CN86108011A - 线性厚膜负温度系数热敏电阻器 - Google Patents

Abstract

在同一块瓷基片的两面，分别印刷两个特性不同的热敏电阻，两个热敏电阻串联成为负温度系数热敏电阻，印刷第一个热敏电阻的浆料为CoMnNi热敏基料、RuO₂、Ag粉导电玻璃、粘合剂玻璃、导电玻璃中RuO₂的含量占15～25％、Ag粉的含量占RuO₂量的10～30％(重量比)，阻值比为R₂₅/R₅₀＝1.22±2％。两个热敏电阻互补正配成与线性方程相比，非线性偏离≤±1％的热敏电阻。

Description

本发明的技术领域是厚膜负温度系数热敏电阻器。

一般的厚膜热敏电阻其阻值-温度特性曲线是指数规律变化，即R_T＝R_TOEXP〔B（ 1/(T) - 1/(To) ）〕其中

R_T：热敏电阻温度为T（K）时的电阻值。

R_To：热敏电阻温度为To＝298.15K时的电阻值。

B：热敏电阻的材料常数。

为使R_T-T特性近似于线性变化，B值必须控制在200K以下，这必然导致T_CR明显降低。例如，当B＝38°K时，非线性度ε＜±1%，但TCR≈-4×10^-4/°K，这是普通碳膜电阻都能达到的。当B＝160°K时，TCR约为-1.8×10^-3/°K，但线性温区只有30℃左右，因此，单纯从降低热敏电阻常数的角度制造线性热敏电阻并非良策。从另一角度出发，七十年代初期研制的多元线化网络，其线性温度区域是一元线化网络的两倍，（约100℃），但温度系数T_CR降低50%。此外，七十年代末期，以模拟运算器和A/D转换等为代表的有源线化网络的出现，使热敏电阻在微处理机中得到应用，但电路参数受热敏电阻的影响很大，微处理机线路异常复杂，调试困难，成本较高，也难于实现批量生产。

日本特许公开昭57-208105采用SnO₂-TiO₂-RuO₂浆料研制了一系列B＜500K的配方，但仍是指数特性，线性度ε＜±1%的温区只有30℃，公开特许公报昭58-2001采用重量百分比为30～90%的尖金石或金红石结构的氧化物和重量百分比为2～70%的含有5～60%的氧化钌（RuO₂）玻璃粉末所制成的厚膜热敏电阻配方，其B约为2700°K左右，也是非线性的。综上所述，厚膜热敏电阻的线性化是一个长期未解决的技术难题。

本发明的目的在于提供一种非线性小、线性范围宽、又不降低初始温度系数α₁的厚膜热敏电阻。

本发明的特点是在同一瓷基片上印刷两个特性不同的热敏电阻器将两个热敏电阻串联正配，使非线性减小。

本发明包括第一个热敏电阻M₁和第二个热敏电阻M₂，两个热敏电阻都是负温度系数的。将第一个热敏电阻M₁与第二个热敏电阻M₂串联。M₁与M₂串联时，合成电阻值R_M为两个热敏电阻电阻值之和。

R_M＝R_M1+R_M2

其中R_M：合成电阻器的电阻值。

R_M1：第一个热敏电阻M₁的电阻值。

R_M2：第二个热敏电阻M₂的电阻值。

由于M₁电阻与M₂电阻特性不同，温度系数不同、阻值不同，两个热敏电阻特性互为补偿，如果M₁与M₂电阻的阻值及配方选得恰当，就可以在一定的工作温度范围内，使电阻M₁与M₂的合成电阻的阻值-温度曲线接近线性变化，这正是本发明的特点所在。此外，两个热敏电阻M₁与M₂印刷于同一瓷基片上，其热响应速度快。

本发明选用热敏电阻材料常数稳定的热敏基料，即所用材料为具有尖金石结构的CoNi_（1-X）Mn_（1+X）O₄粉末，其中X取0.35～0.55。当X＜0.35时，热稳定性恶化。当X＞0.55时，方阻太大。其次，选用超细的RuO₂粉末与硼硅酸铅玻璃共熔，粉碎成粒径为1～5μ的导电玻璃粉末，这对保证热敏电阻特性再现性有重大作用，其次，氧化钌玻璃粉末中RuO₂的百分含量为15～25%。当RuO₂＜15%时，方阻太高，不具备导电功能，当RuO₂＞25%时，电阻温度系数（T_CR）太小，热敏电阻的灵敏度低。此外，在浆料中加入适量的Ag粉，对改善高温端线性有积极作用。Ag粉的加入量为RuO₂重量的10～30%，线性度ε＜±2%的线性区，可由50℃扩大到80～100℃的范围。当Ag粉含量小于10%时，线性区无明显改善，当Ag在RuO₂中的含量大于30%时，方阻急剧降低，电阻温度系数T_CR大大下降。

