DE2434129A1 - MOISTURE SENSITIVE ELEMENT - Google Patents
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Description
5okyo Shibaura Electric Co. Ltd. 235/855okyo Shibaura Electric Co. Ltd. 235/85
Feuchtigkeitsempfindliches ElementMoisture sensitive element
Die Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsempfindliches Element ,,welches den Zv/eck hat, Änderungen der Umgebungs—!Feuchte als Änderungen des elektrischen Widerstandes anzuzeigen.The invention relates to a moisture sensitive Element, which has the corner, changes in the ambient humidity as changes in electrical resistance.
Es ist bereits ein feuchtigkeitsempfindliches Elenent bekannt, welches eine auf ein anorganisches isolierendes Substrat aufgebrachte Schicht an feinpulverigen Metalloxiden wieIt is already a moisture sensitive element known, which is applied to an inorganic insulating substrate layer of fine powdery metal oxides such as
Fe-zCL ,Fe0O-, Al0CU und Cr0CL enthält. Dieses Element basiert 3 4 23 23 23Contains Fe-zCL, Fe 0 O-, Al 0 CU and Cr 0 CL. This element is based 3 4 23 23 23
auf der ausgezeichneten Hygroskopizität, die diese Metalloxide im allgemeinen haben. Die Schicht aus den feinpulverigen Metalloxiden spricht demzufolge auf Änderungen in der Umgebttngs-Feuehte mit spürbaren Änderungen des elektrischen Widerstandes an* Auch ist das Element physikalisch,chemisch und thermisch durchaus stabil. Allerdings hat die Schicht aus den feinpulverigen Metalloxiden einen sehr hohen Widerstand, so daß das Element kleine Änderungen in der TJmgebungs-Feuchte nicht genau genug elektrisch anzeigen kann. Außerdem sind die Reproduzierbarkeiton the excellent hygroscopicity that these metal oxides generally have. The layer of fine powdery metal oxides therefore speaks to changes in the environmental fire with noticeable changes in the electrical resistance stable. However, the layer made of the finely powdered metal oxides has a very high resistance, so that the element small changes in the ambient humidity not accurate enough can display electrically. In addition, the reproducibility
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der Meßwerte und die Alterungsbeständigkeit nicht befriedigend.the measured values and the aging resistance are not satisfactory.
Weiterhin ist ein feuchtigkeitsempfindliches Element bekannt, welches einen PiIn. aus Metalloxiden enthält. Dieses Element hat eine geringe Größe und ein geringes Gewicht. Es spricht auch schnell auf Peuchte-Änderungen an, und es arbeitet über einen weiten Temperaturbereich',' von niedrigen bis hohen Temperaturen, durchaus zufriedenstellend. Allerdings erfolgt die Messung der tfkgebungs-Peuehte durchweg nicht genau genug, und außerdem ist die Empfindlichkeit dieses Elements schlecht, v/eil es instabil ist und weil der PiIm auch nicht homogen genug ist. Überdies kann dieses Element nicht in einer Massenproduktion hergestellt werden.Furthermore, is a moisture-sensitive element known which one PiIn. made of metal oxides. This Element is small in size and light in weight. It also responds quickly to Peuchte changes and it works Over a wide temperature range ',' from low to high temperatures, quite satisfactory. However, it does the measurement of the efficiency rate is consistently not accurate enough, and besides, the sensitivity of this element is bad, because it is unstable and because the PiIm is not homogeneous enough is. Moreover, this element cannot be mass-produced.
Pur feuchtigkeitsempfindliche Elemente können im Prinzip auch Materialien verwendet werden, die sich unter der Bezeichnung "oxidische Misch-Halbleiter" zusammenfassen lassen und die aus verschiedenen Metalloxiden hergestellte Halbleiter sind. Oxidische Halbleiter haben einen geringeren Widerstand ale die rohen Metalloxide, und man kann deshalb annehmen, daß sich ihr Widerstand in Abhängigkeit von der Absorption und der Desorption von Feuchtigkeit stark ändert. Die meisten Halbleiter dieses Typs, die auch als "Thermistoren (d.h. thermisch empfindliche Resistoren) bezeichnet werden, haben jedoch einen großen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, so daß ihr Widerstand.sich schon bei geringen Temperaturändemngen stark ändert. Die Verwendung dieser Halbleiter zur Feuchte— Messung ist deshalb nicht möglich, wenn, wie es normalerweise der Pail ist, während der Messung eine Temperaturänderung auftreten kann.In principle, pure moisture-sensitive elements can be used materials can also be used which can be summarized under the designation "mixed oxide semiconductors" and which are semiconductors made from various metal oxides. Oxide semiconductors have a lower resistance than all of them raw metal oxides, and one can therefore assume that their resistance depends on absorption and desorption changes greatly from moisture. Most semiconductors of this type, also called "thermistors" (i.e., thermally sensitive Resistors), however, have a large negative temperature coefficient of resistance, see above that their resistance changes significantly even with small changes in temperature. The use of these semiconductors for moisture Measurement is therefore not possible if, as is normally the case with the pail, a temperature change occurs during the measurement can.
