DE2716723A1 - Temperatur- und spannungskompensierte sensoranordnung - Google Patents
Temperatur- und spannungskompensierte sensoranordnungInfo
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/003—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using pyroelectric elements
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Description
NAC! ICEr^-
hd.-Anw. Dt. Ing. Rusdik· Ur. KUOUnlSt Ot fAK I IN tit
6 PATENTANWÄLTE
BERLIN - MÖNCHEN
hd.-Anw. Dt. Ing. Rusdik· Ur. KUOUnlSt Ot fAK I IN tit P«t-Aim OW-Im.
M 3812
Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55I0I, V.St.A.
Temperatur- und spannungskompensierte Sensoranordnung
7098U/0821
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Sensoran-
i Ordnung und insbesondere eine Sensoranordnung mit Elektret- !
material, das sowohl pyro- als auch piezoelektrische Eigen- ;
schäften aufweist. '
In der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Ausdruck
"Elektret" ein dielektrisches Material, das permanent oder
halbpermanent polarisiert ist und pyro- und piezoelektrische ;
halbpermanent polarisiert ist und pyro- und piezoelektrische ;
Eigenschaften aufweist. Derartige Stoffe erzeugen eine elek- :
trische Ladung bei einer Änderung dessen, was allgemein als
das Dipolmoment des polarisierten Materials bezeichnet wird. j Obgleich pyro- und piezoelektrische Stoffe oft als zwei
streng voneinander unterschiedene Stoffklassen betrachtet '■ werden, handelt es sich bei den piezoelektrischen Stoffen um ; eine Gattung, die die pyroelektrischen Stoffe als jirt enthält.
das Dipolmoment des polarisierten Materials bezeichnet wird. j Obgleich pyro- und piezoelektrische Stoffe oft als zwei
streng voneinander unterschiedene Stoffklassen betrachtet '■ werden, handelt es sich bei den piezoelektrischen Stoffen um ; eine Gattung, die die pyroelektrischen Stoffe als jirt enthält.
Seit einiger Zeit sind SensoranDrdnung mit pyro- und/oder j
piezoelektrischen Stoffen weithin bekannt geworden. Stoffe j
i mit pyroelektrischen Eigenschaften erzeugen im allgemeinen
elektrische Ladungen an ihren Oberflächen und Spannungspotentiale zwischen diesen Oberflächen, wenn sie eine Temperaturänderung
erfahren; Stoffe mit piezoelektrischen Eigenschaften erzeugen charakteristischerweise elektrische Ladungen auf
ihren Oberflächen und Spannungspotentiale zwischen diesen
Oberflächen, wenn sie einer Änderung der mechanischen
Spannung ausgesetzt Giiui. l'olglich sind pyroelektrische
ihren Oberflächen und Spannungspotentiale zwischen diesen
Oberflächen, wenn sie einer Änderung der mechanischen
Spannung ausgesetzt Giiui. l'olglich sind pyroelektrische
709844/0821
Werkstoffe nützlich für Anordnungen, die Temperaturänderungen
erfassen sollen. Ein wesentliches Problem bei pyroelektrischeii
ι Temperatursensoranordnungen ist jedoch, daß diese temperatur-!
