CN105593654A - 用于电容式温度感测的组合物、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源温度感测设备，所述无源温度感测设备包括电容式感测元件，所述电容式感测元件包含电容式感测组合物，所述电容式感测组合物包含表现出低于30℃的可测量电居里温度的铁电陶瓷材料。所述电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。

Description

用于电容式温度感测的组合物、设备及方法
背景技术
高电压电力电缆的温度可随着线缆承载的电流的增加而升高。因此，监测此类线缆(特别是例如接头和接点处)的温度通常是有用的。然而，许多电力电缆及其接头和接点受到多个绝缘和/或半导体层的保护，并且常常埋于地下或悬于高空。
发明内容
总的来讲，本文公开了电容式感测组合物，该电容式感测组合物包含表现出低于30℃的可测量的电居里温度的铁电陶瓷材料，并且其中所述电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。本文还公开了包含此类组合物的元件和设备及使用方法。在以下具体实施方式中，将显而易见这些方面和其他方面。然而，在任何情况下，都不应将该广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，无论此主题是在最初提交的专利申请的权利要求书中给出还是在修订的专利申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。
附图说明
图1示出了通用表示形式，示出了如本文所公开的包含电容式感测元件和组合物的设备。
图2示出了实验观察的如本文所公开的示例性电容式感测组合物的相对电容作为温度的函数。
图3示出了实验观察的图2的示例性电容式感测组合物在升高的温度下的电容作为保持时间的函数。
图4示出了实验观察的如本文所公开的示例性电容式感测组合物的电容作为温度的函数。
图5示出了实验观察的图4的示例性电容式感测组合物的介电损耗角正切作为温度的函数。
图6示出了实验观察的如本文所公开的另一个示例性电容式感测组合物的电容作为温度的函数。
图7示出了实验观察的图6的示例性电容式感测组合物的介电损耗角正切作为温度的函数。
具体实施方式
如上所述，可能有用的是监测电缆(例如，高电压(例如，>10kV)电力电缆)的温度。使用“无源”设备执行此类监测可能特别有用，所谓“无源”设备是指不需要内部电源(例如，电池)并且不需要物理连接至外部电源的设备。可发现用于此类应用中的一种类型的无源设备依赖于L-C电路(即，电感-电容电路)。采用适当设计的L-C电路可表现出谐振频率，该谐振频率可被监测(无论是连续监测还是不连续监测)，且不一定需要与设备建立任何物理(例如，电)连接，如本领域的技术人员将会知道的。如果此类设备使用对温度敏感的电容元件(本文中将其称为“电容式感测元件”)，并且该电容元件被放置成与高电压电力电缆的一部分热连通，则那一部分高电压电力电缆的温度变化将引起电容式感测元件的温度产生同量的变化。这将改变L-C电路的谐振频率，可检测该谐振频率并用于推断那一部分高电压电力电缆的温度。
此类电容式感测元件21以通用表示形式示出于图1中，其中还示出了与元件21保持热连通的高电压电力电缆31的一部分。“热连通”不仅涵盖其中元件21与高电压电力电缆的导电材料保持直接、密切的热接触的情况，而且涵盖其中元件21与一些中间层(例如，半导体层)保持密切的热接触的情况，前提是该一个或多个中间层允许热能穿过其中达到足够的程度，使得元件21的温度足以用于确定或估计高电压电力电缆的导电材料的温度。至少一个电容式感测元件21和电容式感测元件21与之电连接(例如，通过线路)以便提供L-C电路的至少一个感应元件41(在图1的通用表示形式中示出)，以及根据需要的任何其他辅助部件(例如，放大器、振荡器、连接器等)，共同构成设备1。可使用独立装置(例如，包含感应天线的便携式读数器)启动设备1和/或询问设备1的L-C电路的谐振频率。当然，此类装置可不一定需要物理连接至L-C电路以便执行该功能。