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. Hit der Erfindung soll nunmehr ein feuchtigkeitsempfindliches Element auf der Basis eines oxidischen Miscb-Halbleiters geschaffen werden, welches sehr alterungsbeständig ist, eine hohe Empfindlichkeit aufweist, eine gute Reproduzierbarkeit der Messwerte zeigt und nur einen kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes hat.. Hit of the invention is now intended to be a moisture-sensitive Element based on an oxide mix semiconductor be created, which is very resistant to aging, has a high sensitivity, good reproducibility which shows measured values and has only a small temperature coefficient of resistance.
Überraschend wurde gefunden, daß dieses Ziel erreicht werden kann durch einen Halbleiter, der sich erfindungsgemäß kennzeichnet durch die ZusammensetzungSurprisingly, it has been found that this goal can be achieved by a semiconductor which is according to the invention characterized by the composition
89,9 bis 20,0 Mo I/. ZnO89.9 to 20.0 Mo I /. ZnO
0,1 bis 20,0 MoljS Cr2O5 und0.1 to 20.0 MoljS Cr 2 O 5 and
10,0 bis 60,0 Mol$ an mindestens einem dritten Metalloxid,10.0 to 60.0 mol $ of at least one third metal oxide,
wobei dieses weitere Metalloxid auswählt ist aus der Gruppe Li2O, Ha2O, E2O, Rb2O, Cu2O, BaO, SrO, CaO, PbO, MnQ, MO, CoO, MgO, CdO, CuO, FeO, BeO, TiO2, GeO2, ZrO2, MnO2, TeO2, SnO2, SiO2, CeO2, ThO2, HfO2, Hb2O5, Ta3O5, Sb3O5, V3O5, WO5, MoO5 und TeO5.this further metal oxide being selected from the group consisting of Li 2 O, Ha 2 O, E 2 O, Rb 2 O, Cu 2 O, BaO, SrO, CaO, PbO, MnQ, MO, CoO, MgO, CdO, CuO, FeO , BeO, TiO 2 , GeO 2 , ZrO 2 , MnO 2 , TeO 2 , SnO 2 , SiO 2 , CeO 2 , ThO 2 , HfO 2 , Hb 2 O 5 , Ta 3 O 5 , Sb 3 O 5 , V 3 O 5 , WO 5 , MoO 5 and TeO 5 .
Natürlich macht dabei die Summe aller Bestandteile stets 100 M0I5S aus.Of course, the sum of all components always makes 100 M0I5S.
Das dritte Metalloxid kann, wie sich aus der vorstehen den Aufzählung ergibt, das Oxid eines einwertigen Metalls (Me ') sein oder aber das Oxid eines zweiwertigen Metalls (Ms ), eines vierwertigen Metalls (Me ), eines fünfwertigen Metalls (Me ) bzw. eines sechswertigen Metalls (Me ). Dabei können die Oxide mehrerer Metalle der gleichen Wertigkeit in Mischung miteinander vorliegen, und es können auch Oxide von MetallenThe third metal oxide can, as can be seen from the above list, be the oxide of a monovalent metal (Me ') or the oxide of a divalent metal (Ms), a tetravalent metal (Me), a pentavalent metal (Me) or a hexavalent metal (Me). The oxides may be more metals of the same rank in mixture with one another, and it can also oxides of metals
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unterschiedlicher ¥ertigkeit miteinander gemeinsam das »dritte Metalloxid" bilden.different ¥ ability together that Form "third metal oxide".