kompensiert sein müssen, um Fehler infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur in der Umgebung der Anordnung so
gering wie möglich zu halten. Ein weiteres wesentliches Problem mit pyroelektrischen Temperatursensoranordnungen ist,
daß sie für mechanische Spannungen kompensiert sein müssen, ; um Fehler auszuschließen, die in deren Umgebung infolge von j
auf der Anordnung lastenden mechanischen Spannungen auftre ten, so gering wie möglich zu halten. ]
Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält ι
ί eine kontinuierliche Schicht aus Elektretmaterial, das i
sowohl pyro- als auch piezoelektrische eigenschaften auf- I
weist. Die Elektretschicht hat mindestens einen ersten und j
einen zweiten Bereich, die entgegengesetzt gepolt sind. Ein j elektrisch kontinuierlicher Belag liegt auf jeder der
breiten Flächen der Elektretschicht unmittelbar auf. Jeder dieser Beläge hat die gleichen Abmessungen wie mindestens
ein Teil jedes der entgegengesetzt gepolten Bereiche. Eine Führeinrichtung ist betrieblich zwischen die Beläge geschal- i
tet, um auf den Belägen vorliegende Ladungen zu erfassen. ,
Wenn die Umgebungstemperatur der Elektretschicht sich ändert,
entstehen im ersten und zweiten Bereich (pyro-)elektrische
Ladungen auf ihren überflächen. Die Ladungen auf den gegen-
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überliegenden Flächen des ersten und zweiten Bereichs sind entgegengesetzter Polarität und die Ladungen auf der gleichen
breiten Fläche der Elektretschicht sind im ersten und im zweiten Bereich entgegengesetzter Polarität. Wenn der pyroelektrische
Koeffizient und die Größe jeder der von den Belägen miteinander verbundenen Bereiche im richtigen Verhältnis
stehen, erfaßt die Fühleinrichtung keine wesentliche Änderung der elektrischen Ladung auf dem Belagspaar, wenn
eine gleichmäßige Temperaturänderung auftritt.
Wenn die mechanische Spannung auf der Elektretschicht eich
ändert, erzeugen der erste und der zweite Bereich (piezo-) elektrische Ladungen auf ihren Flächen. Auch hier sind die
Ladungen auf gegenüberliegenden Flächen des ersten und des zweiten Bereiches entgegengesetzter Polarität und die Ladungen
auf der gleichen breiten Fläche der Elektretschicht sind im ersten und im zweiten Bereich entgegengesetzter Polarität.
Wenn der piezoelektrische Koeffizient und die Größe jedes von den Belägen verbundenen Bereiches im richtigen Verhältnis
stehen, erfaßt die Fühleinrichtung unter einer gleichmäßigen Änderung der mechanischen Spannung keine wesentliche Änderung
der elektrischen Ladungen auf dem Belagspaar.
Wenn die Temperatur der Elektretschicht wahlweise von der
Umgebungs- auf eine andere Temperatur gebracht wird, indem man bspw. die ersten Bereiche stärker erwärmt als die zweiten
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Bereiche, entwickelt sich auf jeder Platte eine Nettoladung
und ein Potential tritt zwischen den Belägen auf. Die Fühleinrichtung
liefert eine entsprechende Anzeige; damit arbeitet die Anordnung als Wärmesensor. Auf entsprechende V/eise
läßt die vorliegende Erfindung sich als üensor für mechanische
Spannungen verwenden, der wahlweise Änderungen der auf der Elektretschicht lastenden mechanischen !Spannungen erfaßt.
Die vorliegende !Erfindung ist jedoch nicht nur auf einen
ersten und einen zweiten entgegengesetzt gepolten Bereich. eingeschränkt. Vorzugsweise weist eine Anordnung nach der
vorliegenden Erfindung eine erste und eine zweite Gruppe entgegengesetzt gepolter Bereiche auf, die jeweils mindestens
drei Bereiche enthalten.
Die Elektretschicht und die leitenden Beläge der vorliegenden
Erfindung können flexibel sein. Die Elektretschicht der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Polymerieatmaterial
wie bspw. Polyvinylidenfluorid.
In einer ersten Ausführungsform weist die Elektretschicht
Seche nebeneinanderliegende rechteckige Bereiche gleicher Größe und gleicher Polungsstärke auf. Jeder Bereich ist
gegen seine benachbarten Bereiche entgegengesetzt gepolt. Jede breite Fläche der Elektretschicht ist vollständig von
einem dünnen durchgehenden leitfähigen Belag abgedeckt und zwischen die Beläge ist eine Fühletnrichtung geschaltet·
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Eine zweite Ausführungsform entspricht der ersten, wobei jedoch die nebeneinanderliegenden rechteckigen Bereiche,
die in einer .Richtung gepolt sind, die doppelte Größe und die halbe Polungsstärke der in der entgegengesetzten Richtung
gepolten Bereiche aufweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine flache, billige,
zuverlässige und sehr genau kompensierte Fühlanordnung für Temperaturen und mechanische Spannungen.Da sie aus einer
kontinuierlichen Schicht aus Elektretmaterial und einem Paar durchgehender leitfähiger Beläge besteht,kann ein
Sensor nach der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von temperatur- und spannungskoinpensierenden Bereichen aufweisen,
braucht aber dennoch nur zwei extreme Anschlüsse für die Verbindung zur Fühleinrichtung.