电容式感测元件21包含电容式感测组合物11(一般性示出于图1中)，其可以提供为任何合适的构造或几何形状。电容式感测元件21还包含两个或更多个电极(图1中未示出)，该两个或更多个电极彼此分开并且位于电容式感测组合物11的至少一部分的附近(例如，通过其一部分彼此分开)，并且可结合电容式感测组合物11起作用以形成电容式感测元件21。此类电极可由任何合适的导电材料制成。在一些实施例中，此类电极可以提供为叉合电极(例如，互相啮合的梳齿形金属涂层设置在一层电容式感测组合物11的表面上)。然而，在许多实施例中，可能便利的是将电容式感测组合物11提供为电极之间的层以便形成平行板电容器，如所熟知的那样。在此类特定实施例中，可提供多层电容式感测组合物11，其交替设置在导电材料(例如，金属)层之间，以便提供所谓的多层陶瓷片状电容器或MLCC。MLCC可通过任何便利的方式制备，例如，通过浇注合适的陶瓷颗粒的浆液以形成片材，将导电材料(例如，导电墨)沉积到该片材上，堆叠片材并将其层合以形成多层叠层，以及在需要时焙烧陶瓷颗粒。在一些实施例中，合适的陶瓷颗粒可分散于聚合物基体中(如本文后面所详细公开)以形成电容式感测组合物11。然后可将电容式感测组合物11定位于导电层(电极)之间以形成电容式感测元件21。
电容式感测组合物11依赖于极性/铁电(为方便起见，本文中使用术语“铁电”)陶瓷材料。基于特定的电(介电)特性，铁电材料可容易地与其他材料区别开。相比之下，当某些材料暴露于电场时，材料中产生的极化基本上与所施加的电场成比例。即，材料的介电常数(相对介电常数)是常数，使得材料中产生的极化为所施加电场的线性函数。此类材料包括许多常用的介电材料。被称为铁电材料的其他材料显示出更强的极化能力，使得极化成为所施加电场的非线性函数。(即，在铁电材料中，介电“常数”不再是常数，而是所施加电场的函数。)此外，铁电材料在不存在施加的电场时表现出自发电极化，其极化可通过施加外部电场被反转。然而，铁电材料仅在特定温度下表现出这一自发极化；具体地，是在低于该材料的所谓电居里温度的温度下才表现出这一自发极化。(本领域中的普通技术人员都将认识到，电居里温度与熟知的磁居里温度类似，但两者不一定相同)。即，根据定义，铁电材料将表现出可测量的居里温度。在低于这一温度时，材料表现出铁电行为；高于这一温度时，材料将表现出顺电行为。
如本文所公开，电容式感测组合物11中使用的陶瓷铁电材料表现出低于30℃的电居里温度。因此，此类材料非常适合用于监测从例如30℃至例如150℃的范围内的温度(即，在监测高电压电缆的温度时，通常感兴趣的范围)。
除这一要求之外，如本文所公开的陶瓷铁电材料使电容式感测组合物11的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内具有负斜率。所谓负斜率是指电容式感测组合物11表现出作为温度的函数的相对电容变化(δc/C；即，电容变化与参比电容之比)，该变化在30℃至150℃的范围内的至少某处具有至少-1％/10℃的量值。本发明人已发现，此类组合物及由其制成的电容式感测元件可表现出增强的耐高温老化能力。即，当例如电容相对于时间长时间暴露于接近例如100℃或更高的温度时，电容相对于时间可表现出减少量的漂移，与例如在此温度范围内显示正斜率的电容的组合物(如本文实例中的图3所证实)形成对比。此外，此类组合物及由其制成的电容式感测元件可在L-C电路中提供增强的性能(例如，可抵抗老化的影响)，甚至当它们长时间被保持在高强度电场中时(诸如，当用于监测高电压线缆的温度时)也是如此。(在监测例如基本上不存在电场的机械部件和联动装置的温度时当然不存在此类考虑)。
图2示出了实验观察的材料(工作实例1)的相对电容，该材料的电容对温度在约30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率(并且用于比较，显示了在该温度范围内具有正斜率的比较例材料的相对电容)。应当理解，所计算的相对电容变化将基于用作基准点的温度和电容而产生一定程度的变化(还应注意到，电容随温度的变化在该温度范围内不一定为常数，如图2中显而易见)。因此，所计算的相对电容变化将基于所用的参比电容以及用于计算的温度范围的宽度(以及对应的电容范围)而产生一定程度的变化。在具体实例中，当使用60℃至80℃的增量进行计算时，图2的工作实例1电容式感测元件的相对电容变化为约-17％/10℃。(在此类计算中，为方便起见，可遵循这样的约定，即参比温度/电容处于增量的较低温度处，例如在此例中为60℃)。当使用80℃至120℃的增量时，图2的工作实例1电容式感测元件的计算出的相对电容变化为约-11％/10℃。尽管存在此类变型形式，如本文所定义的其电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率的电容式感测组合物，在基于处于(完全)该范围内任何20℃的温度增量进行计算时，该组合物表现出量值为至少-1％/10℃的相对电容变化。在具体的实施例中，如本文所列出的相对电容变化(例如，具有至少约-1％、-2％、-4％、-8％等的量值)可基于80℃至100℃的温度增量(和80℃的参比温度)进行计算。