Die Erfindung und die damit erzielten Torteile werden nachfolgend anhand der Zeichnungen und in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:The invention and the gate parts achieved therewith are below with reference to the drawings and in exemplary embodiments explained in more detail. In the drawings show:
Pig. 1 graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von dem Gehalt an CU für ein erfindungsgemäßes ElementPig. 1 graphically shows the dependence of the specific resistance on the content of CU for an element according to the invention
mit einem einwertigen dritten Metalloxid, wobei das Molverhältnis des Me« O zu ZnO konstant gehalten ist,with a monovalent third metal oxide, the molar ratio of Me «O to ZnO is kept constant,
Pig. 2 graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von dem Gehalt an O- für ein erfindungsgemäßes ElementPig. 2 graphically the dependency of the specific Resistance of the content of O- for an element according to the invention
mit einem zweiwertigen dritten Metalloxid,with a divalent third metal oxide,
(2)(2)
wobei das Molverhältnis des Mex '0 zuwhere the molar ratio of Me x '0 to
ZnO konstant gehalten ist, Pig. 3 graphisch die Abhängigkeit des spezifischenZnO is held constant, Pig. 3 graphically the dependency of the specific
Widerstandes von dem Gehalt an Cr^O- für ein erfindungsgemäßes Element mit einem vierwertigen dritten Metalloxid, wobei das Molverhältnis des Me ^'0« zu ZnO konstant gehalten ist,Resistance on the content of Cr ^ O for an inventive element having a third tetravalent metal oxide, wherein the molar ratio of Me 'is kept constant 0 "to ZnO ^,
Pig. A- graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von dem Gehalt an Cr2O, für ein erfindungsgemäßes ElementPig. A graphical representation of the dependence of the specific resistance on the content of Cr 2 O for an element according to the invention
mit einem fünfwertigen dritten Metalloxid, 409885/1102with a pentavalent third metal oxide, 409885/1102
wobei das Molverbältnis des Mei^'Oc zu ZnO konstant gehalten ist, undwhere the molar ratio of Mei ^ 'O c to ZnO is kept constant, and
Pig. 5 graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von dem Gehalt an O, für ein erfindungsgemäßes ElementPig. 5 graphically shows the dependence of the specific resistance on the content of O, for an element according to the invention
mit einem sechswertigen dritten Metalloxid, •wobei das Molverhältnis des Me^ 0, zu ZnO konstant gehalten ist,with a hexavalent third metal oxide, • where the molar ratio of Me ^ 0, to ZnO is kept constant,
Fig. 6 schematisch die Draufsicht auf eineFig. 6 schematically shows the top view of a
Feuchte-Messeinrichtung mit einem feuchtigkeitsempfindlichen Element gemäß der Erfindung,Moisture measuring device with a moisture-sensitive element according to Invention,
Fig. 7 graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der relativen Feuchte für ein bekanntes feuchtigkeitsempfindliches Element bei konstanter Eemperatur, Fig. 7 graphically shows the dependence of the specific resistance on the relative Moisture for a well-known moisture-sensitive Element at constant temperature,
Fig. 8 bis 22 graphisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Feuchte für verschiedene feuchtigkeitsempfindliche Elemente gemäß der Erfindung bei konstanter Cemperatur^ und8 to 22 graphically show the dependence of the specific resistance on the humidity for various moisture sensitive elements according to the invention at constant Cemperature ^ and
Fig. 23 bis 37 graphisch die Änderungen des spezifischen
Widerstandes mit der Temperatur für verschiedene feuchtigkeitsempfindliche Elemente
gemäß der Erfindung bei konstanter Feuchte.
409885/1102Figures 23 through 37 graphically show the changes in resistivity with temperature for various moisture sensitive elements according to the invention at constant humidity.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß ein oxidischer Halbleiter, der ansich als Thermistor einzustufen wäre, sich als ausgezeichnetes feuchtigkeitsempfindliches Element mit niedrigem Widerstand und einem geringen lemperaturkoeffizienten des Widerstandes erweist, wenn er die Zusammensetzung The invention is based on the surprising finding that an oxide semiconductor, which in itself would be classified as a thermistor, proves to be an excellent moisture-sensitive one Element with low resistance and a low temperature coefficient of resistance proves when he has the composition
89,9 bis 20,0 Mol# ZnO,89.9 to 20.0 moles # ZnO,
0,1 bis 20,0 Mol$ Cr2O- und0.1 to 20.0 moles of Cr 2 O- and
10,0 bis 60,0 Mol$ an mindestens dem einen10.0 to 60.0 moles of at least one
dritten Metalloxidthird metal oxide
hat. Ein derartig zusammengesetzter Halbleiter zeigt bei Änderung der Umgebungs-IPeuchte eine starke Änderung seines Widerstandes bei nur sehr geringem Einfluß der Umgebungstemperatur·Has. A semiconductor composed in this way shows a strong change in its resistance when the ambient I light changes with only very little influence of the ambient temperature
Das dritte Metalloxid kann dabei das Oxid eines einwertigen, eines zweiwertigen, eines vierwertigen, eines fünfwertigen oder eines sechswertigen Metalls sein. Im Falle eines einwertigen Metalloxids (Me^ 'O) ist es ausgewählt aus der Gruppe Li2O, ITa2O, K2O, RbgO und Cu2O, im Pail eines zweiwertigen Metalloxids (Me^ 'O) ist es ausgewählt aus der Gruppe BaO, SrO, CaO, PbO, MnO, UiO, CoO, MgO, CdO, CuO, 3?eO unä BeO, im Ealle eines vierwertigen Metalloxide (Me ^ 'O2) ist es ausgewählt aus der Gruppe EiO2, GeOg, ZrO2, 1InO2, EeO2, SnO2, CeO2, ThO2 und HfO2, im Falle eines fünfwertigen Metalloxids ( Me Oc) ist es ausgewählt aus der Gruppe Mb2O,-, ^a2°5j st un^ ^m ^a^le es sechswertigen Metalloxids ( Me* OThe third metal oxide can be the oxide of a monovalent, divalent, tetravalent, pentavalent or hexavalent metal. In the case of a monovalent metal oxide (Me ^ 'O) it is selected from the group Li 2 O, ITa 2 O, K 2 O, RbgO and Cu 2 O, in the case of a divalent metal oxide (Me ^' O) it is selected from the group BaO, SrO, CaO, PbO, MnO, UiO, CoO, MgO, CdO, CuO, 3? eO and BeO, in the Ealle a tetravalent metal oxide (Me ^ 'O 2 ) it is selected from the group EiO 2 , GeOg , ZrO 2 , 1InO 2 , EeO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ThO 2 and HfO 2 , in the case of a pentavalent metal oxide (Me Oc) it is selected from the group Mb 2 O, -, ^ a 2 ° 5j st un ^ ^ m ^ a ^ l e it hexavalent metal oxide (Me * O
und ^2^5» un^ ^m ^a^le es sechswertigen Metalloxids 3 schließlich ist es ausgewählt aus der Gruppe WO,, MoO* und TeO, Dabei kann jede beliebige Mischung der vorgenannten Oxide zur Anwendung kommen.and ^ 2 ^ 5 'un ^ ^ m ^ a ^ l e it hexavalent metal 3, finally, it is selected from the group ,, WO MoO * and TeO, Any desired combination of the above oxides can be used.