Fig.1 zeigt eine Endansicht einer für Temperaturen und mechanische Spannungen kompensierten Fühleinrichtung nach
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig.2 ist ein Schnitt auf der Linie 2-2 der Fig.1 und
zeigt mit gepunkteten Linien eine Vielzahl von gepolten Bereichen gleicher Größe;
Fig.3 ist eine Endansicht einer für Temperaturen und mechanische
Spannungen kompensierten Fühleinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig.4 ist eine Schnittdarstellung auf der Linie 4-4 der
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- 1ο -
Pig.3 und zeigt mit gepukteten Linien eine Vielzahl ungleich
großer gepolter Bereiche.
Die Zeichnung und insbesondere deren i'ig.i und 2 zeigen eine
Elektret-üensoranordnung 1o mit Kompensation für Temperatur
und mechanische Spannung. Die Anordnung 1o weist eine Elektretschicht
12 auf, die sowohl pyro- als auch piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Die Schicht 12 hat zwei gegenüberliegende
Flachen, die im Verhältnis zur Dicke der Schicht breit sind. Die durchgehenden leitenden Beläge 14, 16 befinden
sich auf den gegenüberliegenden ßreitflachen der Schicht
12. Eine Fühleinrichtung 18 ist über die Zuleitungen 2o,22 zwischen die Platten 14,16 geschaltet und erfaßt die auf
diesen stehenden elektrischen Ladungen.
Die Elektretschicht 12 kann eine dünne durchgehende Folie
aus Polyvinylidenfluorid sein und weise eine erste und eine zweite Gruppe von Bereichen auf, die in Fig.1 und 2 nur zur
Erläuterung mit gepunkteten Linien voneinander getrennt dargestellt sind. Jeder der Bereiche 24 - 29 ist rechteckig
und hat die gleiche Größe und Polungsstärke. Die erste Gruppe enthält die Bereiche 24,26 und 28, die in einer Rich
tung gepolt sind, während die andere Gruppe die Bereiche 25ι
27 und 29 enthält, die in der entgegengesetzten Richtung gepolt sind, wie in der Zeichnung mit Pfeilen dargestellt,
so daß ein Muster aus abwechselnd gepolten Bereichen der
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ersten und der zweiten Gruppe entsteht. Die Polungsstärken
werden mit zunehmender Annäherung der Bereiche aneinander
geringer.
werden mit zunehmender Annäherung der Bereiche aneinander
geringer.
Die pyro- und piezoelektrischen .iiigenschaften der Materialien
werden gemeinhin als Ausrichtung der Dipole im I-iaterial bezeichnet.
Wahrend einige Elektretmaterialien Dipole enthalten,
die naturgemäß gepolt ausgerichtet sind, liegen die
Dipole von Elektretstoffen normalerweise regellos verteilt. Diese Dipole lassen sich jedoch gepolt ausrichten, wenn man das Elektretmaterial über eine bestimmte, als Polungstemperatur bekannte Temperatur erwärmt und ein elektrisches Feld anlegt.
Dipole von Elektretstoffen normalerweise regellos verteilt. Diese Dipole lassen sich jedoch gepolt ausrichten, wenn man das Elektretmaterial über eine bestimmte, als Polungstemperatur bekannte Temperatur erwärmt und ein elektrisches Feld anlegt.
