Температурный преобразователь

(51)5 С: 08 В 17/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ А ВТОРСКОМУ СВИ 4 тно-кон трукборов ского отке пр томатич й ииохр матика 1 ,Н, Жар на и А,в К СС 79 видетельст 04 В 35/00 и др, Элек ских величи 1987, с. ричес н, Л,ОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобрет строению и м при создании защиты. Цель ится к прибороиспользованоотивопожарнойия - повышение ие отн ет быт системизобрет ние относится к прибороможет быть использованои систем противопожарнойчем наиболее эффективноможет быть использованои систем раннего обнаружс анализом предпожарной Изобрет роению и и создан защиты, пр изобретени при создан ния пожара ситуации,Цель избретени повышен информативнтемпературНа черн преоб чувствительност реобразователя. ображен темпера и и ог же зо тель,ыи(71) Центральное проеторское бюро по разраи аппаратуры систем апожаротушения, пожарнсигнализации "Спецавт(54) ТЕМПКРАТУРНЫЙ ПРЕ 2инАормативности и чувствительности устройства Температурный преобразова тель выполнен в виде трехэлектродной структуры металл-сегнетоэлектрик-окисел-металл, Сегнетоэлектрик и окисел представляют собой пару материалов с последовательно Аиксируемыми близ" кими по температуре фазовыми переходами в твердом состоянии, при которых физические параметры материалов меняются скачком или проходят через экст" ремум, При нормальных условиях на гра нице сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом состоянии) Аормируется область пространственного заряда, которая разрушается при нагреве до пере хода окисла в низкоомное металлическое состояние. При этом скачком умень шается сопротивление между электродами,расположенными на пленке окисла, и увеличивается емкость между электродами, расположенными с противоположных сторон устройства. 1 ил. Температурный преобразователь со- . вай держит пластину 1 сегнетоэлектрика. веф На нижней поверхности этой пластины Дь 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 Аазовым переходом полулроводник-металл при температуре срабатывания. Обязательной особенностью этого материала должно быть наличие высокоомной полупроводниковой Фазы при тем 1603414пературе нижеТ, а при превышенииэтой температуры - переход к низкоомнойметаллической фазе, В качестве сегнетоэлектрика используют, например, монокристалл или же сегнетокерамическийматериал с температурой фазовогосегнетоэлектрического перехода несколько вьппе температуры срабатывания,В предлагаемом температурном преобразователе физические параметры матери"алов меняются либо скачком (проводимость окисной пленки), либо имеютэкстремальную зависимость от температуры. 15Температурный преобразователь работает следующим образом,При нормальных условиях на границе.сегнетоэлектрик-окисел (в полупроводниковом высокоомном состоянии) формируется область пространственного заряда (ОПЗ), характеризуемая некоторой емкостью (Сщ), которая в предлагаемой структуре включается последовательно с емкостью (С ) сегнетоэлектрика, Поэтому толщину сегнетоэлектрика выбирают такой, чтобы принормальных условиях выполнялось соотношение СС . В этом случаеемкость структуры между электродами2 и 4 будет лимитироваться величинойемкости СПри повьппении температуры вдали оттемпературы перехода емкость сегнетоэлектрика увеличивается незначительно.Однако, по достижении температурысрабатывания в окисной пленке реализуется переход от высокоомного полупроводникового состояния к низкоомному металлическому. При этом проводи"мость окисной пленки скачком увеличивается на несколько порядков величины.В результате этого разрушается ОПЗ иемкость структуры скачком увеличивается - она уже определяется целиком д 5и полностью емкостью сегнетоэлектрика,Скачкообразное увеличение проводимости окисной пленки может быть зафиксировано по величине сопротивлениямежду электродами 4 и 5, Таким образом, при прохождении температуры срабатывания формируются два сигнала подвум параметрам и на этой основе можно сформировать сигнал оповещения придостижении температуры срабатывания(это может быть предупредительный сигнал о возможности возникновения пожарной ситуации), При этом надо отметитьфакт того, что в величину скачка емкости структуры вносит вклад и увеличение площади конденсатора за счетзакорачивания электродов 4 и 5, т,е,структура в результате этого фазовогоперехода преобразуется из трехэлектродной в двухэлектродную,По мере приближения к температуреКюри емкость структуры будет увеличиваться вследствие увеличения диэлектрической насыщенности сегнетоэлектрика. Поскольку процесс происходит ужевблизи области фазового перехода, тоскорость изменения диэлектрическойпроницаемости на этом участке будетмаксимальна, что обусловливает повы"шенную чувствительность температурного преобразователя. При прохождениитемпературы перехода проницаемостьсегнетоэлектрика, а следовательно, иемкость структуры, проходит через ярковыраженный максимум.П р и м е р 1. На основе сегнетоэлектрика ТБКиз промышленно выпускаемого состава пьезокерамики ТБК и двуокиси ванадия была изготовленаподложка площадью 1 - 2 мм и толщиной 0,1 мм. На ее нижнюю поверхностьбыл нанесен серебряный электрод, ана верхнюю - напылена в вакууме пленка двуокиси ванадия толщиной около400 нм. Поверх этой пленки были нане"сены два серебряных электрода на рас"стоянии 0,2-0,3 мм один от другого.Сопротивление пленки двуокиси ванадияможет достигать величины 100 кОм (между электродами 4 и 5),Удельная емкость области пространственного заряда составляет величинупорядка 10 пф/мм , При 65-68 С двуокись ванадия переходит из высокоомного полупроводникового состояния вметаллическое, При этом величина проводимости увеличивается на 4-5 порядков величины.Удельная емкость ТБКв этойструктуре составляет величину около100 пф/мм и при температуре Кюриг(100 С) достигает величины около560 пф/мм. При температуре фазовогоперехода в двуокиси ванадия удельнаяемкость сегнетоэлектрика составляетоколо 150 пф/мм и, следовательно,емкость структуры скачком увеличивается в 30"32 раза,При дальнейшем увеличении температуры емкость структуры определяетсяемкостью сегнетоэлектрика и температурной зависимостью диэлектрическойСоставитель Л. Липецкииедактор А. Ренин Техред М.Ходанич Корректор С. Шевк Тираж 440 Подписноеомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС осква, Ж; Раушская наб., д. 4/5 387,осударственног113035 ЗаказВНИИПИ изводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,1 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.П р и м е р 2. На основе монокристалла НБС (из монокристалла ниобата- л бария-свинца)1 и двуокиси ванадия была 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 ванадиятакие 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 (Т80 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 изобретенияТемпературный преобразователь, содержащий пластину из сегнетоэлектрика, на одну сторону которого размещенодин металлический электрод, второйи третий металлические электроды, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения информативности и чувствительности преобразования, в неговведена 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,