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Die "bevorzugten Grenzen der Zusammensetzung sindThe "preferred limits of the composition are
80,0 bis 30,0 Mol$ ZnO, 5,0 bis 20,0 Mol# Cr2O5 und 15,0 bis 50,0 Mol# an dem dritten Metalloxid.80.0 to 30.0 moles of ZnO, 5.0 to 20.0 moles of Cr 2 O 5, and 15.0 to 50.0 moles of the third metal oxide.
Als besonders gut hat sich dabei ein Halbleiter erwiesen, der die ZusammensetzungA semiconductor that controls the composition has proven to be particularly good
60 Mol$ ZnO,60 mol $ ZnO,
10 MoI/o Cr2O3 und10 mol / o Cr 2 O 3 and
30 Mol# an dem dritten Metalloxid30 mol # of the third metal oxide
besitzt.owns.
Sobald der Gehalt an Cr2O5 unter ö,1 Mol$ absinkt, oder sobald das dritte Metalloxid einen Gehalt von weniger als 10 Mol$ hat, ergibt sich ein Element mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 100 Mil. Ein solches Element ist als feuchtigkeitsempfindliches Element praktisch ungeeignet· Das gleiche gilt, wenn der Gehalt an ZnO geringer ist als 20 Mol$ und/oder wenn der Gehalt an dem dritten Metalloxid 60 MoVfo übersteigt.As soon as the content of Cr 2 O 5 drops below 0.1 mol $, or as soon as the third metal oxide has a content of less than 10 mol $, an element results with a resistivity of more than 100 mils. Such an element is practically unsuitable as a moisture-sensitive element. The same applies when the content of ZnO is less than 20 mol % and / or when the content of the third metal oxide exceeds 60 MoVfo.
In Pig. 1 bis 5 der Zeichnungen ist graphisch die Veränderung des spezifischen Widerstandes für verschiedene erfindungsgemäße Elemente dargestellt, und zwar in Abhängigkeit von dem Gehalt an Cr2O5. In allen Pällen ist dabei das Malverhältnis des dritten Metalloxids zu ZnO mit 1:3 konstant gehalten. In der Fig. 1 ist das dritte Metalloxid ein einwertiges Metalloxid,In Pig. 1 to 5 of the drawings, the change in specific resistance for various elements according to the invention is shown graphically as a function of the Cr 2 O 5 content. In all spheres, the ratio of the third metal oxide to ZnO is kept constant at 1: 3. In Fig. 1, the third metal oxide is a monovalent metal oxide,
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und entsprechend sind in den Pig. 2 bis 5 als drittes Metalloxid verschiedene Oxide von zweiwertigen, vierwertigen, fünfwertigen bzw. sechswertigen Metallen zugrundegelegt. Für die verschiedenen Eurvenzüge in den Pig. 1 bis 5 gilt dabei im einzelnen folgendes:and accordingly are in the pig. 2 to 5 as the third metal oxide various oxides of bivalent, tetravalent, pentavalent or hexavalent metals are used as a basis. For the various euro trains in the Pig. 1 to 5 the following applies in detail:
Aus den Fig. 1 bis 5 bestätigt sich, daß der Widerstand des Halbleiterelements immer dann, wenn der Gehalt an CrpO^ größer als 20 MoIjS ist, auf über 100 Milansteigt, wodurch das Element als feuchtigkeitsempfindliches Element ungeeignet wird. Eine weitere Auswertung dieser Kurven ergibt auch, daß die obere Grenze für den Gehalt an ZnO bei 89,9 Mol# liegt.From Figs. 1 to 5, it is confirmed that the resistance of the semiconductor element whenever the content of CrpO ^ is greater than 20 MoIjS, rises to over 100 Milan, whereby the Element is unsuitable as a moisture-sensitive element. A further evaluation of these curves also shows that the upper Limit for the content of ZnO is 89.9 mol #.