第二个热敏电阻M₂的浆料，采用MnCu_（1-X）Co_（1+X）O₄粉末为基料，X值取决于电阻M₁的特性，通常取X为0.5～0.9，为提高浆料的电导率，采用RuO₂/Ag＝1（重量比）的超细粉末，与玻璃粉配制成导电相，调节导电相比例，使方阻和B值达到所期望的数值，B值为3400°K。

为了使M₁电阻与M₂电阻串联之后，其合成电阻值非线性小、线性范围宽，必须使M₁热敏电阻阻值与M₂电阻阻值不同。下面叙述在同一瓷基片上印刷两个特性不同的热敏电阻的方法。

设理想线性热敏电阻的阻值-温度特性方程为R_T＝R_Ta-S（T-T_L），其中

R_T表示合成热敏电阻温度为T（°K）时的实际阻值。

R_Ta表示合成热敏电阻温度为Ta时的阻值。

S表示合成热敏电阻的灵敏度。

T_L为低温端温度。

先在瓷基片上印刷M₁电阻，其阻值比为R₂₅/R₅₀＝1.22±2%。

M₁电阻的阻值为R_MlT＝R_T±εR_T确定。

则选择M₂电阻特性的原则如下：（按照R_T＝R_M1+R_M2计算）

a）、在M₁电阻的线性区域内，使R_M2T＜＜εR_T，其中R_M2T为M₂电阻在温度T时的实际阻值，R_T为M₁电阻在温度T时的实际阻值与理想线性热敏电阻的阻值之差，并保持在转折点T_Q处的R_M2Q≤0.1%R_TQR_M2Q表示温度为T_Q时热敏电阻M₂的阻值。这样，M₁电阻与M₂电阻的串联合成电阻M在（T_P～T_Q）的线性区域内，仍保持良好的线性。在M₁电阻的非线性区域T_P～T_L内，使M₂电阻的阻值R_M2T≥εR_T，其中R_M2T表示在温度为T时，M₂电阻的实际阻值，这样，在M₁电阻的非线性区域内，M₁电阻与M₂电阻的合成电阻M与理想线性热敏电阻的阻值接近。

b）、调节M₂电阻的阻值，使其在全温区中△B≤±5%即可得到非线性偏离度小的厚膜热敏电阻器。

c）、高温段的非线性区域（T_Q-T_H），通过变更Ag含量调节到最小程度。

图例说明：

图1是本发明实施例的结构图，图中1为基片，2为M₁元件，3为M₂元件，4为电极，5为另一电极，6为引线。

图2为几种热敏电阻器R_T/Ro～T的变化曲线，其中1为B＝160°K时热敏电阻的曲线，2为本发明的曲线，3为TR镍电阻器的曲线，4为MF512电阻器的变化曲线。

图3为几种热敏电阻非线性偏离的曲线图，其中1为B＝160°K的曲线，2为本发明的曲线，3为TR镍电阻的曲线，4为MF512的曲线。

图4表示在同一瓷基片上印刷两个热敏电阻M₁与M₂，使M₁与M₂的特性曲线互为补偿，合成电阻M阻温特性为线性的方法示意图。其中M₁、M₂、M分别为M₁电阻、M₂电阻和合成电阻M的阻温曲线示意图。图中T_L～T_P为低温段。T_Q～T_H为高温段。

实施例：

1.主要原料：纯度为99%、采用共沉法制得MnO、NiO、CoO、CuO以及纯度为99.9%、粒度＜1μ的RuO₂和Ag粉。

2.配料：M₁热敏粉料配方：CoNi_（1-X）Mn_（1+X）O₄为基料。其中X＝0.35～0.55。

（1）配制M₁：热敏粉末：按配比称量原料，湿法球磨24小时，干燥后压块，在1100～1200℃烧结2小时，将烧成物用干法球磨8小时，形成平均粒径为5μ以下的粉末。

（2）配制M₂热敏粉末配料MnCu_（1+X）Co_（1+X）O₄，其中X取0.5～0.9。按配比称量原料，湿法球磨24小时，干燥后压块在1000～1100℃烧结2小时，将烧成物用干法球磨8小时，形成平均粒径为小于5μ的粉末。

（3）制造粘合剂玻璃粉末：按重量百分比PbO＝58、SiO₂＝25、B₂O₃＝12、Na₂O＜0.5、AL₂O₃＝45称量，装入铂金杯中于1300℃共熔2小时，将烧成物球磨粉碎成平均粒径3μ的粉末。

（4）制造导电玻璃粉末，在粘合剂玻璃粉末中加入所需的RuO₂和Ag粉，装入铂金杯中，于1200℃共熔1小时，再球磨成粒径约5μ的导电玻璃粉末。

（5）配制厚膜浆料：按配比称量热敏粉末、导电玻璃粉末以及粘合剂玻璃粉末，混匀后再加入有机载体，经4～5小时混练而成。

6）印制电极：按图要求，在瓷基片上印刷Pd～Ag电极，经880～920℃烧渗15分钟。

4.印刷M₁热敏电阻，按图要求，在Pd～Ag电极层印制M₁热敏电阻，经840～860℃烧结而成。烧成过程为60分钟，电阻的阻值比R₂₅/R₅₀＝1.22±2%，R₂₃＝5000Ω±2%。

5.印制M₂热敏电阻。按图1和图4要求，在Pd-Ag电极层间印制M₂浆料，经800～820℃烧结而成，烧结时间为40～60分钟，电阻M₂的B值为3400°K±2%。

上述工艺制造的M₁电阻，其阻值波动范围为±30%，M₂的阻值波动范围为±20%，采用调阻工艺，两种电阻的阻值均可调整到±2%的精度，电阻的主要性能见表1。

本发明与现有MF512、SnO₂-TiO₂-RuO₂热敏电阻以及传统的TR系列镍电阻相比（参见表1），具有T_CR大，灵敏度高、非线性小、热响应速度快等特点，能简化微处理机的予处理电路和接口技术。有利于微处机推广。在食品加工、食品储藏、医疗卫生、空调设备、家用电冰箱等方面有广泛的应用价值。

补正86108011

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    1    9    ε＜±1%    ε≤±1%

说明书    2    2    同上    同上

说明书    3    13    ε＜±2%    ε≤±2%

说明书    3    7    u    μ

说明书    6    7    Cu（1+x）    Cu（1-x）

说明书 6 12 Na₂O＜0.5 Na₂O≤0.5

说明书    6    倒6行    5u    5μ

说明书    6    倒2行    6）    3

权利要求书    1    5    热敏电阻    热敏电阻器

权利要求书    1    10    同上    同上

权利要求书    1    12    同上    同上

权利要求书    1    14    同上    同上

权利要求书    1    16    同上    同上

权利要求书    2    2    同上    同上

权利要求书    2    9    同上    同上

权利要求书    2    9    同上    同上

说明书    2    9    同上    同上

说明书    2    11    正配    组配

Claims (8)

1、一个负温度系数厚膜热敏电阻器，包括一个瓷基片、一个印刷于瓷基片上的热敏电阻器，一对电极和外部连接引线，其特征在于：

在同一块瓷基片的正面和反面，分别印刷第一个热敏电阻M₁与第二个热敏电阻M₂，此两个热敏电阻都是负温度系数热敏电阻器。

2、根据权利要求1.所述的厚膜热敏电阻，其特征为第一个热敏电阻M₁的浆料由CoNi_（1-X）Mn_（1+X）O₄为基料、RuO₂导电玻璃、Ag粉以及玻璃粘合剂组成，其中X＝0.35～0.55，此浆料中热敏基料∶导电玻璃∶粘合剂玻璃（重量比）为

100∶（20～30）∶（30～40）

3、根据权利要求2.所述的厚膜热敏电阻，其特征为导电玻璃中RuO₂的含量为15～25%。

4、根据权利要求3.所述的厚膜热敏电阻，其特征为导电玻璃中Ag粉的加入量为RuO₂的10～30%。

5、根据权利要求4.所述的厚膜热敏电阻，其特征为M₁电阻的阻值比为R₂₅/R₅₀＝1.22±2%，R₂₅＝5000Ω±2%。

6、根据权利要求1.2.3.4或5所述的厚膜热敏电阻，其特征为第二个热敏电阻M₂的浆料为MnCu_（1-X）Co_（1+x）O₄粉末为基料，X值取0.5～0.9，以及RuO₂、Ag粉和玻璃粘合剂所组成。其中RuO₂/Ag＝1（重量比），浆料B＝3400°K。

7、根据权利要求6.所述的厚膜热敏电阻，其特征为：设理想线性热敏电阻的阻值-温度特性为R_Ta-S（T-Ta），热敏电阻M₁的阻值为R_MlT＝R_T±δR_T，先在瓷基片上印刷M₁电阻，其阻值比为R₂₅/R₅₀＝1.22±2%，然后在M₁电阻的线性区域内，使R_M2T≤εR_T，并保持在转折点T_Q处的阻值R_M2Q≤0.1%R_TQ，在M₁电阻的非线性区域内，使M₂电阻的阻值R_M2≥0.1%R_T，调节M₂电阻的阻值，使其在全温区中的△B值≤±5%。

8、根据权利要求7.所述的厚膜热敏电阻，其特征为瓷基片长5mm，宽3mm，厚0.6mm。

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