Температурный преобразователь

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании систем противопожарной защиты. Цель изобретения - повышение информативности и чувствительности устройства. Температурный преобразователь выполнен в виде трехэлектродной структуры металл-сегнетоэлектрик-окисел-металл. Сегнетоэлектрик и окисел представляют собой пару материалов с последовательно фиксируемыми близкими по температуре фазовыми переходами в твердом состоянии, при которых физические параметры материалов меняются скачком или проходят через экстремум. При нормальных условиях на границе сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом состоянии) формируется область пространственного заряда, которая разрушается при нагреве до перехода окисла в низкоомное металлическое состояние. При этом скачком уменьшается сопротивление между электродами, расположенными на пленке окисла, и увеличивается емкость между электродами, расположенными с противоположных сторон устройства. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 08 В 17/00

f. (".ÃИ3 .;},"}е}1

Р}ЦЦ1Г:- Т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4383832/24-24 (22) 11.01.88 (46) 30.10.90. Бюл. У 40 (71) Центральное проектно-конструкторское бюро по разработке приборов и аппаратуры систем автоматического пожаротушения, пожарной и охранной сигнализации "Спецавтоматика" (72) В.П. Афанасьев, С.Н. Жаров, Г.П. Крамар, Е.В. Минина и А.В. Некрасов (53) 654.91(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 863565, кл. G 04 В 35/00, 1979.

Левшина Е.С. и др. Электрические измерения физических величин. Л.:

Энергоатомиздат, 1987, с. 125. (54) ТЕМПКРАТУРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании систем противопожарной защиты. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании систем противопожарной защиты, причем наиболее эффективно изобретение может быть использовано при создании систем раннего обнаружения пожара с анализом предпожарной ситуации.

Цель изобретения — повышение информативности и чувствительности температурного преобразователя.

На чертеже изображен температурный преобразователь.

ÄÄSUÄÄ 1603414 А 1

2 информативности и чувствительности устройства„ Температурный преобразователь выполнен в виде трехэлектродной структуры металл-сегнетоэлектрик-окисел-металл. Сегнетоэлектрик и окисел представляют собой пару материалов с последовательно фиксируемыми близкими по температуре фазовыми переходами в твердом состоянии, при которых физические параметры материалов меняются скачком или проходят через экстремум. При нормальных условиях на границе сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом состоянии) формируется область пространственного заряда, которая разрушается при нагреве до пере-

Щ хода окисла в низкоомное металлическое состояние. При этом скачком уменьшается сопротивление между электродами,расположенными на пленке окисла,и С увеличивается емкость между электродами, расположенными с противополож- 2 ных сторон устройства. 1 ил.

Температурный преобразователь со- . ьфЬ держит пластину 1 сегнетоэлектрика.

На нижней поверхности этой пластины Д }} размещен металлический электрод 2, а на верхней — тонкая пленка окисла 3.

Поверх пленки окисла размещены два металлических электрода 4 и 5. В качестве окисла в этой структуре выбран материал с фазовым переходом полулроводник-металл при температуре срабатывания. Обязательной особенностью этого материала должно быть наличие высокоомной полупроводниковой фазы при тем1603414 пературе ниже Т„, а при превышении этой температуры — переход к низкоомной металлической фазе, В качестве сегнетоэлектрика используют, например, монокристалл или же сегнетокерамический материал с температурой фазового сегнетоэлектрического перехода несколько выше температуры срабатывания.

В предлагаемом температурном преобра- р зователе физические параметры материалов меняются либо скачком (проводимость окисной пленки), либо имеют экстремальную зависимость от температуры. 15

Температурный преобразователь работает следующим образом, При нормальных условиях на границе .сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом высокоомном состоянии) форми- 20 руется область пространственного заряда (ОПЗ), характеризуемая некоторой емкостью (Сд, ), которая в предлагаемой структуре включается последовательно с емкостью (С ) сегнето- 25 электрика, Поэтому толщину сегнетоэлектрика выбирают такой, чтобы при нормальных условиях выполнялось соотношение С „ > С „ . В этом случае емкость структуры между электродами: 3Q

2 и 4 будет лимитироваться величиной опЗ

При повышении температуры вдали от температуры перехода емкость сегнетоэлектрика увеличивается незначительно.

Однако, по достижении температуры срабатывания в окисной пленке реализуется переход от высокоомного полупроводникового состояния к низкоомному металлическому. При этом проводимость окисной пленки ска .ком увеличивается на несколько порядков величины.

В результате этого разрушается ОПЗ и емкость структуры скачком увеличиваeTcH — она уже определяется целиком g5 и полностью емкостью сегнетоэлектрика.

Скачкообразное увеличение проводимости окисной пленки может быть зафиксировано по величине сопротивления между электродами 4 и 5, Таким образом, при прохождении температуры срабатывания формируются два сигнала по двум параметрам и на этой основе можно. сформировать сигнал оповещения при достижении температуры срабатывания (это может быть предупредительный сиг- . нал о возможности возникновения пожарной ситуации), При этом надо отметить факт того, что в величину скачка емкости структуры вносит вклад и увеличение площади конденсатора за счет закорачивания электродов 4 и 5, т,е, структура в результате этого фазового перехода преобразуется из трехэлектродной в двухэлектродную.

По мере приближения к температуре

Кюри емкость структуры будет увеличиваться вследствие увеличения диэлектрической насыщенности сегнетоэлектрика. Поскольку процесс происходит уже вблизи области фазового перехода, то скорость изменения диэлектрической проницаемости на этом участке будет максимальна, что обусловливает повышенную чувствительность температурного преобразователя. При прохождении температуры перехода проницаемость сегнетоэлектрика, а следовательно, и емкость структуры, проходит через ярко выраженный максимум.

Пример 1. На основе сегнетоэлектрика ТБК-3 из промышленно выпускаемого состава пьезокерамики ТБК-3 и двуокиси ванадия была изготовлена подложка площадью 1 — 2 мм и толщиной 0,1 мм. На ее нижнюю поверхность был нанесен серебряный электрод, а на верхнюю — напылена в вакууме пленка двуокиси ванадия толщиной около

400 нм. Поверх этой пленки были нане" сены два серебряных электрода на рас" стоянии 0,2-0,3 мм один от другого.

Сопротивление пленки двуокиси ванадия может достигать величины 100 кОм (между электродами 4 и 5).

Удельная емкость области пространственного заряда составляет величину порядка 10 пф/мм . При 65-68 С двуокись ванадия переходит из высокоомного полупроводникового состояния в металлическое. При этом величина проводимости увеличивается на 4-5 порядков величины, Удельная емкость ТБК-3 в этой структуре составляет величину около

100 пФ/мм и при температуре Кюри г (100 С) достигает величины около

560 пФ/мм . При температуре фазового перехода в двуокиси ванадия удельная емкость сегнетоэлектрика составляет около 150 пФ/мм и, следовательно, емкость структуры скачком увеличивается в 30-32 раза.

При дальнейшем увеличении температуры емкость структуры определяется емкостью сегнетоэлектрика и температурной зависимостью диэлектрической

Составитель Л. Липецкий

Техред М.Ходанич Корректор С. Шевкун

Редактор А. Ренин

Заказ 3387, Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 16034 проницаемости. При этих температурах температурный преобразователь работает в области его максимальной чувствительности. При достижении точки

Кюри емкость структуры увеличится еще примерно в 4 раза.

Пример 2. На основе монокристалла НБС (из монокристалла ниобата- .; бария-свинца)1 и двуокиси ванадия бы 1 ла изгЬтовлена пластина толщиной

0,1 мм и площадью 1-2 мм . Электроды и пленка двуокиси ванадия были нанесены также как и в примере 1. Параметры, фазового перехода в двуокиси ванадия такие же как и в примере 1. Величина удельной емкости составляет величину . порядка 10 пФ/мм, а для НБС эта величина будет порядка 100 пФ/мм при нормальных условиях и около 400 пФ/мм 20 при температуре Кюри (Т 80 С) и диэлектрическая проницаемость может

14 6 достигать 4500. При фазовом переходе в двуокиси ванадия емкость структуры в этом случае изменяется примерно в

50 раз.

Формула изобретения

Температурный преобразователь, содержащий пластину из сегнетоэлектрика, на одну сторону которого размещен один металлический электрод, второй и третий металлические электроды, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения информативности и чувствительности преобразования, в него введена пленка окисла с фазовым пере" ходом полупроводник-металл, одна сторона которой размещена на другой стороне пластины из сегнетоэлектрика, второй и третий металлические электроды размещены на другой стороне пленки окисла.