Zur Herstellung eines feuchtigkeitsempfindlichen Elements gemäß der Erfindung kann von den reinen Oxiden der betreffenden Metalle ausgegangen werden, es kann aber auch von entsprechenden Mengen eiper Metallverbindung ausgegangen werden, die bein Erhitzen in die Oxide übergeht. Beispiele sind die Hydroxide, Karbonate und die Oxalate der betreffenden Metalle.To produce a moisture-sensitive element according to the invention, one of the pure oxides of the subject Metals are assumed, but it can also be assumed from corresponding amounts of a metal compound, which when heated passes into the oxides. Examples are the hydroxides, carbonates and the oxalates of the metals concerned.
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Die verwendeten Ausgangsmaterialien werden genau ausgewogen, in einer Kugelmühle innig miteinander vermischt und dann bei einer relativ geringen Temperatur von z.B. 600 bis 90O0G vorgesintert. Anschließend wird die vorgesinterte Masse zu einem feinteiligen Pulver zerkleinert, w.as ebenfalls wieder in einer Kugelmühle geschehen kann. Das Pulver wird danach mit einem Binder gemischt, z.B. mit Polyvinylalkohol, und dann unter einem Druck von etwa 100 bis 1000 kg/km zu einem Formkörper geformt, beispielsweise zu einer Platte von 10 mm Breite, 20 mm Länge und 1 mm Dicke. Der Formkörper wird abschließend dann noch einer Hauptsinterung bei etwa 1000 bis 13000C unterworfen, wobei die maximale Temperatur etwa 1 bis 5 Stunden lang aufrechterhalten bleibt. Diese Hauptsinterung kann in Luft erfolgen. The starting materials used are accurately weighed, thoroughly mixed in a ball mill and then at a relatively low temperature of, for example 600 to 90O 0 G presintered. The pre-sintered mass is then comminuted to a finely divided powder, which can also be done again in a ball mill. The powder is then mixed with a binder, for example with polyvinyl alcohol, and then shaped under a pressure of about 100 to 1000 kg / km into a shaped body, for example into a plate 10 mm wide, 20 mm long and 1 mm thick. The shaped body is then finally subjected to a main sintering at about 1000 to 1300 ° C., the maximum temperature being maintained for about 1 to 5 hours. This main sintering can take place in air.
Eine unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Elements hergestellte Feuchte-Messeinrichtung ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei bedeuten das Bezugszeichen 1 das feuchtigkeitsempfindliche Element, während die Bezugszeichen 2 und 3 zwei Elektroden angeben, die aus einem Material bestehen, welches gut an dem Element 1 anhaftet und auch nur einen sehr geringen Übergangswiderstand zum Element 1 hat» Das Material kann dabei eine bei hoher Temperatur angebackene Silber-Farbe sein.One using an element of the invention The humidity measuring device produced is shown in FIG. 6. The reference numeral 1 denotes that which is sensitive to moisture Element, while the reference numerals 2 and 3 indicate two electrodes made of a material that adheres well to the element 1 adheres and also has only a very low contact resistance to element 1 »The material can have a high temperature be baked-on silver color.
Es wurde bereits erwähnt, daß das feuchtigkeitsempfindliche Element gemäß der Erfindung seinen Widerstand mit der Temperatur kaum ändert, was angesichts der Tatsache, daß das erfindungsgemäße Element in die Gruppe der oxidischen Halbleiter gehört, überraschend ist und nicht vorhersehbar war. Weiterhin hat das erfindungsgemäße Element auch eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit 9 indem es seinen WiderstandIt has already been mentioned that the moisture-sensitive element according to the invention hardly changes its resistance with temperature, which is surprising and could not have been foreseen in view of the fact that the element according to the invention belongs to the group of oxide semiconductors. Furthermore, the element according to the invention also has excellent aging resistance 9 by increasing its resistance
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selbst "bei Benutzung über sehr lange Zeiträume hinweg nur in vernachlässigter kleinem Ausmaß ändert. Außerdem spricht es auf Feuchte-Änderungen sehr viel rascher an als die bekannten Elemente. Bei dem erfindungsgemäßen Element beträgt die Ansprechgeschwindigkeit etwa 10 Sekunden für Feuchte-Änderungen von 0 bis 100 fo, und etwa 2 Sekunden für Feuchte-Änderungen von ί 20 S&. Bei den bekannten Elementen liegt dagegen die Ansprechgeschwindigkeit für Feuchte-Änderungen von 0 bis 100 5^ bei 40 Sekunden und für Feuchte-Änderungen von - 20 % bei 5-7 Sekunden. Überdies tritt bei dem erfindungsgemäßen Element kein (oder allenfalls nur ein sehr geringer) Unterschied in den Meßwerten auf, wenn der Widerstand einmal bei abnehmender Feuchtigkeit und zum Anderen bei ansteigender Feuchtigkeit gemessen wird. Schließlich ist auch noch zu erwähnen, daß das erfindungsgemäße Element sehr wirtschaftlich in Massenproduktionen hergestellt werden kann und das die Ausgangsmaterialien billig zur Verfügung stehen.even "changes only to a negligibly small extent when used over very long periods of time. In addition, it responds to changes in humidity much more quickly than the known elements fo, and about 2 seconds for humidity changes of ί 20 S &. In the known elements, on the other hand, the response speed for humidity changes from 0 to 100 5 ^ is 40 seconds and for humidity changes of - 20 % is 5-7 seconds Furthermore, with the element according to the invention there is no (or at most only a very slight) difference in the measured values when the resistance is measured on the one hand with decreasing humidity and on the other hand with increasing humidity can be economically mass-produced and the starting materials are available cheaply en.