在各种示例性实施例中，当基于30℃至150℃的范围内的任何参比温度和20℃增量进行计算时，电容式感测组合物11可表现出具有至少-1.5％/10℃、-2％/10℃、-4％/10℃、-8％/10℃、-12％/10℃、-16％/10℃、或-24％/10℃的量值的相对电容变化。应当理解，电容式感测组合物11无论以单层形式(例如，介于两个电极之间，或其上设置有叉合电极)提供，还是以多层形式(如上文所述的MLCC)提供，均可测量并计算此类相对电容变化。(图2中的数据是获得的MLCC形式的电容式感测组合物的数据，而图4和图6中的数据是获得的单层形式的电容式感测组合物的数据，如本文的实例中所详述。)
表现出低于30℃的可测量的电居里温度并且使电容式感测组合物11的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内具有负斜率的任何合适的陶瓷铁电材料均可使用。在各种实施例中，可能合适的材料可选自掺杂和/或改性的BaTiO3、BaSnTiO3、BaHfTiO3、BaSrTiO3、BaZrTiO3、SrTiO3、BaFe12O19、Pb[ZrxTi(1-x)]O3和x[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-(1-x)[PbTiO3]以及它们的组合和混合物，前提是此类组合物满足上文所列出的要求。(本领域的技术人员将认知到，并非落在上文所列出的组成内的所有材料均可必须表现出低于30℃的电居里温度和/或在30℃至150℃的温度范围内具有负斜率的电容。)
在一些实施例中，可能合适的铁电陶瓷材料可从取代的钛酸钡的基本组中选择。特别地，原子可掺入(即，取代例如钡原子或钛原子)钛酸钡中，将其电居里温度从例如约120℃(由许多未取代的钛酸钡表现出的近似值)降低。可适合以这种方式掺入的掺杂物包括例如Zr、Sn、Hf、Pb和Sr。在特定实施例中，陶瓷铁电材料可包括选自BaMxTi1-xO3的材料，其中M为Zr或Sn并且其中0.1≤x≤0.8(即，锆取代的钛酸钡或锡取代的钛酸钡)。在其他实施例中，可能合适的材料可选自锆钛酸铅(通常被称作PZT)。一些此类示例性材料包括例如PbZrxTi1-xO3(其中0<x<1)和具有类似组成的材料。如果需要，此类材料可掺杂有例如镧(以形成所谓的PLZT)。其他可能合适的材料可选自铌镁酸铅-钛酸铅，如上文所述。然而，在特定实施例中，铁电陶瓷材料以及所得的组合物基本上不含铅和铅化合物(例如，氧化物)。当然，可能需要评估任何此类可能合适的材料以确保其满足上文所公开的标准。属于Y5V类别的某些MLCC(例如，以商品名(VJ....W1BC)购自美国康涅狄格州谢尔顿的威世公司(Vishay,Shelton,CT)的某些MLCC，其具有“V”的介电代码，表示其属于Y5V类别)可以是特别合适的候选物(并且还可表现出有利的低损耗角正切)。
如果需要，可根据需要配制具有特定组成和所得特性的铁电陶瓷材料(例如，并非依赖于以最终MLCC形式得到的特定组合物)。例如，如本文所公开的那样，可例如以根据需要所选择的锡与钛的比率来合成某些锡取代的钛酸钡。此类铁电陶瓷材料(具有任何期望的组成)可分散于聚合物基体中，如下文所详细讨论的，并且所得的组合物形成于电容式感测元件中(例如，通过在其上沉积电极)。
铁电陶瓷材料可具有任何合适的粒度(例如，该粒度允许其合格地分散到所需聚合物基体中以形成如本文所公开的组合物)。在各种实施例中，铁电陶瓷材料可具有不超过约200微米、100微米、40微米或20微米的平均粒度。在另外的实施例中，铁电陶瓷材料可具有至少约0.1微米、0.2微米、1微米、2微米、4微米、8微米或16微米的平均粒度。如果需要，铁电陶瓷材料颗粒可以包括任何合适的表面处理等，该表面处理增强了颗粒分散到所需聚合物基体中的能力。例如，颗粒可以用例如疏水基团、表面活性剂等进行处理或涂覆。
在各种实施例中，如果分散在聚合物基体中，铁电陶瓷材料颗粒可构成所得的组合物(即，聚合物基体和铁电陶瓷材料以及任何其他添加剂(如果存在)的总和)的至少约30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、65重量％、或70重量％。在另外的实施例中，铁电陶瓷材料颗粒可占组合物的最多约90重量％、80重量％、70重量％、60重量％、50重量％、40重量％、或30重量％。在特定实施例中，铁电陶瓷材料颗粒在聚合物基体中的重量(和体积)百分比可接近或超出渗流阈值(在该阈值处，组合物的绝对电容和/或电容随温度的变化可大幅提高)。
