó előállítására egy olyan eljárás, melyben a kerámia tartóelemre tiszta nikkel visznek fel. Ezután azt vákuumban 500 °C-on hőkezelésnek vetik alá, majd különböző hosszúságú ideig levegőközegben egy további hőkezelésnek vetik alá, mely utóbbi esetben 300 és 500 ÖC- közötti hőmérsékletet alkalmaznak. Az ilyen módon előállított jeladó ellenállása 5 és 25 ohm között van. Az ellenállás megnövelése érdekében a hengeres felületet csiszolással vagy homokfuvó berendezéssel felhasítják. Ennek az eljárásnak az a hátránya, hogy nem lehet vele 600 ohm-nál nagyobb ellenállású jeladót kialakítani, és ilyen módon az alkalmazási területe korlátozott marad. Ezenkívül nehéséget jelent ennek a jeladónak a funkcionális behangolása, mivel bármilyen módon is alakítanak ki egy spirál alakú bevágást, a hőmérséklet megnő, és a réteg nagy hőmérsékleti együtthatója következtében az ezzel az eszközzel végzett mérés pontatlan lesz. A találmány elé kitűzött feladat az, hogy olyan vékonyrétegű villamos ellenállás jeladót alakítsunk ki, amelynek hőtehetetlensége csekély, hővezetőképessége pedig nagyobb az ismert jeladókénál. Továbbá olyan eljárást is ki kell fejleszteni villamos ellenállás jeladó előállítására, melynek során előállított jeladó ellenállásértéke 600 ohmnál nagyobb és amelynél nem jelentkeznek a funkcionális behangolási problémák. A kitűzött feladatot olyan villamos ellenállás jeladó kialakításával oldottuk meg, mely alkalmas folyékony közegek hőmérsékletének mérésére, amely kerámia tartóelemből és arra kígyóvonalban felvitt nikkelrétegből áll. A találmány szerinti jeladóra jellemző, hogy legalább 99,5%-ban AljOj-at tartalmaz a tartóelem, melyen a nikkelréteg alá egy 80-100x xlO"10 m vastagságú nikkel-króm réteg van felvive. Erre a rétegre egy csillámlemezke van felhelyezve. A tartóelemet és a csillámlemezkét egy rézlemezből készült ház veszi szorosan körül. A kitűzött feladatot továbbá olyan eljárás kidolgozásával oldottuk meg, amely alkalmas a fenti villamos ellenállás jeladó előállítására, melynek során egy kerámia tartóelemre nagy vákuumban szublimálással 80-10Qxl0~10 m vastagságú nikkel-króm réteget viszünk fel. A rétegeket nagy vákuumban 10-20 percen keresztül 300—400 °C hőmérsékleten hőkezeljük. A nikkel-réteget elektrolitikus úton 2,3-2,9X1ÍT7 m vastagságúra hizlaljuk. Fotolitorgrafikus úton kígyóvonalat alakítunk ki, majd egy további hőkezelést végzünk levegőközegben, 230-255 °C-os hőmérsékleten, 42, 48 óra időtartammal "Végül az ellenállást behangoljuk. ' * . A találmány szerinti jeladó és az annak előállítására vonatkozó eljárás előnye, hogy a jeladó hő tehetetlensége kisebb, hőmérsékleti együtthatója nagyobb, 3800—4200 ppm/°C értékű, ellenállása nagyobb, mintegy 2000 ohm ± 5%, ezenkívül az ellenállás hőmérsékleti együtthatója lineáris. Ezenkívül a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi a könnyebb funkcionális behangolást is. Az alábbiakban a találmány szerinti villamos ellenállás jeladót és annak előállítására vonatkozó eljárást kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán a jeladó keresztmetszete, a 2. ábrán a fémréteg elrendezése látható, mely fotolitográfiai eljárással lett kialakítva. A találmány szerinti hőmérsékletmérő villamos ellenállás jeladó (lásd 1. ábrát) egy polírozott 1 tartóelemet tartalmaz, melynek anyaga (99,5%-bán)t A1j03, vastagsága 0,5—0,6 mm, mérete lOmm x x 24 mm, melyen egy 2 Ni-Cr réteg és egy 3 Ni réteg van felvive. Az 1 tartóelem vékony rézlemezből készült 4 házba van behelyezve és a 3 Ni réteget a 4 háztól egy vékony 5 csíllámlemezke szigeteli el. A 2. ábrán a fémréteg elrendezés látható, mely fotolitográfiai eljárással lett kialakítva. Ez a fémréteg egy 6 kígyóvonal, mely 7 kivezetőérintkezőkkel és 8 hangolóelemekkel van ellátva. A találmány szerinti villamos ellenállás jeladó a következőképpen működik: A környezeti hőmérséklet megváltozásakor a jeladó ellenállásának értéke megváltozik, mely egy villamos áramkörbe van bekapcsolva. A villamos áramkörben ezt az ellenállásváltozást valamilyen más villamos jellé alakítjuk át, mely arányos a hőmérséklettel. (A villamos áramkört az ábrán nem tüntettük fel). A villamos jel nagyságát egy villamos mérőkészülékkel mérjük, mely a hőmérsékletnek megfelelő skálával van ellátva. A villamos ellenállás jeladót a találmány szerinti el-Íárással a következőképpen állítjuk elő: az Al203-ból készült, polírozott 1 tartóelemre nagy vákuumban (5 x IO"* torr) nikkel-króm ötvözetből 100x1 CT* m vastagságú tapadóréteget viszünk fel. Erre a vákuum csökkentése nélkül szublimálással egy 400-500x10"® m vastagságú nikkelréteget viszünk fçl. Ugyanabban a vákuumban ezt a réteget 10—20 percen keresztül 300-400 °C-on hőkezeljük, A vákuumban felmelegített réteget elektrolitikus úton 2,3-2,9x10^ m vastasgáúra hizlaljuk. Ekkor megmérjük a réteg fajlagos felületi ellenállását, mely körülbelül 0,3 ohm/cms. A fotolitográfiai kezelés végrehajtása után alakítjuk ki a kerámia tartóelemen lévő fémréteg 2. ábrán bemutatott elrendezését. Ezután egy hőkezelést hajtunk végre, levegőközegbe, 230-255 ^-on, 4248 óra időtartamon keresztül. Miután az ellenállást 2000 ohm értékűre hangoltuk (mindkét ellenállás értéke 1000 ohm ± 5%), megmérjük az ellenállás hőmérsékleti együtthatóját. Annak értékének a 3800—4200 ppm/°C tartományba kell esnie. Az érintkezőket lágy forraszanyaggal a 7 kivezetőérintkezőkhöz forrasztjuk (lásd 2. ábrát). A jeladó aktív felületét egy 5 csillámlemezkével vonjuk be és az egészet együtt a 4 házba beszereljük. A jeladót egy furat-hőmérőbe (melyet az ábrán 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