Es ist noch nicht ganz klar, warum das erfindungsgemäße Element die vorangehend umrissenen, ganz ausgezeichneten Eigenschaften besitzt. Vielleicht kann man annehmen, daß bei einer Belegung der Oberfläche des Elements mit Wasserdampf das Element in der gleichen Weise elektrisch leitend wird, wie (was bekannt ist) ein Halbleiter, wenn er ein Gas absorbiert.It is not yet entirely clear why the inventive Element has the excellent properties outlined above. Perhaps one can assume that with one When the surface of the element is covered with water vapor, the element becomes electrically conductive in the same way as (what known) a semiconductor when it absorbs a gas.
nachfolgend werden zahlenmäßige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die dabei gefundenen Ergebnisse sind zum Teil in den beigefügten Tabellen 1 bis 6 zusammengefaßt und zum Teil auch in den Figuren 8 bis 37 graphisch dargestellt. Die Figur 7 steht dabei im Zusammenhang mit diesenNumerical examples are given below the invention explained in more detail. Some of the results found are summarized in Tables 1 to 6 attached and partly also shown graphically in FIGS. 8 to 37. FIG. 7 is related to this
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Figuren und "bezieht sich auf ein "bekanntes feuchtigkeitsempfindliches Element.Figures and "refers to a" known moisture sensitive Element.
Es wurden insgesamt 194· Proben hergestellt, deren Zu sammensetzung im BereichA total of 194 specimens were produced, the to composition in the field
90 his 18 Mol# ZnOs 90 to 18 mol # ZnO s
0 his 22 Mol$ Gr2O, und0 to 22 moles $ Gr 2 O, and
10 his 62 Mol$ an dritten Metalloxiden lag.10 to 62 mol $ of third metal oxides.
Von diesen Prohen hatten 174 eine Zusammensetzung im Bereich der Erfindung (nachfolgend "Beispiele" genannt), während 20 Prohen eine Zusammensetzung außerhalb des des Bereich der Erfindung hatten (nachfolgend "Bezugsprohen" genannt).Of these samples, 174 had a composition within the scope of the invention (hereinafter referred to as "Examples"), while 20 Prohen had a composition outside the scope of the invention (hereinafter referred to as "reference sample").
In allen Fällen wurden dahei die genau ausgewogenen Ausgangsmaterialien (in den in den Tabellen jeweils angegebenen Mengen) in einer Kugelmühle innig miteinander vermischt und dann eine Stunde lang hei 8000C vorgesintert. Die vorgesinterte Masse wurde danach zu einem feinteiligen Pulver zerkleinert, zu dem Polyvinylalkohol als Binder zugefügt wurde. Die so erhaltene Mischung wurde anschließend zu Platten von 10 mm Breite, 20 mm Länge und 1 mm Dicke gepreßt. Diese Platten wurden dann in einem auf 1100 his 13000C gehaltenen elektrischen Ofen zwei Stunden lang hei 1000 kg/cm der Hauptsinterung unterworden.In all cases, the Dahei exactly balanced starting materials (in the specified amounts in the tables respectively) are intimately mixed in a ball mill together and presintered long for one hour hei 800 0 C. The pre-sintered mass was then comminuted to a finely divided powder, to which polyvinyl alcohol was added as a binder. The mixture thus obtained was then pressed into sheets 10 mm wide, 20 mm long and 1 mm thick. These plates were then subjected to the main sintering for two hours at 1000 kg / cm 2 in an electric furnace maintained at 1100 to 1300 ° C..
Zur Herstellung einer Feuchte-Messeinrichtung wurden an die Platten übliche Silberelektroden angebacken, wobei für diese Elektroden entweder elementares Ag oder Ag2O als Ausgangsmaterial verwendet wurde. Da das gesinterte Material Temperaturstabil ist, konnte das Anbacken der Elektroden innerhalb eines To produce a humidity measuring device, conventional silver electrodes were baked onto the plates, with either elemental Ag or Ag 2 O being used as the starting material for these electrodes. Since the sintered material is temperature stable, the caking of the electrodes within a
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weiten Temperaturbereichs von z.B. 400 bis 8000C erfolgen.wide temperature range of, for example, 400 to 800 0 C take place.
Für jede Probe wurde der Widerstand bei 250C und einer relativen Feuchte von 0 $ (Rp,-(O$ RH)) gemessen, sowie das Verhältnis von R25(0$ RH) zu R25 (100$ RH), d.h. das Verhältnis der Widerstände bei 0$ relativer Feuchte und 100$ relativer Feuchte, jeweils für eine Temperatur von 250C.For each sample, the resistance was measured at 25 ° C. and a relative humidity of 0 $ (Rp, - (O $ RH)), as well as the ratio of R 25 (0 $ RH) to R 25 (100 $ RH), ie the ratio of the resistances at 0 $ relative humidity and 100 $ relative humidity, in each case for a temperature of 25 0 C.