在一些实施例中，电容式感测组合物的总体损耗角正切(tanδ)在30℃-150℃的温度范围内和1kHz-20MHz的频率下可以为约0.05或更小。在具体的实施例中，损耗角正切可以在约1kHz-100kHz的频率下测得。
如果需要，聚合物基体(铁电陶瓷材料颗粒可分散于其中)可包括任何合适的聚合物材料。在一些实施例中，此类聚合物基体可包括热塑性组成，该热塑性组成可以例如升高至足够高的温度，以使得铁电陶瓷材料颗粒可充分配混到其中，然后冷却以形成固体制品。或者，此类聚合物基体可包括热固性材料，例如液体或半固体材料，铁电陶瓷材料可分散到该液体或半固体材料中，并且然后可(通过任何合适的方法，例如热能、辐射、添加催化剂和/或引发剂等)固化以形成固体制品。所得组合物可以是坚硬且刚性的，或者可以是相对弹性体的。然而，可能不一定严格需要所得组合物是固体。相反，如果需要，其可以是半固体、油脂、凝胶、蜡、乳香或甚至粘合剂(例如，压敏粘合剂)。
在各种实施例中，聚合物基体可包括例如氨基甲酸酯基聚合物；有机硅基聚合物；EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)基聚合物；EPDM(乙烯-丙烯-二烯橡胶)；烯属聚合物，诸如聚乙烯或聚丙烯；环氧树脂；含氟聚合物(例如，聚(四氟乙烯)，聚(偏二氟乙烯)，包含六氟丙烯单元的聚合物，以及它们的共聚物和共混物)，任何其他含卤素的聚合物(例如，氯代和/或溴代聚合物)，聚醚，(甲基)丙烯酸基聚合物，等等。应当强调的是，这些仅是示例性的广泛类别，并且可以使用任何合适的聚合物材料、它们的共聚物或共混物。(然而，合适的聚合物材料可通常为非导电材料，并且通常性质可为基本上电绝缘)。所述组合物还可以包含任何其他合适的添加剂，例如以改善可加工性、耐候性等。因此可能可用的添加剂可以包括加工助剂、脱模剂、稳定剂、抗氧化剂和增塑剂等。
如果配制电容式感测组合物11(而非以例如现有电容元件诸如MLCC的形式获得)，组合物可提供为(例如，成型为)任何合适形式的制品。通常，可能便利的是，使其形成为平板。
本文所公开的组合物、元件和设备适用于监测高电压电力电缆和线路。因此，包含电容式感测元件21的设备1可根据此类用途的需要来包括任何辅助部件，该元件依赖于电容式感测组合物11(所有这些示出于图1的通用表示形式中)。此类用途和部件的进一步细节在2013年5月3日提交的标题为“SYSTEMSFORMONITORINGTEMPERATUREOFELECTRICALCONDUCTOR”(用于监测导电体温度的系统)的待审PCT专利申请序列号CN2013/075135(代理人案卷号71290WO002)有所描述，其全文以引用方式并入本文。然而，应当理解，本文所公开的组合物、元件和设备可用于监测任何期望的项目或设备或其部分的温度(在30℃-150℃的范围内)。
示例性实施例的列表
实施例1为一种无源温度感测设备，该设备包括电容式感测元件，该电容式感测元件包含电容式感测组合物，该电容式感测组合物包含表现出低于30℃的可测量电居里温度的铁电陶瓷材料，并且其中该电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。实施例2为根据实施例1所述的设备，其中电容式感测元件包括多层陶瓷电容器，该多层陶瓷电容器包括电容式感测组合物与导电材料的交替层。实施例3为根据实施例1所述的设备，其中电容式感测组合物包含分散于聚合物基体中的铁电陶瓷材料颗粒。实施例4为根据实施例3所述的设备，其中聚合物基体选自热塑性材料和热固性材料。实施例5为根据实施例3-4中任一项所述的设备，其中聚合物基体包括选自以下的聚合物：有机硅、环氧化物、乙烯-丙烯-二烯、聚烯烃、聚氨酯、表氯醇、含氟弹性体，以及它们的共聚物、共混物和/或混合物。实施例6为根据实施例1和实施例3-5中任一项所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料占所述电容式感测组合物的约15重量％至约90重量％。
实施例7为根据实施例1-6中任一项所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料选自掺杂的BaTiO3、BaSnTiO3、BaHfTiO3、BaSrTiO3、BaZrTiO3、SrTiO3、BaFe12O19、Pb[ZrxTi(1-x)]O3和x[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-(1-x)[PbTiO3]以及它们的组合和混合物。实施例8为根据实施例1-7中任一项所述的设备，其中铁电陶瓷材料选自BaMxTi1-xO3，其中M＝Zr或Sn并且其中0.1≤x≤0.8。实施例9为根据实施例1-8中任一项所述的设备，其中铁电陶瓷材料选自BaZrxTi1-xO3，其中0.1≤x≤0.3。实施例10.根据实施例1-8中任一项所述的设备，其中铁电陶瓷材料选自BaSnxTi1-xO3，其中0.1≤x≤0.3。
实施例11为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-1.5％/10℃。实施例12为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-2％/10℃。实施例13为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-4％/10℃。实施例14为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-8％/10℃。实施例15为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-12％/10℃。实施例16为根据实施例1-10中任一项所述的设备，其中电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-16％/10℃。
实施例17为根据实施例1-16中任一项所述的设备，其中电容式感测组合物在30℃至150℃的温度范围内和1kHz-20MHz的频率下表现出约0.05或更小的损耗角正切。实施例18为根据实施例1-17中任一项所述的设备，其中电容式感测元件为L-C电路的电容元件。实施例19为根据实施例18所述的设备，其中电容式感测元件与高电压电力电缆的一部分热连通。实施例20为根据实施例18-19中任一项所述的设备，还包括被构造成用于检测L-C电路的谐振频率的单元。实施例21为监测高电压电力电缆的一部分的温度的方法，该方法包括：检测L-C电路的谐振频率，该电路包括与高电压电力电缆的一部分热连通的电容式感测元件，其中电容式感测元件包含电容式感测组合物，该电容式感测组合物包含铁电陶瓷材料，该铁电陶瓷材料表现出低于30℃的可测量电居里温度，并且其中电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。实施例22为使用实施例1-20中任一项所述的设备来执行的实施例21的方法。
实例
提供下面的实例以有助于理解本发明，并且不构成对本发明范围的限制。
材料列表
工作实例1
属于Y5V类别的MLCC型片状电容器(据信基于掺杂和/或改性的钛酸钡材料)以商品名(部件号)VJ1206V103ZXAPW1BC得自美国康涅狄格州谢尔顿的威世公司(Vishay,Shelton,CT)(根据制造商的命名，部件号的第二个“V”表示MLCC属于Y5V类别)。由供应商提供的信息指示MLCC具有10nF的标称电容和50伏特的额定电压。
将MLCC工作实例1样品置于对流烘箱(DKN600型机械式对流烘箱，购自美国加州圣克拉拉市的雅马拓科技有限公司(YamatoScientificAmerica,Inc,SantaClara,CA))中。热电偶被定位于靠近和/或接触MLCC并连接至读数器(NI9211型，购自美国德克萨斯州奥斯汀的国家科学公司(NationalScientific,Austin,TX))，使得可监测MLCC的温度。采用订制的Labview程序(美国德克萨斯州奥斯汀的国家公司(NationalScientific,Austin,TX))进行数据采集。电线(PTFE高温股线)被用于将MLCC连接至阻抗分析仪(1260型SolartronImpedance/Gain-Phase分析仪，购自英国汉普郡的输力强分析公司(SolartronAnalytical,Hampshire,UK))。测量开式电路中的电容以相对于测量线材和仪器偏移电容。所施加的AC电压为约200mV，并且测量频率为约60kHz。此外，通过施加200mVAC，从100kHz至100Hz扫频。该频率范围内的阻抗响应实部和虚部清楚地表明，该样品为被构造为具有-90度相位角的串联电阻器-电容器电路构造。基于串联电阻器-电容器电路构造来计算电容。
将烘箱加热至约150℃，然后以估计处于约0.7℃/min的范围内的冷却速率从该温度冷却至约30℃。约每10秒测量一次温度和电容。代表性工作实例1(W.E.1)MLCC样品的相对电容(将90℃下的电容(任意地)选择为参比电容)作为温度的函数示出于图2中。可以看到，在工作实例1中，电容对温度在所测试的范围内表现出负斜率。相比之下，比较例(C.E.)为代表性MLCC，其据信基于在该温度范围内不具有负斜率的陶瓷材料，事实上确实表现出正斜率，如图2所证实的。
还对工作实例1MLCC样品进行高温老化测试。样品在烘箱中于高温下保持至多约500小时或更长的一段时间，周期性地测量电容(采用如上所述大体相似的方式)。代表性样品的结果(示出为相对于高温暴露开始时电容值的电容变化百分比)如图3所示。图3中还示出了比较例MLCC的代表性样品的结果(以及第二比较例(C.E.2)的结果，该比较例为据信基于以下陶瓷材料的MLCC，该陶瓷材料具有与该比较例的组成在一定程度上相似的组成)。图3中的所有数据示出了(针对每个实例)从保持在80℃、110℃和130℃下的测试样品获得的平均结果。
工作实例2和工作实例3
将化学计量量的高纯度BaCO3、SnO2和TiO2粉末湿法球磨约24小时以制成浆液。该浆液在烘箱中于约100℃下干燥约3小时，然后在加热炉中于约1100℃下煅烧约4小时。以这种方式制备成批铁电粉末，该铁电粉末具有下列一般组成：BaSnxTi1-xO3(x＝0.1)。
将液体有机硅(Sylgard184有机硅弹性体基料)和固化剂(Sylgard184有机硅弹性体固化剂)以及各种填充份数的铁电粉末的混合物置于小型塑料容器中，并使用高速混合器(DAC150FVZ,Siemens)混合所述组分(使用高速混合器在约2500rpm的转速下旋转150秒)。然后将混合物倾注到铝盘中，并在约100℃的温度下固化约2小时。各种所得的片材样品通常具有2mm至4mm的厚度和12mm至16mm的直径。向各片材样品的第一主表面和第二主表面施加铜带以形成电容式感测元件。然后将电容式感测元件夹在以玻片为背衬的有机硅橡胶片之间。将电线连接至该铜带，并采用与工作实例1大体上相似的方式测定作为温度函数的电容(在一些情况下，数据在略有不同的温度范围内采集)。
两个代表性样品的结果(工作实例2，陶瓷电容器材料填充量为约72重量％，以及工作实例3，其填充量为约60重量％)如图4所示。(示出了绝对电容，而非图2中所用的相对电容)。测试由相似方法制成的有机硅片材(不同的是不含铁电陶瓷粉末)作为参照实例(图4的最下方曲线，标记为R.E.)。对于工作实例3和工作实例4，还得到了仅有机硅样品的作为温度的函数的介电损耗角正切。使用与如上所述相同的一般设置和测试工序，基于串联电阻器-电容器电路构造来计算耗散因数。这些结果示于图5中。
工作实例4
采用与工作实例2和工作实例3所述的一般方式制备成批铁电粉末，该铁电粉末具有下列一般组成：BaSnxTi1-xO3(x＝0.15)。采用与工作实例2和工作实例3相似的方式将粉末样品混合到有机硅液体中并成型为固化片材。所得的片材样品通常具有2mm至6mm的厚度和3.0cm至4.5cm的直径。采用与工作实例2和工作实例3大体上相似的方式测试代表性样品(陶瓷材料填充量为约60重量％)，结果如图6和图7所示。还示出了获得的仅有机硅参照实例(如上所述)的测试结果。
上述实例仅为了清楚理解本发明而提供。而不应被理解为不必要的限制。在实例中所描述的测试和测试结果仅旨在例示性而不是预测性的，且测试工序的变化可以预计得到不同的结果。实例中所有定量值均应理解为根据所使用工序中所涉及的通常所知公差的近似值。
对本领域技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施例中可修改和/或组合。(具体地讲，本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可以根据需要以任何组合明确地包括于权利要求中或从权利要求排除。)本发明人期待所有此类变型形式和组合形式均在所设想的发明的范围内，而不仅限于被选取用作示例性举例说明的那些代表性的设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定例示性结构，而应该至少延展至权利要求书的语言所描述的结构以及那些结构的等同形式。如那些普通技术人员将会知道的，本文中所用的术语“基本上不含”及类似短语是指忽略不计的量，但并不排除存在一些极少(例如，0.1重量％或更少)量的材料，这可能在例如使用受到惯常清洗工序的大规模生产设备时发生。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文件中的公开内容之间存在冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。

Claims (18)

1.一种无源温度感测设备，所述设备包括电容式感测元件，所述电容式感测元件包含电容式感测组合物，所述电容式感测组合物包含表现出低于30℃的可测量电居里温度的铁电陶瓷材料，并且其中所述电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容式感测元件包括多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括所述电容式感测组合物与导电材料的交替层。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容式感测组合物包含分散于聚合物基体中的所述铁电陶瓷材料颗粒。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述聚合物基体选自由以下项组成的组：热塑性材料和热固性材料。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述聚合物基体包括聚合物，所述聚合物选自由以下项组成的组：有机硅；环氧化物；乙烯-丙烯-二烯；聚烯烃；聚氨酯；表氯醇；含氟弹性体；以及它们的共聚物、共混物和/或混合物。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料占所述电容式感测组合物的约15重量％至约90重量％。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料选自由以下项组成的组：掺杂的BaTiO3、BaSnTiO3、BaHfTiO3、BaSrTiO3、BaZrTiO3、SrTiO3、BaFe12O19、Pb[ZrxTi(1-x)]O3和x[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-(1-x)[PbTiO3]以及它们的组合和混合物。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料选自由以下项组成的组：BaMxTi1-xO3，其中M＝Zr或Sn并且其中0.1≤x≤0.8。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料选自由以下项组成的组：BaZrxTi1-xO3，其中0.1≤x≤0.3。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁电陶瓷材料选自由以下项组成的组：BaSnxTi1-xO3，其中0.1≤x≤0.3。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-2％/10℃。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-4％/10℃。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容对温度在30℃至150℃的温度范围内的负斜率的量值大于约-16％/10℃。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容式感测组合物在30℃至150℃的温度范围内和1kHz-20MHz的频率下表现出约0.05或更小的损耗角正切。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容式感测元件为L-C电路的电容元件。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述电容式感测元件与高电压电力电缆的一部分热连通。
17.根据权利要求16所述的设备，所述设备还包括被构造成用于检测所述L-C电路的谐振频率的单元。
18.一种监测高电压电力电缆的一部分的温度的方法，所述方法包括：
检测L-C电路的谐振频率，所述L-C电路包括与所述高电压电力电缆的一部分热连通的电容式感测元件，
其中所述电容式感测元件包含电容式感测组合物，所述电容式感测组合物包含表现出低于30℃的可测量电居里温度的铁电陶瓷材料，
并且其中所述电容式感测组合物的电容对温度在30℃至150℃的温度范围内表现出负斜率。
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