Температурный преобразователь Советский патент 1990 года по МПК G08B17/00 

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 - повьшение информативности и чувствительности температурного преобразователя.

На чертеже изображен температурный преобразователь.

Температурный преобразователь содержит пластину 1 сегнетоэлектрика. На нижней поверхности этой пластины 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 полупроводник-металл при температуре срабатыва- ниЯо Обязательной особенностью этого материала должно быть наличие высоко- омной полупроводниковой фазы при темсс

4 4:

пературе ниже Т, а при превышении этой температуры - переход к низкоом металлической фазе, В качестве сегне тоэлектрика используют, например, монокристалл или же сегйетокерамически материал с температурой фазового сегнетоэлектрического перехода несколько вьцце температуры срабатывания В предлагаемом температурном преобра- зователе физические параметры материалов меняются либо скачком (проводи- мость окисной пленки), либо имеют экстремальную зависимость от температуры

Температурный преобразователь работает следуюпщм образомс

При нормальных условиях на границе .сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом высокоомном состоянии) форми- руется область пространственного заряда (ОПЗ), характеризуемая некото- рой емкостью (Сопг,), которая в пред лагаемой структуре вютючается последовательно с емкостью. (Сд) сегнето- электрика. Поэтому толщину сегнето- электрика выбирают такой, чтобы при нормальных условиях выполнялось соотношение С СОРЗ В этом случае емкость структуры между электродами 2 и 4 будет лимитироваться величиной емкости Со„з.

; При повышении температуры вдали от температуры перехода емкость сегнето- электрика увеличивается незначительно Однако, по достижении температуры срабатывания в окисной пленке реализуется переход от высокоомного полупроводникового состояния к низкоомно- му металлическому. При этом проводимость окисной пленки скачком увеличивается на несколько порядков величины В результате этого разрушается ОПЗ и емкость структуры скачком увеличивается - она уже определяется целиком и полностью емкостью сегнетоэлектрика Скачкообразное увеличение проводимости окисной пленки может быть зафиксировано по величине сопротивления между электродами 4 и 5. Таким обра- :зом, при прохождении температуры сра- батьюания формируются два Сигнала по двум параметрам и на этой основе мож- .но-сформировать сигнал оповещения при достижении температуры срабатывания (это может быть предупредительный сиг- Н ал 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 фазовог перехода преобразуется из трекэлект- родной в двухэлектродную.

По мере приближения к температуре Кюри емкость структуры будет увеличиваться вследствие увеличения диэлектрической насыщенности сегнетоэлектри ка 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 ярк выраженньм 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 нмо Поверх этой пленки бьши нанесены два серебряных электрода на расстоянии 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 (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

516034

проницаемости. При этих TeNmeparypax температурный преобразователь работает в области его максимальной чувствительности о При достижении точки Кюри емкость структуры увеличится еще примерно в 4 раза

П р и м е р 2о На основе монокристалла НБС (из монокристалла ниобата - л бария-свинца) и двуокиси ванадия бы10

ла нзгЬтовлена пластина толщиной 0,1 мм и площадью 1-2 мм Электроды и пленка двуокиси ванадия бьши нанесе ны 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/NM, а ддя НБС эта ре- личина будет порядка 100 пФ/мм при нормальных условиях и около 400 пФ/мм при температуре Кюри (Тр 80°С) и диэлектрическая проницаемость может

0

5

0

146

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 сегнетоэлектри ка, на одну сторону которого размещен один металлический электрод, второй и третий металлические электроды, о т- личающийся тем, что, с целью повышения информативности и чувствительности преобразования, в него введена пленка окисла с фазовым переходом полупроводник-металл, одна сторона которой размещена на другой стороне пластины из сегнетоэлектрика, второй и третий металлические электроды размещены на другой стороне пленки окисла.

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.

i 5

N

-f-ff f „.

-f -f ( f f

/ f f f f

7