Die Messergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 6 niedergelegt, und zwar zusammen mit der Zusammensetzung der jeweiligen Proben. Dabei bezieht sich die Tabelle 1 auf Proben, die als drittes Metalloxid das Oxid eines einwertigen Metalls enthalten, während die Tabellen 2 bis 5 sich auf Proben beziehen, bei denen das dritte Metalloxid zweiwertig, vierwertig, fünfwertig bzw. sechswertig ist. Die Tabelle 6 schließlich gibt die Ergebnisse an für Proben, bei denen als drittes Metalloxid Mischungen von Mei '0, Me^ '0, Me^'O9, MeA^Oj- und Me^ '0 verwendet wurden.The measurement results are set out in Tables 1 to 6, together with the composition of the respective samples. Table 1 relates to samples which contain the oxide of a monovalent metal as the third metal oxide, while Tables 2 to 5 relate to samples in which the third metal oxide is divalent, tetravalent, pentavalent or hexavalent. Finally, Table 6 shows the results for samples in which mixtures of Mei '0, Me ^' 0, Me ^ 'O 9 , MeA ^ Oj- and Me ^' 0 were used as the third metal oxide.
Einige der vorgenannten Proben wurden noch in Hinsicht auf die Veränderungen des Widerstandes mit der relativen Feuchte getestet, und zwar jeweils bei einer konstanten Temperatur von 25 C. Die bei dieser Untersuchung gewonnenen Ergebnisse sind graphisch in den Fig. 8 bis 22 dargestellt, wobei sich die Figuren (in der Reihenfolge) auf die Beispiele 6, 13, 23, 57, 60, 78, 90, 100, 113, 117, 126, 135, 139 und I46 beziehen.Some of the aforementioned samples were tested for changes in resistance with relative humidity tested, in each case at a constant temperature of 25 C. The results obtained in this investigation are shown graphically in FIGS. 8 to 22, the figures (in the order) relating to Examples 6, 13, 23, 57, 60, 78, 90, 100, 113, 117, 126, 135, 139 and I46.
Zum Vergleich wurde auch die Widerstands/Feuchte-Kurve für ein bekanntes feuchtigkeitsempfindliches Element aufgenommen, und zwar für ein Element, das aus einer gesinterten Mischung von Silizium mit einem Metalioxid bestand. Die dafürFor comparison, the resistance / humidity curve was also recorded for a known moisture-sensitive element, namely for an element that consisted of a sintered mixture of silicon with a metal oxide. The for it
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gewonnenen Ergebnisse zeigt die Fig. 7. Besonders ist aus der Fig. 7 erkennbar, daß beträchtliche Unterschiede in den Messwerten auftreten, je nachdem, ob die Messungen mit zunehmender Feuchte oder mit abnehmender Feuchte durchgeführt wurden. Die Richtung der Messungen ist dabei jeweils durch einen kleinen Pfeil in dem betreffenden Kurvenzug angedeutet. Auch bei den Fig. 8 bis 22 wurden die Messungen jeweils mit zunehmender und mit abnehmender Feuchte durchgeführt (siehe auch dort diePfeile) wobei aber keine bzw. nur geringfügige. Unterschiede in den Messwerten auftraten. Die Messwerte sind also bei den erfindungsgemäßen Elementen sehr viel.besser reproduzierbar als bei dem bekannten Element.The results obtained are shown in FIG. 7. It can be seen in particular from FIG. 7 that considerable differences in the measured values occur depending on whether the measurements are increasing with Humidity or with decreasing humidity. The direction of the measurements is indicated by a small one Arrow indicated in the relevant curve. In FIGS. 8 to 22, too, the measurements were in each case with increasing and carried out with decreasing humidity (see also the arrows there) but no or only slight. Differences in the measured values occurred. The measured values are therefore very much better reproducible with the elements according to the invention than with the known element.