Die Dipole eines JJlektretmaterials richten sich entsprechend
dem angelegten elektrischen Feld aus. Das Ausmaß der Dipolausrichtung hängt von der Temperatur, auf die das Elektretmaterial
erwärmt worden ist, der Stärke des angelegten
Feldes sowie der Anlegedauer ab. Eine wesentliche Polarisierung beginnt in Polyvinylidenfluorid beispielsweise, wenn es auf eine Temperatur 9o°C erwärmt wird und man ein elektrisches Feld von mindestens 4-ooo V pro Millimeter Dicke
etwa 15 min. lang anlegt. Durch Erhöhen der Temperatur und/ oder der angelegten elektrischen Feldstärke nimmt der PoIa- rieierungsgrad bis zu einem Sättigungsmaximum zu.
Feldes sowie der Anlegedauer ab. Eine wesentliche Polarisierung beginnt in Polyvinylidenfluorid beispielsweise, wenn es auf eine Temperatur 9o°C erwärmt wird und man ein elektrisches Feld von mindestens 4-ooo V pro Millimeter Dicke
etwa 15 min. lang anlegt. Durch Erhöhen der Temperatur und/ oder der angelegten elektrischen Feldstärke nimmt der PoIa- rieierungsgrad bis zu einem Sättigungsmaximum zu.
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.lochdorn ο in J.ei;trotmrjte.rinl ^epolt imd dann unter oeine
iJolun;3fitemperatur abgekühlt worden ist, kann man das angelegte
ι.1';-ld abnehmen; die Dipole bleiben dann so gerichtet
wie das zuvor angelegte elektrische 1/eld. Die p.yroelektricche
x,i> ;enschc.if t des ^lektretmaterials bewirkt danach entgegengesetzte
elektrische Ladungen auf den Breitflächen,
weim diuse von der Uiugebunystemperatur ausgehend erwärmt
oder a.ijgekühlt werden. Die Polung dieser Ladungen bestiimat
sich durch die .lichtung dos x'olungsfeldes und die Richtung
der Temperaturänderung. Die piezoelektrischen eigenschaften !
dos gepolten Jlektretmaterials bev;irken entgegengesetzte j
elektrische Ladungen auf den Breitflächen, wenn es aus dem
I Umwelt zustand heraus durch Zug oder Druck gespannt ivird.
Die Polung dieser Ladungen hängt danach von der Richtung des Polungsfeldes und der Art der Änderung der mechanischen
Spannungen ab. Es muß darauf geachtet werden zu gewährleisten, daß das gepolte Material nicht längere Teit über seine
Polungstemperatur erwärmt wird, damit die Dipole sich nicht wieder regellos verteilen können.
Die Elektretschicht 12 der Pig.1 und 2 läßt sich polen,
indem man zunächst auf eine erste Breitfläche der Schicht 12 den leitenden Belag 14 aufsprüht, der die gleiche Ausdehnung
hat wie die Bereiche 24 bis 29· Sodann bringt man
eine Vielzahl leitender Elektroden, die einander nicht berühren, auf die andere Breitfläche der Schicht 12 auf,
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wobei jede dieser Elektroden sich auf einem der Bereiche 24 bis 29 befindet. Man legt einen Pol einer üparuiung
zwischen die Elektroden auf den !'lachen 24, 26, 28 und die
ochicht 14 und den anderen Pol der Spannung zwischen die Elektroden auf den Bereichen 25, 2r/ und 29 und die Schicht :
14, um die Bereiche entgegengesetzt gerichtet zu polen, wie oben beschrieben, Es muß dafür gesorgt werden, daß die Elek-:
troden entgegengesetzter Polung, die auf den Bereichen 24 ;
bis 29 liegen, ausreichend gegeneinander isoliert sind. j
j Nach dem Polen wird die zweite Breitfläche der Schicht 12 :
mit dem leitenden Belag 16 besprüht. Die Fühleinrichtung 18,>
die betrieblich zwischen die Beläge über die /luleitung 2o, 22 gelegt ist, kann bspw. ein Amperemeter, ein Voltmeter
ein Goniometer oder eine andere Einrichtung sein, die Strom, Spannung oder Ladung anzeigt.
Die Temperaturkompensation der Vorrichtung 1o wirkt bspw.,
wenn die Umgebung die Temperatur der Elektretsschicht 12 gleichmäßig ändert - bspw. erhöht. Als Heaktion auf diese
Temperaturänderung erzeugt jeder der Bereiche 24,26, 28 in der ersten Gruppe gepolter Bereiche pyroelektrische Ladungen
auf den Breit flächen der Schicht 12, wobei bspw. die Lsdungeii
auf der Oberfläche am Belag 16 positiv und die auf der Oberfläche am Belag 14 negativ sind. Jede der Bereiche 25,27
und 29 der zweiten Gruppe gepolter Bereiche erzeugt pyro-
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elektrische Ladungen auf den Breitflächen der ochicht 12,
wobei bspw. die Ladungen auf der Oberfläche am Belag 16 bzw. negativ und die auf der überfläche am Belag 14 positiv
sind. Da jeder der gepolten Bereiche die gleiche Größe und die gleiche Polungsstärke hat und die gleiche Temperaturänderung
erfährt und da die gepolten Bereiche der ersten und der zweiten Gruppe entgegengesetzt gepolt sind, wie
oben beschrieben, ist die pyroelektrische Gesamtladung auf jeder der Überflächen der ochicht 12 gleich null und die
Fühleinrichtung 18 erfaßt unter der Einwirkung einer solchen
gleichmäßigen Temperaturänderung keine wesentliche Änderung der Ladung auf bzw. Spannung zwischen den Belägen 14, 16.
Die Kompensation der Anordnung 1o gegen mechanische Spannungen
arbeitet, wenn bspw. die Umgebung die auf der Elektret schicht 12 liegenden mechanischen Spannungen gleichmäßig
ändert.Eine solche Änderung der mechanischen Spannung kann bspw. bei einer Änderung dee Luftdrucks auf den
offenliegenden Breitflächen der Beläge 14, 16 wie bspw. bei akustischen ochwingungen auftreten, die die Schicht 12
gleichmäßig zusammendrücken können. Als Reaktion auf eine solche Änderung der mechanischen Spannungen erzeugt jeder
der Bereiche 2, 26, 28 der ersten Gruppe gepolter Bereiche auf den Breitflächen der Schicht 12 piezoelektrische Ladungen,
wobei bspw. die Ladungen auf der Überfläche am Belag 14 negativ sind. Jeder der Bereiche 25, 27, 29 in der
zweiten Gruppe von gepolten Bereichen erzeugt piezoelektri-
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_ 15 -
sehe Ladungen auf den Jreitflachen der ochicht 12, wobei
bspw. die .badungen auf der Fläche an dom Jclai, 16 negativ
und die auf der überfläche am Jelag 14 positiv sind. Da alle
gepolten Bereich'- die gleiche Größe und die gleiche Polungsstärke
haben und die gleiche iuaderung der mechanischen Spannung erfahren und da die gepolten Bereiche der ersten
und der zweiten Gruppe entgegengesetzt gepolt sind, wie oben beschrieben, bleibt der Nettobetrag der Gesamtladung auf
jeder Fläche der ochicht 12 gleich null und erfaßt die Pühl-
einrichtung 18 in Reaktion auf eine solche gleichmäßige j
Änderung der mechanischen opannung keine wesentliche Änderung I
der Ladung auf oder opannung zwischen den Belägen 14-, 16.
Die Anordnung 1o läßt sich als Wärmedetektor einsetzen,
indem man Teile der ElektretschicLi" selektiv erwärmt oder
kühlt. Diese selektive Erwärmung oder Kühlung läßt sich auf verschiedene Weise erreichen, und zwar abhängig von dem
Zustand, den die Anordnung 1o erfassen soll. Bspw. kann eine Wärmeenergie abgebende Strahlungsquelle unter Verwendung
eines geschlitzten Gehäuses erfaßt werden, infolgedessen nur der Teil der Schicht 16, der über den gepolten Bereichen
24, 26, 28 der ersten Gruppe liegt, der Strahlung ausgesetzt
wird. Auf diese Weise steigt die Temperatur der Bereiche 24, 26, 28 der ersten Gruppe gegenüber den Bereichen 25, 27, 29
der zweiten Gruppe und es entsteht bspw. eine pyroelektrische positive Gesamtladung auf der Oberfläche der Schicht 12 am
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ar; 1Γ. sowie eine pyroelektrisch^ negative Gesamtlcdung
auf der Oberfläche der Schicht 12 am Belag 14. Jie ί'ΊϋιΙ einrichtung
leibet hieraus eine Anzeige ab, die der Größe der
ijideruiig der I.·· dünn; auf bzw. !jpamiung zwischen den Belagen
14, 16 entspricht. :-'.s ist für den Fachmann einzusehen, daß
die Anordnung 1o auf gleiche ./eise auch als Sensor für
mechanische Spannungen einr;esetzt werden kann, um selektiv .änderungen der auf der ,,lcktretschicht liegenden mechanischen
Spannungen zu ermitteln.
Jährend die in den Fig.1 und 2 gezeigte Ausführungsform
durchgehende leitfähige Beläge 14, 16 aufweist, die die
gleiche Ausdehnung wie gepolte Bereiche in der ersten und der zweiten Gruppe aufweisen, ist diese gleiche Ausdehnung
kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung. Vielmehr
liegt es im liahmen der vorliegenden Erfindung, die durchgehenden leitfähigen Beläge 13, 16 mit der gleichen
Ausdehnung wie einen Teil jedes der gepolten Bereiche 24 bis
29 auszuführen.
Während die in den Fig.1 und 2 gezeigte Ausführungsform in
den Bereichen eine gleichmäßige Polungsstärke aufweist, ist
es möglich, daß infolge von praktischen Polungsproblemen die Bereiche nicht in allen Teilen genau die gleiche Polungsstärke aufweist. Es tritt also eine Änderung der auf der
Oberfläche der Schicht 12 erzeugten Ladungen ein, wenn
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wenigstens die Temperatur oder die mechanische Spannung
auf der Schicht 12 sich ändert. Um diese Änderung der erzeugten Ladungen zu kompensieren, werden die Teile der
Bereiche, die von den Belägen 14, 16 bedeckt werden, größenmäßig so gewählt, daß auf jedem ßelag elektrische Ladungen
entstehen, die bei einer gleichmäßigen Änderung mindestens der Temperatur oder der mechanischen opannung in der Schicht
12 die gleiche üröße und entgegengesetzte Polun^ aufweisen,
so daß die 1"1UhIeinrichtung keine wesentliche Änderung der
Ladung auf oder Spannung zwischen dem Belagspaar erfaßt.
Während die in den Fig.1 und 2 gezeigte Ausführungsform
Bereiche hat, die eng beieinander liegen, könnten die gepolten Bereiche innerhalb der durchgehenden Schicht 12 voneinander
getrennt sein. Weiterhin arbeitet die vorliegende Erfindung auch mit nur einem Bereich in der ersten bzw. zweiten
Gruppe. Im allgemeinen ist es ,jedoch bevorzugt, in der ersten bzw. der zweiten Gruppe jeweils mindestens drei Bereiche zu
haben.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung 4o, die eine zweite
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die
Vorrichtung 4o weist eine gepolte Elektretschicht 42 mit
durchgehenden leitfähigen Belägen 44, 46 entsprechend den Belägen 14, 16 auf den gegenüberliegenden Breitflächen auf.
Eine der Einrichtung 18 entsprechende Fühleinrichtung 48 ist
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zwischen die Beläge 44, 46 mit den Zuleitungen 5o, 52 gelegt
und erfaßt Ladungen auf dem Belagspaar, wie es bei der Anordnung 1o geschieht.
Die gepolte Jlektretschicht 42 der Anordnung 4o weist
ebenfalls eine erste und eine zweite Gruppe von Bereichen auf. Die erste Gruppe enthält die Bereiche 52N 56» 58,
die zweite Gruppe die Bereiche 55» 57, 59· Die Bereiche
54, 5 j 58 der ersten Gruppe haben die halbe Polungsstärke
der Bereiche 55» 57» 59 der zweiten Gruppe, während die
Bereiche der ersten Gruppe die doppelte Größe der Bereiche der zweiten Gruppe haben. Die Beläge 44, 46 haben die
gleiche Ausdehnung wie die Bereiche ^A- bis 59; wie bereits
beschrieben, sind die Größen der Bereiche in jeder Gruppe so gewählt, daß die Ungleichmäßigkeit der Polungsstärke
kompensiert wird. Bei einer gleichmäßigen Änderung mindes tens der Temperatur oder der mechanischen Spannung der
Elektretschicht oder beider treten also an jeder Oberfläche der ersten und der zweiten Gruppe Ladungen gleicher
Größe und entgegengesetzter Polung auf derart, daß die Fühleinrichtung keine wesentliche Änderung der Ladung auf
oder Spannung zwischen den Belägen erfaßt. Andere Verhält nisse zwischen der Polungsstärke und der Flächengröße
lassen sich für entsprechende Ergebnisse einsetzen.
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Ein Bogen biaxial orientierter Polyvinylidenfluoridfolie
( der Fa. Kureha Chemical Co., Japan ) mit einer Dicke von 25/um wurde auf einer Seite mit einem etwa 2/um dicken
Leitfähigen Silberbelag besprüht; dann wurden sechs rechteckige leitfähige Silberbeläge von etwa 2 mm ;)icke auf
der anderen Öeite durch Aufsprühen durch eine entsprechend gemusterte liaske aufgesprüht, so daß eine Gruppe verkämmter
("interdigitated") Beläge mit ausreichendem Abstand zueinander entstand, um Überschläge zu vermeiden. Die
rechteckigen Beläge wurden abwechselnd miteinander zu , einer ersten und einer zweiten Gruppe verbunden. Die Folie
wurde gepolt, indem eine elektrische Spannung von + 2ooo V , an die erste Gruppe von Belägen und ein elektrisches Poten-;
tial von - 2ooo V an die z.. ?ite Gruppe von Belägen gelegt
wurde, und zwar jeweils gegenüber dem Belag auf der ersten j Breitfläche der Folie, während die Folie auf 12o°C erwärmt
wurde. Die elektrischen Potentiale wurden unter diesen Bedingungen 2o min vorgehalten und die Folie dann
vor Abnehmen der elektrischen Potentiale auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde ein dünner leitfähiger Silberbelag
auf die gesamte Überfläche mit den Rechteckbelägen aufgesprüht. Ein Voltmeter wurde an die Silberbeläge ange-
schlossen und wirkte als Fühleinrichtung.
Cl/Do
709844/0821
Leerseite
Claims (4)
1. KLektret-Sensoranordnung mit Temperatur- und Spannungskompensation, gekennzeichnet durch eine durchgehende
Schicht aus iJlektretmaterial mit sowohl pyro- als auch piezoelektrischen „.Eigenschaften, wobei die Schicht einen
ersten und einen zweiten bereich aufweist, der erste Bereich so gepolt isb, daß er, wenn mindestens die Temperatur
oder die mechanische Spannung oder beide sich ändern, elektrische Ladungen auf seinen Überflächen entwickelt,
welche Ladungen auf einer Breitfläche des ersten Bereiches gegenüber den Ladungen auf der anderen Breitfläche des
ersten Bereiches entgegengesetzt gepolt sind, der zweite 3ereich so gepolt ist, daß er auf seinen Breitflächen
elektrische Ladungen erzeugt, wenn mindestens die Temperatur oder die mechanische Spannung oder beide sich ändern, wobei
die Ladungen auf einer Jreitefläche des zweitem Bereichs
den Ladungen auf der anderen Breitfläche des zweiten
Bereichs entgegengesetzt gepolt sind, der erste und der zweite Bereich einander entgegengesetzt gepolt sind, ein
Paar durchgehender leitfähiger Beläge Fläche auf Fläche auf der Schicht aus Elektretmaterial aufliegt, von denen eine
der durchgehende leitfähige Belag sich auf einer Breitfläche des Materials befindet und die gleiche Ausdehnung wie
709844/0821
ORK3INAL INSPECTED
mindestens ein Teil des ersten und des zweiten Bereichs aufweist und der andere der durchgehenden leitfähigen
Beläge sich auf der anderen Jreitfläche des Materials befindet und die gleiche Ausdehnung wie mindestens ein Teil
des ersten und des zweiten Bereichs hat, und durch eine Fühleinrichtung, die betrieblich zwischen die beiden durchgehenden
leitfähigen Beläge geschaltet ist, um dort vorliegende Ladungen zu erfassen.
2.Sensoranodrnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beläge die gleiche Abmessung wie der erste und der zweite Bereich aufweisen und die Bereiche die gleiche Größe
und gleichmäßige Polungsstärken aufweisen, so daß bei einer
gleichmäßigen ^jaderung mindestens der Temperatur oder der
Spannung der Ulektretschicht die Fühl einrichtung keine
wesentliche Änderung der Ladung auf den beiden Platten erfaßt.
3.Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
daß die Beläge die gleiche Ausdehnung haben wie der erste j
: und der zweite Bereich,die Bereiche ungleichmäßige Polungs- ι
stärken aufweisen und die Größen der Bereiche so gewählt sind,daß sich bei gleichmäßigen Änderungen mindestens der
Temperatur oder der mechanischen Spannung oder beider in der Elektretschicht auf jeder Oberfläche der Bereiche
Ladungen gleicher Größe und entgegengesetzter Polung erge-
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ben, so daß die Fühleinrichtung keine wesentliche Änderung
der Ladung auf den beiden Belägen erfaßt.
4.Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet,
daß die Teile des ersten und des zweiten Bereichs, die von den Belägen bedeckt sind, so gewählt sind, daß sich bei
einer gleichmäßigen Änderung mindestens der Temperatur oder der mechanischen Spannung der Elektretschicht oder beider
Ladungen auf den leitfähigen Belägen ergeben, die die gleiche
Größe und die entgegengesetzte Polung aufweisen, so daß die Fühleinrichtung keine.-; wotw-aitliche Änderung der Ladung auf
den beiden Platten erfaßt.
5·Sensoranordnung nach Anspruch Λ , dadurch gekennzeichnet,
daß die !elektretschicht eine Folie aus Polyvinylidenfluorid
ist.
7098U/0821
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US67688076A | 1976-04-14 | 1976-04-14 |
Publications (1)
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|---|---|
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ID=24716418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19772716723 Withdrawn DE2716723A1 (de) | 1976-04-14 | 1977-04-13 | Temperatur- und spannungskompensierte sensoranordnung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| DE (1) | DE2716723A1 (de) |
| FR (1) | FR2348481A1 (de) |
| GB (1) | GB1585549A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19806365A1 (de) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Matthias Wapler | System zur Ermöglichung der Erfassung und Ortung eines Drucks auf einer speziellen Fläche |
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| EP1516595A1 (de) | 2003-09-18 | 2005-03-23 | Bruno Starek | Vorrichtung zur Bestimmung des Drucks zwischen zwei aneinander gepressten Körpern und dessen Verwendung |
| DE102005032862A1 (de) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Anordnung zur Messung der Änderung einer mechanischen Belastung an Volumenelementen und Verfahren zur direkten Ermittlung der Änderung der mechanischen Belastung an einem Volumenelement |
| JP5673998B2 (ja) * | 2010-06-29 | 2015-02-18 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 圧電型センサ |
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| GB1298033A (en) * | 1969-07-07 | 1972-11-29 | Carborundum Co | Electromagnetic radiation detection device, and sensing element therefor |
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-
1977
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- 1977-04-13 GB GB1541877A patent/GB1585549A/en not_active Expired
- 1977-04-13 FR FR7711024A patent/FR2348481A1/fr active Granted
- 1977-04-14 JP JP52043116A patent/JPS5950084B2/ja not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19806365A1 (de) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Matthias Wapler | System zur Ermöglichung der Erfassung und Ortung eines Drucks auf einer speziellen Fläche |
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|---|---|
| JPS52149399A (en) | 1977-12-12 |
| FR2348481B1 (de) | 1982-10-15 |
| GB1585549A (en) | 1981-03-04 |
| FR2348481A1 (fr) | 1977-11-10 |
| JPS5950084B2 (ja) | 1984-12-06 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |