Thermisch empfindliches elektrisches Widerstandselement. Die Erfindung betrifft ein thermisch emp findliches elektrisches Widerstandselement. Solche Widerstandselemente werden aus Halbleitermaterial zusammengesetzt, welches einen hohen und gewöhnlich negativen Wider standstemperaturkoeffizienten (> 0,007) be sitzt. Früher sind sie gewöhnlich in der Form von Perlenkugeln oder kleinen Blöcken aus dem Halbleitermaterial konstruiert worden. Solche Perlen sind mit geeigneten Zufüh- rungsleitern versehen und als Thermistoren bekannt.
Im Fall eines indirekt geheizten Thermistors ist auch eine Heizspule vorge sehen, um die zu heizende Perle durch einen Strom zu erhitzen, der von dem getrennt sein kann, der durch die Perle hindurehgeht.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfin dung, eine neue Form derartiger Wider standselemente mit hohem Temperaturkoeffi zienten des Widerstandes zu schaffen, die dann verwendet werden kann, wenn die be kannten Arten ungeeignet sind. Ein Vorteil des neuen Widerstandselementes besteht darin, dass es für sehr grosse Leistungsbeträge gebaut werden kann.
Das erfindungsgemässe elektrische Wider standselement mit hohem Temperaturkoeffi zienten des Widerstandes ist. gekennzeichnet durch eine auf einem Tragkörper aufge brachte Schicht aus einem als elektrisches Widerstandsmaterial dienenden Halbleiter mit hohem Widerstandstemperaturkoeffizien- ten und durch mindestens zwei Elektroden, die in Kontakt mit der Halbleiterschicht stehen.
In der Beschreibung bezeichnet der Aus druck Thermistor-llaterial ein Halbleiter material, das einen hohen Widerstandstem- peraturkoeffizienten hat. Unter den bekann ten Thermistor-Materialien, die für das be schriebene Widerstandselement verwendet werden können, seien Uranium-Dioxyd und Mischungen von Metalloxyden genannt.
In den Figuren der Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen der Erfin dung dargestellt.
Fig.1 zeigt bei a eine Draufsicht und bei b einen Querschnitt eines Thermistors recht eckiger Form. Fig. 2 zeigt einen unterschiedlich geform ten Thermistor ähnlicher Art.
Fig. 3 zeigt einen Thermistor in der Form einer kreisförmigen Scheibe.
Fig. 4 zeigt einen Thermistor mit mehre ren Stromwegen.
Fig. 5 zeigt bei b eine Draufsicht und bei a einen Querschnitt einer andern Thermistor- art.
Fig.6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Thermistors.
Fig. 7 zeigt einen Thermistor in der Form eines Gitters. Fig.8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Thermistors, der für die Verwendung als ein Bolometer geeignet ist, und Fig. 9 zeigt bei a eine perspektivische An sicht und bei b einen Querschnitt von einem Thermistor mit engem Stromweg. Eine Form des Thermistors ist in Fig.1 gezeigt.
Die Stärke der Platte und der ver schiedenen Bedeckungen sind der Klarheit wegen in der Querschnittsansicht b (Fig.1) stark vergrössert dargestellt. Der Thermistor besteht aus einer Grundplatte oder einem Grundblech 1 aus Nickel, das z. B. 0,5 mm dick sein kann und welches oxydiert ist, um eine isolierende Oxydbedeckung 2 zü schaffen.
Auf der oxydierten Platte wird eine dünne Schicht 3 aus Thermistor-Material niederge schlagen, welches aus einer Mischung von Mangan-, Nickel- und Kupferoxyd mit einem angenäherten Verhältnis von 4:1:1 besteht.
Das Grundblech 1 wird zuerst, z. B. für eine Stunde, bei einer Temperatur von 1000 bis 1100 C in Luft oxydiert. Dadurch wird eine einheitliche Oxydbedeckimg von unge fähr 0,05 mm Dicke erhalten, die eine iso lierende Bedeckung des Grundbleches bildet. Zur Herstellung des Thermistor-Materials wird eine Suspension der Metalloxyde in einer 21/2prozentigen Nitrozellulose-Amylaze- tatlösung in einer Kugelmühle gebildet.
Die oxydierte Nickelgrundplatte wird auf einer Seite mit dieser Suspension bespritzt, bis der Film 3 von ungefähr 0,01 mm Dicke erhalten wird; das Gewicht des niedergeschlagenen Ogydgemisches beträgt ungefähr 10 mg pro cm2 Oberfläche.
Das bedeckte Blech wird jetzt in Luft während 1 bis 60 Minuten bei 1100 C erhitzt. Dies bewirkt die Sinterimg der Metalloxyde, so dass ein kontinuierlicher Film gebildet wird, der fest auf der Grundplatte anhaftet. Die Haftung wird veranlasst durch eine teil weise Kombination zwischen dem Thermistor- Material und der Nickeloxydbedeckung der Grundplatte. Die Elektroden des Thermistors werden durch Aufstreichen von schmalen Streifen 4 und 5 aus Silberpaste auf der Oberfläche der Thermistor-Schicht 3,
benachbart zu zwei entgegengesetzten Kanten der Grundplatte, gebildet. Die Silberpaste wird dann in einem Ofen getrocknet, und die fertige Platte wird schliesslich in Luft für ein paar Minuten auf. 800 C erhitzt.
Die folgenden Tabellen I-III geben die statischen Charakteristiken von drei verschie den grossen Thermistoren an, die in der gerade beschriebenen Weise hergestellt worden sind. In diesen Tabellen ist I der Strom in mA., der an die Elektroden angelegt wird, R ist.
der entsprechende Widerstand in Ohm, und W ist die entsprechend vernichtete Leistung in Watt bzw. Milliwatt. In Tabelle I war die Fläche des Thermistor-Materials 6,4 cm", in Tabelle II war sie 10 cm@ mit Elektroden streifen von 2,5 mm Breite entlang den zwei entgegengesetzten Kanten der Grundplatte, und zwar für beide Fälle, und in Tabelle III war sie 1 mm= mit Elektroden von ebenfalls 1 mm= wie in Fig. 2 gezeigt, in welcher die entsprechenden Teile 1, 3, 4 und 5 in Fig.1a mit 6, 7, 8 und 9 bezeichnet sind.
Zusätzlich sind zwei feine Drähte 10 und 11 aus Platin oder anderem geeigneten Metall durch Silber paste an den Elektroden 8 und 9 befestigt. Solche Leitungen können auch an den Elek troden 4 und 5 von Fig.1 befestigt werden, wenn es gewünscht wird.
EMI0002.0066
<I>Tabelle <SEP> I.</I>
<tb> I <SEP> R <SEP> Watt
<tb> 0,1 <SEP> 44000 <SEP> 4,4X10--1
<tb> 1,0 <SEP> 43000 <SEP> 0,043
<tb> 2,0 <SEP> <B>38000</B> <SEP> 0,152
<tb> 5,0 <SEP> <B>25000</B> <SEP> 0,625
<tb> 10,0 <SEP> <B>13800</B> <SEP> 1,38
<tb> 20,0 <SEP> <B>6000</B> <SEP> 2,4
<tb> 50,0 <SEP> 1940 <SEP> 4,85
<tb> 100,0 <SEP> 760 <SEP> 7,6
EMI0003.0001
<I>Tabelle <SEP> II.</I>
<tb> 1 <SEP> R <SEP> Watt
<tb> 1,0 <SEP> <B>35000</B> <SEP> 0,035
<tb> 2,0 <SEP> <B>33000</B> <SEP> 0,132
<tb> 5,0 <SEP> <B>25600</B> <SEP> 0,64
<tb> 10,0 <SEP> <B>15000</B> <SEP> 1,5
<tb> 20,0 <SEP> <B>7000</B> <SEP> 2,8
<tb> 50,0 <SEP> <B>2500</B> <SEP> 6,25
<tb> 100,0 <SEP> 980 <SEP> 9,8
<tb> 200,0 <SEP> 400 <SEP> 16,0
EMI0003.0002
<I>Tabelle <SEP> III.</I>
<tb> 1 <SEP> R <SEP> Milliwatt
<tb> 0,02 <SEP> 1,1X10 <SEP> 0,
44
<tb> 0,05 <SEP> 0,88X10 <SEP> 2,2
<tb> 0,1 <SEP> 0,68X10<B>6</B> <SEP> 6,8
<tb> 0,2 <SEP> 0,385X106 <SEP> 15,4
<tb> 1,0 <SEP> 61000 <SEP> 61
<tb> 2,0 <SEP> <B>25000</B> <SEP> 100
<tb> 5,0 <SEP> <B>7000</B> <SEP> 175
<tb> 10,0 <SEP> <B>2700</B> <SEP> 270
<tb> 20,0 <SEP> 1100 <SEP> 440 Eine andere Form eines Thermistors ist in Fig. 3 gezeigt; er besteht aus einer mit Oxyd bedeckten Nickelscheibe 12 mit einem zen tralen Loch 13.
Diese ist mit einer dünnen, filmartigen Schicht 14 aus Thermistor-Mate- rial bedeckt, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist, und die Elektroden 15 und 16 aus Silberpaste sind als ringförmige Strei fen um den Umfang der Scheibe 12 und um das Mittelloch 13 aufgebracht. Das zentrale Loch 13 könnte, wenn gewünscht, weggelas sen werden, und die zentrale Elektrode 16 könnte dann die Form einer kleinen kreis förmigen Scheibe aufweisen.
Thermistoren mit hohen Widerständen können durch Verwendung eines Thermistor- Materials erhalten werden, welches nur aus einer Mischung von Mangan- und Nickel oxyd im Verhältnis 4:1 besteht.
Durch diese Thermistoren können grosse Leistungen vernichtet werden. Es hat sich gezeigt, dass die maximale Leistungsvernich tung ungefähr 5 Watt pro 6,4 em2 Film fläche ist. Wenn die Grundplatte des Thermistors auf einem Kupferblock in gut thermischem Kontakt befestigt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass die maximale Ver nichtung bis zu 20 Watt pro 6,4 cm2 ansteigen kann, und Thermistoren mit mässigen Ab messungen können deshalb mit bis zu 200 Watt Leistung hergestellt werden.
Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass die be kannten Perlen-Thermistor-Typen nicht mehr als ungefähr 100 Milliwatt sicher vernichten und die Thermistoren in Blockform wahr scheinlich nicht mehr als ungefähr 1,5 Watt.
Aus den obigen Tabellen I, 1I, 111 kann errechnet werden, dass Leistungseingänge von ungefähr 35 Milliwatt, 50 Milliwatt und 0,5 Milliwatt die Temperatur des entsprechen den dünnen Film-Thermistors um 1 C er höhen werden. Es wird möglich sein, Ther- mistoren herzustellen, die Verbrauchskonstan ten von zwischen 500 und 0,05 Milliwatt pro C haben.
Die Thermistoren können in unterschied lichen Formen und durch verschiedene Ver fahren hergestellt werden.
Es ist relativ leicht, dünne Film-Thermi- storen in grossen Stückzahlen mit praktisch denselben elektrischen Eigenschaften zu er zeugen. Die Ausbildung irgendeines Mu sters ist auch genau wieder herstellbar. Die Verwendung von oxydierten Nickelgrund platten ist besonders vorteilhaft, da diese sehr billig und in grossen Stückzahlen mit genauen Abmessungen hergestellt werden können.
Grundplatten, die teilweise oder ganz aus einem oder mehreren der Eisenmetalle zusam mengesetzt sind, sind als besonders geeignet. gefunden worden, da das Thermistor-Material auf solchen Platten leicht zum festen Anhaf ten gebracht werden kann. Grundplatten ir gendwelcher Materialien (einschliesslich iso lierender Materialien) können verwendet wer den, solange ein genügendes Anhaften des Thermistor-Materials gesichert werden kann und solange es keine unerwünschte Reaktion zwischen dem Grlndpla,ttenmaterial und dem Thermistor-Material gibt. Die Grundplatte kann z. B. ein gepresster gesinterter Block eines Metalloxydes, wie z. B.
Nickeloxyd, sein, und das Thermistor-Material . kann in der beschriebenen Weise aufgetragen werden.
Es wird verständlich sein, dass die Eigen schaften des dünnen Film-Thermistors zu einem grossen Betrag von der Form und den Abmessungen der Grundplatte, auf welche der Film niedergeschlagen wird, abhängig sein werden. Verschiedene Eigenschaften wer den bei verschiedenen Anwendungen von In teresse sein, z. B. kann ein Thermistor erfor derlich sein, um eine grosse Leistung zu ver nichten, während seine Empfindlichkeit be züglich Widerstandsveränderungen von se kundärer Bedeutung ist, während für andere die Empfindlichkeit von primärer Bedeutung ist.
In noch andern Fällen z. B. kann die Zeitkonstante von Wichtigkeit sein.
Wird ein dünner Film-Thermistor mit einer geeigneten Heizwicklung oder ähnlichen Mitteln versehen, die von dem Thermistor- Material isoliert sind, so wird ein indirekt geheizter Thermistor erhalten. Beispiele von indirekt geheizten Thermistoren dieser Art werden später beschrieben werden.
Sowohl die direkt wie indirekt geheizten Arten von Ther- mistoren können in praktisch derselben Weise verwendet werden wie die bekannten Perlen oder Blockarten der Thermistoren; auch wer den sie zahllose Anwendimgsmöglichkeiten ha ben, für die die bekannten Arten nicht ge eignet sind.
Um einige der vielen möglichen Ausfüh rungsarten der Herstellung von dünnen Film- Thermistoren aufzuzeigen, werden nachfol gend eine Anzahl unterschiedlicher Verfahren kurz angegeben. <I>Verfahren 1.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches. b) Bespritzen mit Oxydmischimg.
c) Für 1 Stunde bei 1100 bis 1300 C bren nen.
d) Aufbringen der Elektroden mittels Silber paste (eventuell andere Metallpasten, wie z. B. Gold, Platin) oder Verdampfen oder Aufspritzen des Metaller. Verfahren, <I>2.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches. b) Bestreichen mit Oxydmisehung.
c) Brennen bei 1100 bis 1300 C fier eine Stunde.
d) Aufbringen der Elektroden. Verfahren <I>3.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches.
b) Eintauchen des oxydierten Bleches in eine Suspension von Thermistor-Oxyden. Die Oxyde werden niedergeschlagen und bil den einen Film auf dem Blech, der dann getrocknet werden kann.
c) Hitzebehandlung.
d) Aufbringen der Elektroden. <I>Verfahren 4.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches.
b) Eintauchen in eine Suspension von Ther- mistor-Oxyden und Aufbringen einer Schicht der Oxyde auf dem Blech durch Kataphorese.
c) Hitzebehandlung.
d) Aufbringen der Elektroden. <I>Verfahren 5.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches.
b) Verdampfen oder Aufspritzen von Me tallen (oder Oxyden) (Mn, Ni, Cu oder Co).
c) Hitzebehandlung, um die Metallschicht zu oxydieren.
d) Aufbringen der Elektroden. Verfdhren <I>6.</I>
a) Bildung einer Schicht von Thermistor- Oxyden auf einem reinen Niclzelbleeh durch Kataphorese.
b) Hitzebehandlung, um das Nickelblech zu oxydieren und den Film zu sintern.
c) Aufbringen der Elektroden. <I>Verfahren 7.</I>
(s) Elektroplattieren eines reinen Nickelble ches mit Schichten von Mangan, Nickel, Kupfer oder Kobalt oder deren Legierun gen.
b) Hitzebehandlung, um den Metallfilm und das Nickelblech zu oxydieren.
c) Aufbringen der Elektroden. <I>Verfahren B.</I>
a) Niederschlag der Oxyde von Mangan, Nickel, Kupfer oder Kobalt auf ein reines Nickelblech.
b) Hitzebehandlung, um den Oxydfilm zu sintern und das Nickel zu oxydieren.
e) Aufbringen der Elektroden. <I>Verfahren 9.</I>
a) Aufbringen von die Halbleiterschicht bil denden Oxyden auf ein reines Nickelblech durch Aufspritzen usw.
b) Brennen im Vakuumofen oder in kontrol lierter Atmosphäre, um den Film zu sin tern.
e) Aufbringen der obern Elektrode durch Aufdampfen eines durchscheinenden Me tallfilms (z. B. Chrom). <I>Verfahren 10.</I>
a) Oxydieren eines Nickelbleches.
b) Aufbringen einer Platinschicht auf einer Seite mittels geschmolzenen Platins, Auf dampfen von Platin oder dergleichen.
e) Aufbringen von die Halbleiterschicht bil denden Oxyden durch Aufspritzen usw. d) Brennen wie 9b oben.
e) Elektrode wie 9c oben.
Die chemische Zusammensetzung der die Halbleiterschicht bildenden Oxydfilme ist nicht auf die Oxyde von Mangan, Nickel, Kupfer und Kobalt beschränkt. Andere Oxyde, wie z. B. Uran-Dioxyd, Eisenoxyd, Vanadium-Pentoxyd usw., und irgendwelche Halbleitermaterialien können verwendet wer den.
Oxydmischungen für die Aufbringung auf Platten können auf verschiedene Weise vor bereitet werden. Die Suspension von Oxyden in Nitrozelluloselösungen ist bereits erwähnt worden, aber auch Wassersuspensionen, die Metallnitrate enthalten, sind verwendbar. Bindemittel, wie z. B. Stärke, synthetische Harze, Leim usw., können ebenfalls verwen det werden.
Für das Bestreichen sind Pasten vorzu ziehen. Ein typisches Beispiel solch einer Paste besteht aus 20 Gramm einer Mischung auus 4 Teilen Manganoxy d und einem Teil Nickeloxyd; 25 em3 Amylazetat und 5 Gramm Nitrozellulose, während 24 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen.
Verläuft der Widerstandsweg im Film parallel zur Grundplatte, so kann er sehr lang sein. Solche Thermistoren sind in den Fig.1 bis 3 gezeigt. Die Grundplatte kann auch eine beliebige Zahl von getrennten par allelen Wegen aufweisen, von denen jeder sein eigenes Elektrodenpaar hat, oder zwei oder mehrere Wege können dasselbe Elektroden paar benützen. Ein Thermistor dieser Art ist in Fig.4 gezeigt. Hier ist die oxydierte Nickelplatte 17 mit einer Anzahl Streifen aus Thermistor-Film 18, schraffiert gezeichnet, versehen; drei benützen die Elektroden 19 und 20, und zwei andere haben individuelle Elektroden 21, 22 und 23, 24.
An diesen Elektroden können Drahtanschlüsse (nicht gezeigt) in der in Fig.2 gezeigten Weise be festigt sein.
Die Wege 18 können durch Aufspritzen auf die Platte 17 durch ein geeignetes Gitter erhalten werden oder durch vollständige Be deckung und nachfolgende Entfernung des unerwünschten Thermistor-Materials.
Geht der Widerstandsweg durch die Dicke des Films von vorn nach hinten, so wird er nur kurz sein, z. B. geringer als 0,025 mm.
Ein Thermistor dieser Art ist in Fig.5 gezeigt. Die oxydierte Nickelplatte 25 hat eine Platinschicht 26 auf einer Fläche der selben. 27 ist der Thermistor-Film, der auf der Platinschicht angeordnet ist, und die obere Elektrode aus Silberpaste ist mit 28 bezeichnet. Drähte 29 und 30 können wie angegeben, an der Platinschicht 26 und an der obern Elektrode 28 befestigt sein.
Wenn eine reine Nickelplatte 25 verwen det wird, kann diese als die untere Elektrode dienen, und die Platinschicht 26 kann weg gelassen werden. In diesem Falle kann der Draht 29 an der Platte 25 befestigt sein.
Bei den in den Fig.1 bis 5 dargestellten Thermistoren können die Grundplatten auch von anderer Form oder Grösse sein; sie kön nen auch gekrümmt sein anstatt flach. Die Elektroden können gleichfalls auf verschie dene Weise geformt und auf dem Thermistor- Film angeordnet sein.
Zum Beispiel könnte in Fig.1 die Dicke der Grundplatte 1 beträchtlich vergrössert werden, so dass sie ein Metallblock wird, der auf der obern Fläche oder allen Flächen oxy diert werden kann, ehe der Thermistor-Film und die Elektroden in der erläuterten Weise aufgebracht werden. Solch ein Thermistor wird eine hohe Leistungsvernichtung vorneh men können.
Es wird auch klar sein, dass irgendwelche dieser Grundplatten mit Thermistor-Filmen oder -Wegen auf beiden Flächen versehen werden können.
Irgendwelche Grundplatten, die zwei irrabhängige Wege, entweder auf derselben oder auf entgegengesetzten Flächen haben, können als ein indirekt geheizter Thermistor verwendet werden, bei welchem der eine Widerstandsweg zur Heizung ver wendet wird.
Eine andere Form eines Thermistors ist perspektivisch in Fig. 6 gezeigt. Sie besteht aus einem oxydierten Metallrohr 31 (z. B. oxydiertes Nickelrohr oder ein Rohr aus ir gendeinem Isoliermaterial, z. B.
Keramik, auf welches der Thermistor-Film anhaftend auf gebracht werden kann), wobei ein Thermistor- Film 32 über einen Teil oder die ganze äussere Fläche ausgebreitet ist und mit Bandelektro den 33 und 34 aus Silberpaste (schraffiert gezeichnet) in der Nähe der Enden versehen ist. Geeignete Anschlussdrähte können an diese Elektroden befestigt werden.
Solch ein Thermistor kann in einen in direkt geheizten Thermistor -umgewandelt werden, indem in das Rohr eine spiralförmige Heizspule eingefügt wird, wie sie der Klar heit wegen mit 35 ausserhalb des Rohres dar gestellt ist. Es kann auch irgendeine andere geeignete Heizart verwendet werden; z. B. könnte eine Solenoid-Heizspule auf die Aussenseite des Rohres gewickelt werden, vor ausgesetzt, dass sie von dem Thermistor-Film lind den Elektroden geeignet isoliert wird.
Die Innenseite des Rohres 31 kann mit Ther- mistor-1Material bedeckt werden, welches einen unterschiedlichen Temperatur-Koeffizienten von dem des Materials auf der Aussenseite hat; hierbei kann einer der Filme zur Heizung verwendet werden, wenn der Thermistor als ein indirekt geheizter Thermistor verwendet werden soll.
Die innere Bedeckung kann natürlich mit Elektrodenschichten in der Nähe der Enden des Rohres versehen werden.
Die äussern Elektroden können auch durch Aufwicklung und Befestigung mehrerer Win dungen eines Platin- oder andern Metall drahtes um jedes Ende der Röhre gebildet werden, und der Thermistor-Film bedeckt dann das Rohr und die Drähte. Solche Drähte können verwendet werden, wenn der Thermi- stor durch sie getragen werden soll. Ist der Thermistor sehr klein, so kann ein Thermistor mit kleiner thermischer Kapazität erhalten werden.
Die innern Elektroden können auch aus geeigneten Metallstöpseln bestehen. An statt ein Rohr zu verwenden, könnte auch bloss eine volle Stange verwendet werden.
Es ist klar, dass sehr kleine Thermistoren durch Verwendung eines feinen Drahtes oder Bandes als Tragkörper (an Stelle einer Röhre oder Stange) und durch Bedecken desselben mit einem Thermistor-Film und Aufbringen von sehr schmalen Elektrodenbändern aus Silberpasten, ähnlich der in Fig.6 gezeich neten Weise, -hergestellt werden können.
Eine andere Form eines mehrwegzgen Thermistors ist in Fig.7 gezeigt. Diese be steht aus einem Nickelgitter, wie es in einer thernüonischen Röhre verwendet werden könnte, und ist aus einer Anzahl von trans- versahen Drähten 36 aufgebaut, die an zwei oder mehr Tragdrähten 37, 38 punktge schweisst oder anderweitig befestigt sind.
Das ganze Gitter wird oxydiert und mit Ther- mistor-Film bedeckt. In den Zonen zwischen den gestrichelten Linienpaaren 39 und 40 kön nen Elektroden aus Silber über die Drähte aufgebracht werden. Auf diese Weise wird eine Anzahl paralleler Wege zwischen den zwei Elektroden erhalten werden. Ein Gitter, das aus einem Nickelblech ausgestanzt ist, könnte in einer gleichen Weise behandelt werden.
Bei einer sehr wichtigen Form des Ther- mistors ist der Thermistor-Film entlang einer schmalen Seitenfläche einer dünnen Platte mit isolierender Oberfläche aufgebracht. Der so erhaltene Widerstandsweg ist schmal (z. B. 0,2 inm breit), und in dieser Form kann der Therinistor als ein sehr empfind liches Boloineter für Infrarot-Spektroskopie verwendet werden. Solch ein Thermistor ist perspektivisch in Fig. 8 gezeigt.
Er weist eine oxydierte Niekelgrundplatte 41 auf, die z. B. 15,6 min lang, 2,5 mm breit und 0,2 mm dick ist. Ein Film von Thermistor-Alaterial wird entlang der schmalen Seitenfläche (der Kante ) 42 der Grundplatte aufgebracht. Elektroden 43 und 44 aus Silberpaste werden auf die Oberfläche des Films aufgebracht und teilweise über die benachbarten Haupt flächen der Platte, wie gezeigt. An den Zun gen '45, 46 sind feine Platindrähte 47, 48 befestigt. Die zwei Elektroden können unge fähr 4,7 mm voneinander entfernt sein, und dadurch wird ein Widerstandsweg von 4,7 min Länge und 0,2 mm Breite erhalten.
Solch ein Thermistor kann auch für andere Zwecke als ein Bolometer verwendet werden.
Ein vorzuziehendes Verfahren zur Her stellung eines Thermistors dieser Art ist das folgende: In einer Kugelmühle wird eine Mischung von 80 Gramm Manganoxy d, 20 Gramm Nickeloxyd und 25 Gramm Kupferoxyd in 200 cm3 Methylalkohol hergestellt.
Nach Fil terung und Trocknung wird die Mischung eine Stunde lang bei 130011 C erhitzt und dann zerdrückt und gemahlen und schliesslich durch ein Sieb mit etwa 80 Maschen pro cm= gesiebt. 20 Gramm der gesiebten Oxyd- misehung werden dann für 24 Stunden mit 31 cm3 Amylazetat, 30 em3 Methylalkohol und 1 Gramm Polyv iny 1-Butyral gemahlen. Dies bildet dann die Bedeckungssuspension.
Die Nickelgrundplatte, die die schon an gegebenen Dimensionen hat., hat die schmale Seitenfläche 42 flach geschliffen und poliert und wird darnach gereinigt und dann bei 1050 C während zwei Stunden oxydiert. Die polierte Kante wird dann mit der Oxyd suspension bedeckt, wie später beschrieben wird. Nach Bedeckung wird die Platte für 2 1-1inuten bei 1000" C gebrannt, und hierauf werden die Silberpastenelektroden 43 und 44 aufgebracht. Die Platindrähte 47 und 48, die ungefähr 0,05 min Durchmesser haben können, werden durch Schmelzen der Enden mit einer kleinen Perle versehen, die dann zu einer Scheibe verflacht wird.
Die Scheiben enden werden an die Pastenelektroden ange legt, nachdem diese getrocknet sind. Hierbei verwendet man zusätzliche Paste, und die Platte wird für 5 Minuten bei 700" C ge brannt und so die Elektroden mit den fest daran befestigten Drähten gebildet.
Die Bedeckung der Kante der Platte mit der Oxydsuspension erfolgt vorzugsweise mit einer Glasstange von ungefähr 3 mm Durchmesser (oder irgendeinem andern ge eigneten Träger für die .Suspension). Die Glasstange wird in die Siuspension getaucht, um eine kleine Menge der Suspension aufzu nehmen, die entlang der Plattenkante mittels der Stange ausgebreitet wird. Die aufge brachte Suspension lässt man trocknen, und das Verfahren wird wiederholt., bis eine Schicht der erforderlichen Dicke erhalten wird. Der auf den Hauptflächen der Platte sich bildende Film kann mit einer Rasier klinge entfernt werden.
Die Silberpastenelektroden können durch Verwendung einer zugespitzten Glasstange aufgebracht werden, die in die Paste getaucht wird.
Eine andere Form eines Thermistors mit schmalem Weg ist in Fig. 9 gezeigt, die bei a. eine perspektivische Ansicht und bei b eine vergrösserte Querschnittsansicht zeigt. Eine Nickelplatte 49 wird zuvor oxydiert, die Oxy-dbecleckungen sind mit 50 und 51 in Fi;-.9b gezeigt.
Ein feiner Nickeldraht 52 ist\ oxydiert und hat eine Oxy dbedeckung 53 und eine Bedeckung ans Thermistor-Material 54, die auf die 0x\dbedeckung aufgebracht ist. Der bedeckte Draht wird auf die Platte 49 gelegt und dann gebrannt, so dass die Be- deckung des Thermistor-Materials sintert und fest auf der Oxydbedeckung der Platte an haftet. Silberpastenelektroden 55 und 56 (Fig.9a) werden dann an die Enden des Drahtes, wie gezeichnet, angelegt.
Es kann ein äusserst feiner Nickeldraht verwendet werden, z. B. ein Draht mit einem Durch messer von 0,025 mm. Auf diese Weise wird ein sehr schmaler Widerstandsweg erhalten. Der Draht kann, wenn gewünscht, vor der Oxydation mit dem Thermistor-Material be deckt werden und kann dann vollständig während der darauffolgenden Brennung oxy diert werden. Der Draht 52 könnte auch durch ein dünnes Nickelband rechteckigen Querschnittes und von irgendeiner geeigneten Breite ersetzt werden, und das Band könnte in genau gleicher Weise behandelt werden.
Die folgenden Tabellen IV und V geben in kurzer Weise einige Formen von dünnen Film-Thermistoren und die Alternativen an, die bei verschiedenen Stufen des Herstel lungsverfahrens anwendbar sind.
EMI0008.0012
<I>Tabelle <SEP> IV.</I>
<tb> <I>Formen <SEP> 'von <SEP> dünnen <SEP> Film-Thermistoren.</I>
<tb> 1. <SEP> Kurze <SEP> Widerstandswege <SEP> (durch <SEP> die <SEP> Dicke
<tb> des <SEP> Films).
<tb> 2. <SEP> Lange, <SEP> einzelne <SEP> Widerstandswege, <SEP> auf
<tb> flachen <SEP> Platten <SEP> verschiedener <SEP> Formen,
<tb> Metallblöcken,
<tb> Stangen,
<tb> Rohren,
<tb> Drähten,
<tb> schmalen <SEP> Seitenflächen <SEP> von <SEP> Platten.
<tb> 3.
<SEP> Lange, <SEP> mehrteilige <SEP> Widerstandswege, <SEP> auf
<tb> flachen <SEP> Platten <SEP> verschiedener <SEP> Formen,
<tb> Gittern,
<tb> auf <SEP> Platten <SEP> befestigte <SEP> Drähte,
<tb> Rohre <SEP> mit <SEP> Wegen <SEP> innerhalb <SEP> und/oder
<tb> ausserhalb. Irgendwelche von diesen Thermistoren können zwei oder mehr Elektroden haben und können mit indirekten Heizanordnungen ent weder mittels einer Heizspule oder ähnlichem, oder durch einen getrennten, dünnen Film versehen sein.
EMI0008.0018
<I>Tabelle <SEP> V.</I>
<tb> <I>Herstellungsverfaahren <SEP> für <SEP> dünne <SEP> Film-</I>
<tb> <I>Therntistoren.</I>
<tb> <I>1. <SEP> Träger</I>
<tb> aus <SEP> Nickel, <SEP> Kobalt, <SEP> Eisen, <SEP> Nickeleisen,
<tb> Chromeisen, <SEP> Kupfer-Nickel <SEP> lind <SEP> ähnliche
<tb> Metalle.
<tb> <I>2a. <SEP> Oxydieren <SEP> der <SEP> Träger <SEP> und</I> <SEP> Aufbringen
<tb> <I>der <SEP> Thermistor-Haterialien</I>
<tb> durch: <SEP> Spritzen, <SEP> Bestreichen, <SEP> Ablagern,
<tb> Kataphorese;
<SEP> eventuell <SEP> Verdampfen <SEP> oder
<tb> Versprühen <SEP> der <SEP> Thermistor-Metalle, <SEP> wie
<tb> z. <SEP> B. <SEP> Mangan, <SEP> Kupfer, <SEP> Kobalt, <SEP> Nickel.
<tb> <I>3a. <SEP> Hitzebehandlung <SEP> in</I> <SEP> Lieft <SEP> <I>und <SEP> eventuell</I>
<tb> <I>Oxydieren <SEP> der <SEP> T'fterntistor-111etalle</I>
<tb> oder <SEP> alternativ.
<tb> 2b. <SEP> <I>Aufbringen <SEP> der <SEP> Thermistor-Oxyde</I>
<tb> durch:
<SEP> Kataphorese, <SEP> eventuell <SEP> Elektro plattieren <SEP> mit <SEP> Thermistor-Metallen.
<tb> 3b. <SEP> <I>Oxydieren <SEP> der <SEP> Träger <SEP> (und <SEP> eventuell <SEP> der</I>
<tb> <I>Thermistor-illetalle, <SEP> wenn <SEP> diese <SEP> unoxy-</I>
<tb> <I>diert).</I>
<tb> <I>4. <SEP> Elektroden</I> <SEP> aufbringen
<tb> mittels <SEP> Silberpaste, <SEP> flüssigem <SEP> Gold, <SEP> flüs sigem <SEP> Platin <SEP> und <SEP> nachherigein <SEP> Brennen;
<tb> eventuell <SEP> Gold, <SEP> Silber, <SEP> Aluminium, <SEP> Kup fer, <SEP> Chrom <SEP> usw. <SEP> aufgesprüht, <SEP> aufge spritzt <SEP> oder <SEP> aufgedampft.
<tb> Nachfolgend <SEP> seien <SEP> noch <SEP> einige <SEP> mögliche Anwendungen von dünnen Film-Thermistoren genannt.
<I>2. Platten und Scheiben usw.</I> Thermistoren-Platten können als Heizele- mente von kleinen Öfen verwendet werden und schaffen zugleich Mittel für die Tem peraturmessung und -steuerung.
Sie sind auch geeignet für Thermometer und Thermostaten, wenn sie mit Löchern ver sehen werden können, damit sie an den Sei ten eines Ofens usw. festgebolzt werden kön nen. Da es sehr dünne Platten sind, neh men sie sehr wenig Rauen weg. Dünne Film- Thermistoren können bis zu 500 C arbeiten.
Scheibenartige Thermistoren können als Einbauthermometer für Selengleichrichter verwendet werden. Sehr kleine Platten mit einer sehr empfindlichen Zone können für Strahlungsmessungen Verwendung finden.
<I>2. Platten,</I> Stangen und <I>Blöcke.</I> Thermistoren, welche eine grosse Masse haben, haben auch eine hohe Leistungsver nichtung. Dadurch werden sie brauchbar für das langsame Anlassen von elektrischen 3Io- toren usw.
<I>3. Rohre.</I>
Röhrenförmige, indirekt geheizte Therini- storen sind leichter herzustellen als grosse, perlenartige Thermistoren. Sie können als langsam wirkende Relais dienen. Es können Verzögerungen in der Grössenordnung von einer Stunde erhalten werden.
<I>4. Drähte und</I> Heizbänder.
Aus Drähten hergestellte Thermistoren haben eine niedrige Leistungsvernichtung. Ihr Ansprechen auf Stromveränderungen sollte vergleichsweise dem eines Ballastwider standes sein. Sie können als automatische Spannungsregler dienen. <I>5.</I> lIehriveg-Thermistoren.
Fig. 4 zeigt., dass es möglich ist, eine An zahl Thermistoren auf derselben Platte her zustellen. Jeder Weg kann thermiseh mit seinem Naehbarweg verbunden oder isoliert davon sein. Solch eine Einheit kann für elek tronische Schalter verwendet werden. Eine Thermistor-Einheit nimmt sehr wenig Raum in Anspruch. 10 oder mehr Widerstandswege können auf einer Platte von 50X25>(06 nnn hergestellt werden.
<I>6.</I> Tiltra-Hoch.frequenz-Leistznigsmesser. Mittels langer streifenförnihger Thernii- storen kann die Leistung von ultrahohen Fre quenzen gemessen werden. Sie sind für Vor teil gegenüber bekannten Perlen-Thermist.o- ren, da sie Leistungen in der Grössenordnung von 5 Watt messen können.
Thermally sensitive electrical resistance element. The invention relates to a thermally sensitive electrical resistance element. Such resistance elements are composed of semiconductor material, which has a high and usually negative resistance temperature coefficient (> 0.007) be seated. In the past, they were usually constructed in the shape of pearl balls or small blocks of the semiconductor material. Such beads are provided with suitable lead wires and are known as thermistors.
In the case of an indirectly heated thermistor, a heating coil is also provided to heat the bead to be heated by a current which may be separate from that which passes through the bead.
It is the aim of the present inven tion to create a new form of such resistance elements with high Temperaturkoeffi cients of resistance that can be used when the known types are unsuitable. One advantage of the new resistor element is that it can be built for very large amounts of power.
The inventive electrical resistance element with high Temperaturkoeffi is the resistance. characterized by a layer made of a semiconductor serving as an electrical resistance material with a high resistance temperature coefficient and by at least two electrodes which are in contact with the semiconductor layer.
In the description, the term thermistor material refers to a semiconductor material that has a high resistance temperature coefficient. Among the well-known thermistor materials that can be used for the resistance element described be uranium dioxide and mixtures of metal oxides.
In the figures of the drawing, embodiments of the invention are shown for example.
1 shows at a a plan view and at b a cross section of a thermistor of rectangular shape. Fig. 2 shows a differently shaped thermistor of a similar type.
Fig. 3 shows a thermistor in the form of a circular disc.
Fig. 4 shows a thermistor with several Ren current paths.
5 shows at b a plan view and at a a cross section of another type of thermistor.
Fig. 6 shows a perspective view of a tubular thermistor.
Fig. 7 shows a thermistor in the form of a grid. Fig. 8 shows a perspective view of a thermistor suitable for use as a bolometer, and Fig. 9 shows a perspective view at a and a cross-section at b of a narrow current path thermistor. One form of the thermistor is shown in Figure 1.
The thickness of the plate and the various coverings are shown greatly enlarged for the sake of clarity in the cross-sectional view b (FIG. 1). The thermistor consists of a base plate or a base plate 1 made of nickel, the z. B. may be 0.5 mm thick and which is oxidized to create an insulating oxide cover 2 zü.
On the oxidized plate, a thin layer 3 of thermistor material is hit down, which consists of a mixture of manganese, nickel and copper oxide with an approximate ratio of 4: 1: 1.
The base plate 1 is first, e.g. B. for one hour at a temperature of 1000 to 1100 C in air. As a result, a uniform Oxydbedeckimg of approximately 0.05 mm thickness is obtained, which forms an insulating cover of the base plate. To produce the thermistor material, a suspension of the metal oxides in a 21/2 percent nitrocellulose amylaze- tat solution is formed in a ball mill.
The oxidized nickel base plate is sprayed with this suspension on one side until the film 3 is obtained, approximately 0.01 mm thick; the weight of the precipitated Ogyd mixture is approximately 10 mg per cm2 of surface.
The covered sheet is then heated in air at 1100 ° C. for 1 to 60 minutes. This causes the metal oxides to sinter, so that a continuous film is formed which is firmly adhered to the base plate. The adhesion is caused by a partial combination between the thermistor material and the nickel oxide covering of the base plate. The electrodes of the thermistor are made by spreading narrow strips 4 and 5 of silver paste on the surface of the thermistor layer 3,
adjacent to two opposite edges of the base plate. The silver paste is then dried in an oven, and the finished plate is finally left in air for a few minutes. 800 C heated.
The following Tables I-III give the static characteristics of three different large thermistors made in the manner just described. In these tables, I is the current in mA. Applied to the electrodes, R is.
the corresponding resistance in ohms, and W is the correspondingly destroyed power in watts or milliwatts. In Table I the area of the thermistor material was 6.4 cm ", in Table II it was 10 cm @ with electrode strips 2.5 mm wide along the two opposite edges of the base plate for both cases and in Table III, it was 1 mm = with electrodes also of 1 mm = as shown in FIG. 2, in which the corresponding parts 1, 3, 4 and 5 in FIG. 1a are labeled 6, 7, 8 and 9.
In addition, two fine wires 10 and 11 made of platinum or other suitable metal are attached to the electrodes 8 and 9 by silver paste. Such lines can also be attached to electrodes 4 and 5 of Figure 1, if desired.
EMI0002.0066
<I> Table <SEP> I. </I>
<tb> I <SEP> R <SEP> watt
<tb> 0.1 <SEP> 44000 <SEP> 4.4X10--1
<tb> 1.0 <SEP> 43000 <SEP> 0.043
<tb> 2.0 <SEP> <B> 38000 </B> <SEP> 0.152
<tb> 5.0 <SEP> <B> 25000 </B> <SEP> 0.625
<tb> 10.0 <SEP> <B> 13800 </B> <SEP> 1.38
<tb> 20.0 <SEP> <B> 6000 </B> <SEP> 2.4
<tb> 50.0 <SEP> 1940 <SEP> 4.85
<tb> 100.0 <SEP> 760 <SEP> 7.6
EMI0003.0001
<I> Table <SEP> II. </I>
<tb> 1 <SEP> R <SEP> watt
<tb> 1.0 <SEP> <B> 35000 </B> <SEP> 0.035
<tb> 2.0 <SEP> <B> 33000 </B> <SEP> 0.132
<tb> 5.0 <SEP> <B> 25600 </B> <SEP> 0.64
<tb> 10.0 <SEP> <B> 15000 </B> <SEP> 1.5
<tb> 20.0 <SEP> <B> 7000 </B> <SEP> 2.8
<tb> 50.0 <SEP> <B> 2500 </B> <SEP> 6.25
<tb> 100.0 <SEP> 980 <SEP> 9.8
<tb> 200.0 <SEP> 400 <SEP> 16.0
EMI0003.0002
<I> Table <SEP> III. </I>
<tb> 1 <SEP> R <SEP> milliwatts
<tb> 0.02 <SEP> 1.1X10 <SEP> 0,
44
<tb> 0.05 <SEP> 0.88X10 <SEP> 2.2
<tb> 0.1 <SEP> 0.68X10 <B> 6 </B> <SEP> 6.8
<tb> 0.2 <SEP> 0.385X106 <SEP> 15.4
<tb> 1.0 <SEP> 61000 <SEP> 61
<tb> 2.0 <SEP> <B> 25000 </B> <SEP> 100
<tb> 5.0 <SEP> <B> 7000 </B> <SEP> 175
<tb> 10.0 <SEP> <B> 2700 </B> <SEP> 270
<tb> 20.0 <SEP> 1100 <SEP> 440 Another form of thermistor is shown in Fig. 3; it consists of a nickel disc 12 covered with oxide and having a central hole 13.
This is covered with a thin, film-like layer 14 made of thermistor material, as described in connection with FIG. 1, and the electrodes 15 and 16 made of silver paste are provided as ring-shaped strips around the circumference of the disk 12 and around the Center hole 13 applied. The central hole 13 could, if desired, be weggelas sen, and the central electrode 16 could then have the shape of a small circular disc.
Thermistors with high resistances can be obtained by using a thermistor material which consists only of a mixture of manganese and nickel oxide in the ratio 4: 1.
Large powers can be destroyed by these thermistors. It has been shown that the maximum power dissipation is around 5 watts per 6.4 em2 film area. If the baseplate of the thermistor is attached to a copper block in good thermal contact, it is very likely that the maximum destruction can increase to 20 watts per 6.4 cm2, and thermistors of moderate dimensions can therefore use up to 200 watts Performance.
Attention is drawn to the fact that the known types of bead thermistors will safely destroy no more than about 100 milliwatts and the thermistors in block form probably no more than about 1.5 watts.
From Tables I, 1I, 111 above, it can be calculated that power inputs of approximately 35 milliwatts, 50 milliwatts and 0.5 milliwatts will increase the temperature of the corresponding thin film thermistor by 1 C. It will be possible to manufacture thermistors that have consumption constants of between 500 and 0.05 milliwatts per C.
The thermistors can be manufactured in different shapes and by different processes.
It is relatively easy to produce thin film thermistors in large numbers with practically the same electrical properties. The formation of any pattern can also be exactly restored. The use of oxidized nickel base plates is particularly advantageous because they can be manufactured very cheaply and in large numbers with precise dimensions.
Base plates that are partly or wholly composed of one or more of the ferrous metals are particularly suitable. has been found because the thermistor material on such plates can be easily made to adhere firmly. Base plates of any material (including insulating materials) can be used as long as sufficient adhesion of the thermistor material can be ensured and as long as there is no undesirable reaction between the base plate material and the thermistor material. The base plate can, for. B. a pressed sintered block of a metal oxide such. B.
Nickel oxide, his, and the thermistor material. can be applied in the manner described.
It will be understood that the properties of the thin film thermistor will depend to a large extent on the shape and dimensions of the base plate onto which the film is deposited. Different properties will be of interest in different applications, e.g. B. A thermistor may be neces sary to destroy a large amount of power, while its sensitivity to changes in resistance is of secondary importance, while for others the sensitivity is of primary importance.
In other cases, e.g. B. the time constant can be important.
If a thin film thermistor is provided with a suitable heating coil or similar means isolated from the thermistor material, an indirectly heated thermistor is obtained. Examples of indirectly heated thermistors of this type will be described later.
Both the directly and indirectly heated types of thermistors can be used in practically the same way as the known bead or block types of thermistors; they also have countless possible uses for which the known species are not suitable.
In order to show some of the many possible embodiments of the manufacture of thin film thermistors, a number of different methods are briefly given below. <I> Procedure 1. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet. b) Spraying with Oxydmischimg.
c) Burn for 1 hour at 1100 to 1300 C.
d) Applying the electrodes using silver paste (possibly other metal pastes such as gold, platinum) or vaporizing or spraying the metal. Procedure, <I> 2. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet. b) Brushing with Oxydmisehung.
c) Firing at 1100 to 1300 C for one hour.
d) applying the electrodes. Procedure <I> 3. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet.
b) Immersing the oxidized sheet in a suspension of thermistor oxides. The oxides are deposited and form a film on the sheet that can then be dried.
c) heat treatment.
d) applying the electrodes. <I> Procedure 4. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet.
b) Immersion in a suspension of thermistor oxides and application of a layer of the oxides to the sheet metal by cataphoresis.
c) heat treatment.
d) applying the electrodes. <I> Procedure 5. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet.
b) Evaporation or spraying of metals (or oxides) (Mn, Ni, Cu or Co).
c) heat treatment to oxidize the metal layer.
d) applying the electrodes. Procedure <I> 6. </I>
a) Formation of a layer of thermistor oxides on a pure Niclzelbleeh by cataphoresis.
b) heat treatment to oxidize the nickel sheet and sinter the film.
c) applying the electrodes. <I> Procedure 7. </I>
(s) Electroplating a pure nickel sheet with layers of manganese, nickel, copper or cobalt or their alloys.
b) heat treatment to oxidize the metal film and the nickel sheet.
c) applying the electrodes. <I> Procedure B. </I>
a) Precipitation of the oxides of manganese, nickel, copper or cobalt on a pure nickel sheet.
b) heat treatment to sinter the oxide film and oxidize the nickel.
e) applying the electrodes. <I> Procedure 9. </I>
a) Application of oxides forming the semiconductor layer onto a pure nickel sheet by spraying, etc.
b) Firing in a vacuum furnace or in a controlled atmosphere to sinter the film.
e) Application of the upper electrode by vapor deposition of a translucent metal film (e.g. chromium). <I> Procedure 10. </I>
a) Oxidizing a nickel sheet.
b) Application of a platinum layer on one side by means of molten platinum, on vaporization of platinum or the like.
e) Application of oxides forming the semiconductor layer by spraying, etc. d) Firing as in 9b above.
e) Electrode as in 9c above.
The chemical composition of the oxide films forming the semiconductor layer is not limited to the oxides of manganese, nickel, copper and cobalt. Other oxides such as B. uranium dioxide, iron oxide, vanadium pentoxide, etc., and any semiconductor materials can be used who the.
Oxide mixtures for plate application can be prepared in a number of ways. The suspension of oxides in nitrocellulose solutions has already been mentioned, but water suspensions containing metal nitrates can also be used. Binders such as B. starch, synthetic resins, glue, etc., can also be used.
Pastes are preferable for coating. A typical example of such a paste consists of 20 grams of a mixture of 4 parts of manganese oxide and one part of nickel oxide; 25 em3 amyl acetate and 5 grams nitrocellulose, ground for 24 hours in a ball mill.
If the resistance path in the film runs parallel to the base plate, it can be very long. Such thermistors are shown in Figs. The baseplate can also have any number of separate parallel paths, each with its own pair of electrodes, or two or more paths can use the same pair of electrodes. A thermistor of this type is shown in Fig.4. Here the oxidized nickel plate 17 is provided with a number of strips of thermistor film 18, shown hatched; three use electrodes 19 and 20 and two others have individual electrodes 21,22 and 23,24.
Wire connections (not shown) can be attached to these electrodes in the manner shown in FIG.
The paths 18 can be obtained by spraying onto the plate 17 through a suitable grid or by complete covering and subsequent removal of the undesired thermistor material.
If the resistance path goes through the thickness of the film from front to back, it will only be short, e.g. B. less than 0.025 mm.
A thermistor of this type is shown in Fig.5. The oxidized nickel plate 25 has a platinum layer 26 on one face thereof. 27 is the thermistor film placed on the platinum layer, and the upper electrode made of silver paste is designated 28. Wires 29 and 30 may be attached to platinum layer 26 and to top electrode 28 as indicated.
If a pure nickel plate 25 is used, it can serve as the lower electrode and the platinum layer 26 can be omitted. In this case the wire 29 can be attached to the plate 25.
In the thermistors shown in FIGS. 1 to 5, the base plates can also be of a different shape or size; they can also be curved instead of flat. The electrodes can also be shaped and placed on the thermistor film in various ways.
For example, in Figure 1 the thickness of the base plate 1 could be increased considerably so that it becomes a metal block which can be oxidized on the top surface or all surfaces before the thermistor film and electrodes are applied in the manner illustrated . Such a thermistor will be able to do a lot of power dissipation.
It will also be understood that any of these baseplates can be provided with thermistor films or paths on either surface.
Any base plates that have two irrelevant paths, either on the same or opposite faces, can be used as an indirectly heated thermistor in which the one resistive path is used for heating.
Another form of thermistor is shown in perspective in FIG. It consists of an oxidized metal tube 31 (e.g. oxidized nickel tube or a tube made of some insulating material, e.g.
Ceramic, to which the thermistor film can be adhered), a thermistor film 32 being spread over part or all of the outer surface and provided with ribbon electrics 33 and 34 made of silver paste (shown hatched) near the ends is. Appropriate lead wires can be attached to these electrodes.
Such a thermistor can be converted into a directly heated thermistor by inserting a spiral heating coil into the tube, as is shown for the sake of clarity with 35 outside the tube. Any other suitable type of heating can also be used; z. B. could be wound on the outside of the tube, a solenoid heating coil, before being exposed to that it is suitably isolated from the thermistor film and the electrodes.
The inside of the tube 31 can be covered with thermistor material which has a different temperature coefficient from that of the material on the outside; here, one of the films can be used for heating when the thermistor is to be used as an indirectly heated thermistor.
The inner covering can of course be provided with electrode layers near the ends of the tube.
The outer electrodes can also be formed by winding and securing several turns of platinum or other metal wire around each end of the tube, and the thermistor film then covers the tube and wires. Such wires can be used if the thermistor is to be carried through them. If the thermistor is very small, a thermistor with a small thermal capacity can be obtained.
The inner electrodes can also consist of suitable metal plugs. Instead of using a tube, just a full rod could be used.
It is clear that very small thermistors can be created by using a fine wire or tape as a support body (instead of a tube or rod) and by covering it with a thermistor film and applying very narrow electrode tapes made of silver pastes, similar to that shown in Fig neten way, -can be produced.
Another form of multi-path thermistor is shown in Figure 7. This consists of a nickel lattice, as it could be used in a thermal tube, and is made up of a number of transversal wires 36, which are spot-welded or otherwise attached to two or more support wires 37, 38.
The whole grid is oxidized and covered with thermistor film. In the zones between the broken line pairs 39 and 40, electrodes made of silver can be applied over the wires. In this way a number of parallel paths will be obtained between the two electrodes. A grid punched from sheet nickel could be treated in a similar manner.
In a very important form of thermistor, the thermistor film is applied along a narrow side surface of a thin plate with an insulating surface. The resistance path thus obtained is narrow (e.g. 0.2 inch wide), and in this form the therinistor can be used as a very sensitive boloineter for infrared spectroscopy. Such a thermistor is shown in perspective in FIG.
It has an oxidized Niekel base plate 41 which, for. B. 15.6 minutes long, 2.5 mm wide and 0.2 mm thick. A film of thermistor material is deposited along the narrow side surface (edge) 42 of the base plate. Silver paste electrodes 43 and 44 are applied to the surface of the film and partially over the adjacent major surfaces of the plate as shown. Fine platinum wires 47, 48 are attached to the tongues '45, 46. The two electrodes can be approximately 4.7 mm apart, and this gives a resistive path 4.7 minutes long and 0.2 mm wide.
Such a thermistor can also be used for purposes other than a bolometer.
A preferred method of making a thermistor of this type is as follows: In a ball mill, a mixture of 80 grams of manganese oxide, 20 grams of nickel oxide and 25 grams of copper oxide in 200 cc of methyl alcohol is prepared.
After filtering and drying, the mixture is heated for one hour at 130011 C and then crushed and ground and finally sieved through a sieve with about 80 meshes per cm =. 20 grams of the sieved oxide mismatch are then ground for 24 hours with 31 cm3 amyl acetate, 30 cm3 methyl alcohol and 1 gram polyvinyl 1-butyral. This then forms the covering suspension.
The nickel base plate, which has the dimensions already given, has the narrow side surface 42 ground flat and polished and is then cleaned and then oxidized at 1050 C for two hours. The polished edge is then covered with the oxide suspension, as will be described later. After covering, the plate is baked for 2 1-1 minutes at 1000 "C, and then the silver paste electrodes 43 and 44 are applied. The platinum wires 47 and 48, which can be approximately 0.05 min in diameter, are made by melting the ends with a small Bead, which is then flattened into a disc.
The ends of the slices are placed on the paste electrodes after they have dried. Additional paste is used here and the plate is burned for 5 minutes at 700 ° C., thus forming the electrodes with the wires firmly attached to them.
The edge of the plate with the oxide suspension is preferably covered with a glass rod approximately 3 mm in diameter (or any other suitable carrier for the suspension). The glass rod is immersed in the Siuspension in order to take a small amount of the suspension, which is spread along the plate edge by means of the rod. The applied suspension is allowed to dry and the process is repeated until a layer of the required thickness is obtained. The film that forms on the major surfaces of the plate can be removed with a razor blade.
The silver paste electrodes can be applied using a pointed glass rod that is dipped in the paste.
Another form of narrow path thermistor is shown in Figure 9, which is shown at a. a perspective view and at b shows an enlarged cross-sectional view. A nickel plate 49 is oxidized beforehand, the oxy-dc spots are shown at 50 and 51 in FIGS.
A fine nickel wire 52 is oxidized and has an oxide covering 53 and a covering on the thermistor material 54 applied to the oxide covering. The covered wire is placed on the plate 49 and then fired so that the covering of the thermistor material sinters and adheres firmly to the oxide covering of the plate. Silver paste electrodes 55 and 56 (Figure 9a) are then applied to the ends of the wire as drawn.
An extremely fine nickel wire can be used, e.g. B. a wire with a diameter of 0.025 mm. In this way a very narrow resistance path is obtained. The wire can, if desired, be covered with the thermistor material before the oxidation and can then be completely oxidized during the subsequent firing. The wire 52 could also be replaced by a thin nickel ribbon of rectangular cross-section and of any suitable width, and the ribbon could be treated in exactly the same way.
The following Tables IV and V briefly set out some forms of thin film thermistors and the alternatives that may be used at various stages of the manufacturing process.
EMI0008.0012
<I> Table <SEP> IV. </I>
<tb> <I> Forms <SEP> 'of <SEP> thin <SEP> film thermistors. </I>
<tb> 1. <SEP> Short <SEP> resistance paths <SEP> (through <SEP> the <SEP> thickness
<tb> of the <SEP> film).
<tb> 2. <SEP> long, <SEP> individual <SEP> resistance paths, <SEP> open
<tb> flat <SEP> plates <SEP> of various <SEP> shapes,
<tb> metal blocks,
<tb> rods,
<tb> pipes,
<tb> wires,
<tb> narrow <SEP> side surfaces <SEP> of <SEP> plates.
<tb> 3.
<SEP> Long, <SEP> multi-part <SEP> resistance paths, <SEP> on
<tb> flat <SEP> plates <SEP> of various <SEP> shapes,
<tb> grids,
<tb> <SEP> wires attached to <SEP> plates <SEP>,
<tb> pipes <SEP> with <SEP> ways <SEP> within <SEP> and / or
<tb> outside. Any of these thermistors can have two or more electrodes and can be provided with indirect heating arrangements either by means of a heating coil or the like, or by a separate thin film.
EMI0008.0018
<I> Table <SEP> V. </I>
<tb> <I> Manufacturing process <SEP> for <SEP> thin <SEP> film </I>
<tb> <I> Therntistors. </I>
<tb> <I> 1. <SEP> carrier </I>
<tb> made of <SEP> nickel, <SEP> cobalt, <SEP> iron, <SEP> nickel iron,
<tb> chrome iron, <SEP> copper-nickel <SEP> and <SEP> similar
<tb> metals.
<tb> <I> 2a. <SEP> Oxidize <SEP> the <SEP> carrier <SEP> and </I> <SEP> application
<tb> <I> the <SEP> thermistor materials </I>
<tb> by: <SEP> spraying, <SEP> coating, <SEP> depositing,
<tb> cataphoresis;
<SEP> possibly <SEP> evaporation <SEP> or
<tb> Spraying <SEP> the <SEP> thermistor metals, <SEP> like
<tb> e.g. <SEP> B. <SEP> manganese, <SEP> copper, <SEP> cobalt, <SEP> nickel.
<tb> <I> 3a. <SEP> Heat treatment <SEP> in </I> <SEP> Delivers <SEP> <I> and <SEP> possibly </I>
<tb> <I> Oxidizing <SEP> the <SEP> T'fterntistor-111etalle </I>
<tb> or <SEP> alternatively.
<tb> 2b. <SEP> <I> Applying <SEP> the <SEP> thermistor oxides </I>
<tb> through:
<SEP> cataphoresis, <SEP> possibly <SEP> electro-plating <SEP> with <SEP> thermistor metals.
<tb> 3b. <SEP> <I> Oxidize <SEP> the <SEP> carrier <SEP> (and <SEP> possibly <SEP> the </I>
<tb> <I> Thermistor-illetalle, <SEP> if <SEP> this <SEP> unoxy- </I>
<tb> <I> dated). </I>
<tb> <I> 4. Apply <SEP> electrodes </I> <SEP>
<tb> using <SEP> silver paste, <SEP> liquid <SEP> gold, <SEP> liquid <SEP> platinum <SEP> and <SEP> afterwards <SEP> firing;
<tb> possibly <SEP> gold, <SEP> silver, <SEP> aluminum, <SEP> copper, <SEP> chrome <SEP> etc. <SEP> sprayed on, <SEP> sprayed on <SEP> or <SEP > vaporized.
<tb> In the following <SEP> <SEP> and <SEP> some <SEP> possible applications of thin film thermistors are mentioned.
<I> 2. Plates and disks etc. </I> Thermistor plates can be used as heating elements in small furnaces and at the same time create means for temperature measurement and control.
They are also suitable for thermometers and thermostats if they can be seen with holes so that they can be bolted to the sides of an oven, etc. Since they are very thin plates, they remove very little rough. Thin film thermistors can operate up to 500C.
Disc-like thermistors can be used as built-in thermometers for selenium rectifiers. Very small plates with a very sensitive zone can be used for radiation measurements.
<I> 2. Plates, </I> rods and <I> blocks. </I> Thermistors, which have a large mass, also have a high power dissipation. This makes them useful for slow starting of electric 3Iotors etc.
<I> 3. Pipes. </I>
Tubular, indirectly heated thermistors are easier to manufacture than large, pearl-like thermistors. They can serve as slow acting relays. Delays on the order of an hour can be obtained.
<I> 4. Wires and </I> heating cables.
Thermistors made from wires have low power dissipation. Their response to current changes should be comparable to that of a ballast resistor. They can serve as automatic voltage regulators. <I> 5. </I> educational thermistors.
Fig. 4 shows. That it is possible to produce a number of thermistors on the same plate. Each path can be thermally connected to its near path or isolated from it. Such a unit can be used for electronic switches. A thermistor unit takes up very little space. 10 or more resistance paths can be made on a 50X25> (06 nnn board.
<I> 6. </I> Tiltra high-frequency high-performance knife. The power of ultra-high frequencies can be measured by means of long, strip-shaped theaters. They have an advantage over known pearl thermistors, as they can measure powers in the order of 5 watts.