Schließlich wurde auch noch für einige Proben die Änderung des Widerstandes mit der Temperatur gemessen^und zwar jeweils bei relativen Feuchten von 0 fo und 100 fo. Die diesbezüglichen Ergebnisse sind in den Figuren 23 bis 37 veranschaulicht, wobei sich diese Figuren (in der Reihenfolge) auf die Beispiele 3, 15, 25, 39,'50, 66, 74, 91, 102, 111, 116, 126, 132, 137 und 147 beziehen. Die für eine relative Feuchte von 0 cß> geltenden Kurvenzügen sind dabei ausgezogen dargestellt und mit "0 5$ RH" bezeichnet, während die entsprechenden Kurvenzüge für 100 $ relative Feuchte gestrichelt dargestellt und mit "100$ RH" bezeichnet sind. Aus den Figuren 23 bis 37 ist klar erkennbar, daß das feuchtigkeitsempfindliche Element gemäß der Erfindung, obgleich es eine Zusammensetzung als osidischer Halbleiter hat, seinen Widerstand im Temperaturbereich von 0 bis 1000O nur höchst unwesentlich änderteFinally, the change in resistance with temperature was also measured for some samples, in each case at relative humidities of 0 fo and 100 fo. The results in this regard are illustrated in FIGS. 23 to 37, these figures relating (in order) to Examples 3, 15, 25, 39, '50, 66, 74, 91, 102, 111, 116, 126, 132 , 137 and 147. The curves valid for a relative humidity of 0 c ß> are shown in solid lines and labeled "0 5 $ RH", while the corresponding curves for 100 $ relative humidity are shown in dashed lines and labeled "100 $ RH". From the figures 23 to 37 can be clearly seen that the moisture-sensitive element of the invention, although it has in accordance with a composition as osidic semiconductor, its resistance in the temperature range of 0 to 100 0 O changed only very slightly
40988B/110240988B / 1102
- H- H
(mol%)(mol%)
(molCr 2 O
(mol
%)%)
(mol «Β« 1 »
(mol
%)%)
mm m m
409885/1102409885/1102
Beispiel j
example
\\
409885/1102409885/1102
ZD R_ t . (100% RH)
ZD
409885/1 1 ü2409885/1 1 ü2
Beispiel 45Example 45
5.05.0
1010
4098 85/ 1 1Ü24098 85/1 1Ü2
}}
". Il ". Il
II.
Ι«Ι «
IIIl
II
I
i Il
I 1
I.
i Il
I.
=Fe -LO
= Fe
/ Il
r
ι f
/ Il
r
ι
409885/1102409885/1102
(mol%) / j
(mol%)
(xnol%) C.
(xnol%)
(ΜΩ)(0% RH)
(ΜΩ)
409885/ 1 1U2409885/1 1U2
ίMet 1
ί
I 1 u
I.
' Il
S 1
' Il
S.
11
))
ml-» = Hf
ml- »
=Mn - ± 11
= Mn
IlIl
Il
409885/1102409885/1102
409885/1 102409885/1 102
//
I \
I.
I
\
\Ϊ
I.
\
\
=V "= Ta "
= V "
11Il
11
A09885/1102A09885 / 1102
TABEIIE 5TABEIIE 5
(molZnO
(mol
(molCr 2 O
(mol
%)3
%)
(molMe (6)
(mol
(0%RH)
(Mfi) R 25
(0% RH)
(Mfi)
409885/1 Ί 02409885/1 Ί 02
//
{{
409885/1Ί 02409885 / 1Ί 02
TABEIIiE 6TABLE 6
(molfo) Metal oxide
(molfo)
JMe(6)=Mo "| ife (5) = V -
JMe (6) = Mo "
409885/1102409885/1102
^Me/ • Me
^ Me
(2) (D
(2)
=Pb= Li
= Pb
Il10
Il
1 {Me
1
i ('Me
i
s (Me]
s ( Me
!Me I.
! Me
I-; Me
I.
\ tie
\
=Te "= Te "
0.590.59
0.500.50
0.480.48
0.530.53
0.430.43
0.500.50
0.730.73
0.550.55
0.530.53
82108210
78457845
1009510095
88958895
94279427
91139113
75207520
79407940
81408140
409885/1 102409885/1 102
.· ( 6) n ti Me (5) = Ta "
. · (6) n ti
'Me (3^=Li 10sMe = Mo
'Me (3 ^ = Li 10
ι» 170 1
ι »170
HeVH'=Zr 5^ (4)
He VH '= Zr 5
Mrs ' ' M»-i " 'Me (1) = K 10
Mrs "M" -i "
Mevj;=Nb 5we - Mn
Me vj; = Nb 5
|ne(5^Sb -
[Me(6)=Te » i lie ( ^ = Ti ! 1
| ne (5 ^ Sb -
[Me (6) = Te »
409885/ 1 102409885/1 102
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JP10545573 | 1973-09-20 | ||
JP10545673A JPS5318278B2 (en) | 1973-09-20 | 1973-09-20 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2434129A1 true DE2434129A1 (en) | 1975-01-30 |
DE2434129B2 DE2434129B2 (en) | 1977-05-05 |
DE2434129C3 DE2434129C3 (en) | 1977-12-22 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2603542B2 (en) | 1975-02-03 | 1978-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka (Japan) | Moisture-dependent ceramic resistance |
DE2641577B2 (en) | 1975-09-18 | 1979-02-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka (Japan) | Moisture-dependent ceramic resistance element based on metal oxide |
EP0110387A2 (en) * | 1982-11-30 | 1984-06-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Humidity-sensitive element and process for producing the same |
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EP0110387A3 (en) * | 1982-11-30 | 1985-04-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Humidity-sensitive element and process for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2241511A1 (en) | 1975-03-21 |
FR2241511B1 (en) | 1977-06-24 |
GB1482584A (en) | 1977-08-10 |
US3926858A (en) | 1975-12-16 |
DE2434129B2 (en) | 1977-05-05 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |