DE2605809C2 - Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperaturänderung oder einer Biegespannungsänderung - Google Patents

Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperaturänderung oder einer Biegespannungsänderung

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DE2605809C2 DE2605809A DE2605809A DE2605809C2 DE 2605809 C2 DE2605809 C2 DE 2605809C2 DE 2605809 A DE2605809 A DE 2605809A DE 2605809 A DE2605809 A DE 2605809A DE 2605809 C2 DE2605809 C2 DE 2605809C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperaturänderung oder einer Biegespannungsänderung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Sensoreinrichtungen, die Schichten aus Elektretmaterial aufweisen, sind bekannt. Dabei bezeichnet der Begriff »Elektret« ein dielektrisches Material, das durch Erwärmen und Einbringen in ein starkes elektrisches Feld während des Abkühlens permanent polarisiert worden ist Elektrete werden üblicherweise im Hinblick auf ihre pyroelektrischen oder piezoelektrisehen Eigenschaften klassifiziert Beide F'genschaften führen zur Erzeugung eines elektrischen Signales bei einer Änderung des Dipolmomentes. Obgleich pyroelektrische und piezoelektrische Materialien oft für zwei unterschiedliche Materialarten gehalten werden, handelt es sich bei piezoelektrischen Materialien um eine Gattung, die die pyroelektrischen Materialien umfaßt. Es gibt daher sehr viele Materialien, die sowohl pyroelektrische als auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen.
Die Anwendung von Elektretschichten mit sowohl pyro- als auch piezoelektrischen Eigenschaften erfolgt in unterschiedlichen Arten von Sensoreinrichtungen. Beispielsweise geht aus der US· PS 37 jQ096 eine Einrichtung zur pyroelektrischen Erfassung einer einfallenden Strahlung hervor. In der US-PS 37 68 059 ist ein piezoelektrisch arbeitender Spannungssensor beschrieben. Da die in diesen Patentschriften beschriebenen Elektretschichten sowohl pyro- als auch piezoelektrische Eigenschaften besitzen, führen bei der Sensoreinrichtung gemäß der US-PS 37 69 096 piezoelektrisch erzeugte elektrische Störsignale zu Fehlern, während bei dem Spannungssensor gemäß der US-PS 37 68 059 pyroelektrisch erzeugte Störsignale Fehler verursachen.
Aus der DE-OS 25 20 373 ist eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines thermischen Gefälles oder eines mechanischen Spannungsgefälles bekannt, die eine Elektretschicht aufweist, die aus einem gepolten Material mit piezoelektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften besteht, und elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polaritäten an ihren Oberflächen aufbaut und Biegespannungen ausgesetzt wird. Außerdem sind eine eine Seitenfläche der ersten Elektretschicht berührende elektrisch leitende Schicht und eine weitere Elektretschicht vorgesehen, die ebenfalls aus einem gepolten Material mit piezoelektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften besteht und elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polarität an ihren Oberflächen aufbaut, wenn sie Temperatur- und Biegespannungen ausgesetzt wird. Die zweite Elektretschicht verläuft dabei im wesentlichen parallel zur ersten Elektretschicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sensoreinrichtung der zuvor genannten Art dahingehend zu verbessern, daß entweder Temperaturän-
derungen präzise und genau erfaßbar sind, wobei sich eine Biegung der Sensoreinrichtiuig während der Erfassung der Temperaturänderung nicht störend auswirkt, und durch den ein Verbiegen präzise und genau erfaßbar ist, wobei sich dann Temperaturänderungen nicht störend auswirken.
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs erwähnte Sensoreinrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird als Wärmesensor eingesetzt, dessen Funktion vom Erfassen pyroelektrisch erzeugter elektrischer Signale abhängt und bei dem beim Biegen piezoelektrisch hervorgerufene Störsignale aufgehoben werden. Es läßt sich daher eine präzise und genaue Sensorfunktion erreichen. Die beiden Elektretschichten dieser Ausführungsform sind entgegengesetzt gepolt und die Meßeinrichtung ist zwischen die innere elektrisch leitende Schicht und die äußeren elektrisch bitenden Schichten geschaltet, die ihrerseits gemeinsam geerdet «ind. Durch die Verwendung von zwei Elektretschichten als Fühlmedium ist bei einer vorgegebenen Temperaturänderung das erfaßte Signal doppelt so groß wie das eines Sensors mit nur einer Elektretschicht Durch das Erden der äußeren elektrisch leitenden Schichten läßt sich der Sensor gegen elektrostatische Störladungen abschirmen.
Eine weitere bevorzuge Ausführungsform der Erfindung wird als Spannungssensor eingesetzt und erfaßt elektrische Signale, die piezoelektrisch durch Bieger hervorgerufen werden. Es sind dabei Vorkehrungen getroffen, um sämtliche pyroelektrisch hervorgerufenen Signale gegenseitig aufzuheben. Auch diese Ausführungsform führt daher zu einer genauen und präzisen Meßiunktion.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. E* zeigt
Fig. I eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung, die als Wärmesensor eingesetzt wird;
Fig. 2 eine Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1, wobei die elektrostatischen Ladungen dargestellt sind, die bei einer Temperaturänderung entstehe i;
F i g. 3 die Sensoreinrichtung nach Fig. 1, wobei dit elektrostatischen Ladungen dargestellt sind, die bei ei nem Biegevorgang entstehen,
F i g. 4 eine schematiche Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung, die als Wä-mesensor eingesetzt wird, wobei die elektrostatischen Ladungen gezeigt sind, die bei einer Temperaturänderung entstehen,
F ι g. 5 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung, die als Spannungssensor eingesetzt wird, wobei die elektrostatischen Ladungen dargestellt sind, die bei einer gleichmäßigen Temperaturänderung aufgebaut werden;
F ι g. b eine Darstellung des Sensors der F i g. 5, wobei die beim Biegen des Sensors erzeugten elektrostatischen Ladungen gezeigt sind, und
Fig.7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung, die als Spannungssensor arbeitet, wobei die elektrostatischen Ladungen dargestellt sind, die entstehen, wenn der Spannungssensor eipsr gleichmäßigen Temperaturänderung ausgesetzt wird.
Die vorliegenden Sensoreinrichtungen weisen als Fühlmedien polymere Elektretschichten auf, die sowohl pyro- als auch piezoelektrische Eigenschaften besitzen. Die pyroelektrische Eigenschaft führt zur Erzeugung eines elektrischen Signales, wenn sich die Umgebungstemperatur des Fühlmediums ändert Die piezoelektrische Eigenschaft führt dagegen zur Erzeugung eines elektrischen Signales, wenn sich die axiale Spannung im Fühlmedium ändert. Die vorliegende Erfindung betrifft nun unterschiedliche Ausgestaltungen von Sensoreinrichtungen, bei denen jeweils die auf eine der obengenannten Eigenschaften zurückzuführenden elektrischen Signale im Fühlmedium erfaßt werden, wobei aber Vorkehrungen getroffen sind, durch die jeweils diejenigen elektrischen Signale aufgehoben werden, die auf die jeweils andere Eigenschaft zurückzuführen sind. Dadurch wird erreicht daß die vorliegenden Sensoreinrichtungen präzise und genau arbeiten.
F i g. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung, die als Wärmesensor 1 arbeitet, durch den pyroelek. sch erzeugte elektrische Signale erfaßt werden, wobei ;ich durch eine Biegung hervorgerufene piezoelektrische Ladungen im wesentlichen gegenseitig aufheben. Der Wärme^ensor 1 weist zwei einander vorzugsweise ähnliche, nicht leitende Elektretschichten 2 und 3 auf. die aus Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid, lanthanmodifiziertem Bleizirkonattitanat oder einem anderen nichtkristallinem Material, das sowohl pyro- als auch piezoelektrisch wirkt, bestehen können.
Die Elektretschichten 2 und 3 dienen als Fühlmedium im Wärmesensor 1 und sind durch eine elektrisch leitende Schicht 4 miteinander verbunden, die mit den ihr zugewandten Seitenflächen der Elektretschichten 2,3 in Berührung steht. Die äußeren Seitenflächen der Elektretschichten 2,3 stehen ebenfalls in elektrischer Berührung mit gleichgroßen elektrisch !eilenden Schichten 7 bzw. 8, die auf die jeweiligen äußeren Seitenflächen der Elektretschicht 2 bzw. 3 aufgebrüht sein könneh. Beide elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 sind durch einen elektrischen Leiter 9 geerdet. Eine Meßeinrichtung 10. wie bspw. ein Voltmeter oder eine andere geeignete Einrichtung ist elektrisch zwischen die elektrisch leitende Schicht 4 und Masse geschaltet. Zum Zwecke der klareren Darstellung sind die Schichte" 2, 3, 4, 7 und 8 übertrieben dick dargestellt. Es sind bspw. Sensoreinrichtungen mit Elektretschichten 2 und 3. die eine Dicke von etwa 50 μίτι aufweisen, und mit elektrisch leitenden Schichten 4, 7 und 8. die jeweils eine Dicke von 20 μίτι aufweisen, hergestellt worden. Es können jedoch auch Elektretschichten 2 und 3 mit jeweils einer Dicke von nur 6 μτη und elektrisch leitende Schichten 4,7 und 8 r.)it jeweils einer Dicke von nur 1 μιτι verwendet werden.
Die Elektretschichten 2 und 3 sind vorzugsweise gleich dick, aber entgegengesetzt gepolt, wie dies durch die Pfeile 11 und 12 angedeutet wird. Beim Polen der Elektretschichten 2 und 3 werden die Dipole dieser Elektretschichten 2 und 3 rechtwinklig zu den ebenen Flächen dieser Schichten ausgerichtet. Dabei werden die Elektretschichten 2 und 3 üblicherweise über die als Polungstemperatur bezeichnete Temperatur erwärmt. Bei der Polungstemperatur nehmen die Dipole der Elektretschichten 2 und 3 die Richtung eines angelegten elektrischen Feldes an. Das Ausmaß der Dipolausrichtung ist abhängig v.in,der Temperatur, auf die die Elektretschichten 2 und 3 erwärmt werden, von der aufgebrachten Feldstärke und von der Dauer, während der das Feld angelegt wird. Beispielsweise setzt in Polyvinylidenfluorid eine wesentliche Polung ein, wenn es bei
einer Feldstärke von mindestens 4 kV pro mm Dicke, die während etwa 15 min aufrechterhalten wird, auf eine Temperatur von mehr als 90° C erwärmt wird. Ein Erhöhen der Temperatur und/oder der Stärke des angelegten elektrischen Feldes erhöht auch zunehmend das Ausmaß der Polung, die sich bis zu einem Sättigungsmaximum erzielen läßt.
Wenn die gepolten Elektretschichten 2 und 3 unter ihre Polungstemperatur abgekühlt werden, behalten die vom Feld ausgerichteten Dipole auch dann ihre Richtung bei. wenn das Feld nicht mehr angelegt wird. Bei der Polung sollte sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Elektretschichten 2 und 3 nicht während einer la ngeren Zeitspanne über ihre Polungstemperatur hinaus erwärmt werden, damit die Dipole nicht wieder eine regellose Lage einnehmen können. Nach beendeter Polung treten an den ebenen Flächen der Elektretschichten 2 und 3 wegen tier pyrueicktrisi-rieri EigeriM-haiicn entgegengesetzte elektrostatische Ladungen auf, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert Außerdem bewirken axiale mechanische Spannungen in den Elektretschichten 2 und 3 wegen der piezoelektrischen Eigenschaften elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polarität an den Oberflächen der Elektretschichten 2 und 3.
Vorzugsweise sind die elektrisch leitenden Schichten 7 und 8, wie auch die Elektretschichten 2 und 3, gleich groß und sind die Elektretschichten 2 und 3 gleich stark gepolt, so daß beim Erwärmen oder Verspannen der Elektretschichten 2 und 3 gleiche elektrostatische Ladungsstärken auf den leitenden Schichten 7 und il erscheinen. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Die Elektretschichten 2 und 3 bzw. die elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 können auch unterschiedlich groß sein. Eine gleiche Ladungsmenge läßt sich auf den elektrisch !eilenden Schichten 7 und S dann dennoch erreichen, wenn d:e Elektretschichter. 2 und 3 unterschiedlich stark gepoit werden.
Im folgenden wird nun die Funktion des in der F ι g. 1 dargestellten Wärmesensors 1 näher erläutert Bei einer gleichmäßigen Änderung der Temperatur des Wärmesensors 1 derart, daß die Elektretschichten 2 und 3 eine gleiche Temperaturänderung erfahren, wird eine gleichmäßige Verteilung pyroelektrisch erzeugter elektrostatischer Ladungen entgegengesetzter Polarität an den Oberflächen der Elektretschichten 2 und 3 bewirkt wie dies in F ι g. 2 dargestellt ist. Dabei ist diese Vertei ung direkt proportional zur Polungsstärke und der Oberflächengröße der Elektretschichten 2 und 3. Infolge der unterschiedlichen Polungsrichtung der Elektretschichten 2 und 3 erscheinen nur elektrostatische Ladungen einer Polarität an der Außenfläche der Elektretschichten 2 und 3 und nur elektrostatische Ladungen der entgegengesetzten Polarität an den Innenflächen der Elektretschichten 2 und 3. Zwischen den Außen- und den Innenflächen der Elektretschichten 2 und 3 entsteht daher eine erfaßbare Spannungspotentialdifferenz. Da die Elektretschichten 2 und 3 im wesentlichen nicht leitend sind, dienen die elektrisch miteinander verbundenen äußeren elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 und die innere elektrische leitende Schicht 4 dazu, die Ladungen von den Oberflächen der Elektretschichten 2 und 3 zur Meßeinrichtung 10 zu leiten.
Der Wärmesensor 1 liefert also bei einer Temperaturänderung ein elektrisches MeßsignaL Infolge dieser Eigenschaft kann der Wärmesensor 1 vielfältig angewendet werden. Bei der Anwendung kann der Wärmesensor 1 jedoch absichtlich oder unabsichtlich gebogen werden. Bei einer derartigen Biegung der Elektretschichten
2 und 3 wurden aber normalerweise infolge der piezoelektrischen Eigenschaften der Elektretschichten 2 und
3 die bereits erwähnten statischen Störladungen auftreten. Diese Störladiiingen können zu Verfälschungen bzw. Ungenauigkeken der Meßergebnisse führen. Aus diesem Grunde ist der Wärmesensor 1 erfindungsgemäß so beschaffen, daß die durch eine derartige Biegung hervorgerufenen Störladungen von sich aus piezoelektrisch kompensiert werden. Dadurch wird eine präzise und genaue Funktion gewährleistet.
Wenn der Wärm«sensor 1 einer Biegespannung ausgesetzt wird, bilden sich genauer gesagt an den Oberflächen der Elektretschichten 2 und 3 elektrostatische Ladungen in einer Menge aus, die direkt proportional zur Größe der auf die Elektretschichten 2 und 3 ausgeübten Zug- bzw. Druckspannung ist. Die Polung dieser elektrostatischen Ladungen hängt von der Polungsrichtung der Elekireiscniviucii 2 und 3 uiiu ttucii uavun au, üb uic mechanische Spannung eine Zug- oder Druckspannung ist. Stellt man diese beiden Faktoren in Rechnung, so ist der Wärmesensor 1 so ausgestaltet, daß eine Biegung elektrostatische Ladungen erzeugt die einander aufheben, wohingegen Temperaturänderungen an den Elektretschichten 2 und 3; eine meßbare Spannung bewirken.
Die Ladungskompensation wird dadurch erreicht, daß die innere elektrisch leitende Schicht 4 steifer ausgeführt wird .sls die Elektretschichten 2 und 3 und die elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 zusammen. Wenn der Wärmesensor 1 also gebogen wird, dient die elektnsch leitende Schicht 4 als neutrale Fläche ohne Zugbzw. Druckbelastung, während, wie dies in der F i g. 3 übertrieben dargestellt ist, die Elektretschicht 3 gestreckt und die Elektretschicht 2 zusammengedrückt werden. Ein Biegen des Wärmesensors 1 in der entgegengesetzten Richtung bewirkt, daß die Elektretschicht
3 zusammengedrückt wird und die Elektretschichi 2 gestreckt wird.
Infolge der Streckung der Elektretschicht 3 entstehen an der äußeren und der inneren Seitenfläche derselben positive bzw. negative Ladungen, während das Zusammendrücken der Elektretschicht 2 an der äußeren und inneren Seitenfläche zu negativen bzw. positiven Ladungen führt (F i g. 3). Da die elektrisch leitende Schicht
4 die entgegengesetzt geladenen Innenflächen der Elektretschichten 2 und 3 und der elektrische Leiter 9 die elektrisch leitenden Schichten 7 und 8, die elektrisch mit den entgegengesetzt geladenen Außenflächen der F!ektretschichten 2 und 3 in Berührung stehen, miteinander verbinden, ergeben die piezoelektrisch erzeugten I adüngen des Wärmesensors 1 an der Meßeinrichtung 10 eine Gesamtladung von im wesentlichen Null.
Zusätzlich zum Vorteil einer Kompensation der piezoelektrisch erzeugten Ladungen bietet der Sensor 1 bei vorgegebener Temperaturänderung den Vorteil einer erhöhten Empfindlichkeit, weil die pyroelektrisch erzeugte Ladung der Einheit mit den beiden Elektretschichten 2 und 3 doppelt so groß ist wie die entsprechende Ladung eines Wärmesensors mit nur einer einzigen Elektretschicht Außerdem schirmen die äußeren geerdeten elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 den Wärmesensor 1 gegen elektrostatische Störladungen ab, die ebenfalls zu Ungenauigkeiten in der Funktion führen würden.
F i g. 4 zeigt ein zweite Ausführungsiorrn der voriicgenden Sensoreinrichtung in Form eines Wärmesensors 18. Einzelheiten des Wärmesensors 18, die bereits im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 3 erörtert wurden, sind in der entsprechenden Weise bezeichnet Entspre-
chend dem Wärmesensor 1 weist der Wärmesensor 18
zwei Elektretschichten 2 und 3 auf, die an den inneren
Seitenflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht 4
verbunden und an den Außenkanten mit elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 versehen sind. Der Wärmesen- 5
sor 18 unterscheidet sich vom Wärmesensor 1 dadurch,
daß hftije Elektretschichten 2 und 3 gleichgerichtet gepolt sind, wie dies durch die Pfeile 24 und 25 dargestellt
ist, und daß die Meßeinrichtung 10 elektrisch zwischen
die elektrisch leitenden Schichten 7 und 8 geschaltet ist. io
Bei dieser Anordnung erzeugt eine gleichmäßige Temperaturänderung der Elektretschichten 2 und 3 ei.ne Potentialdifferenz durch elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polarität an den äußeren Seitenflächen der
Elektretschichten 2 und 3, wie dies F i g. 4 zeigt. Entspre- 15
chend der obigen Beschreibung der Funktion des Wärmesensors 1 bewirkt jedoch ein Verbiegen des Wärmesensors IS nur Lsdun^en eine** Po's^ita* 2n ^sp :*tiQarexri ic* Entsprechend den* S^snnun^ssensor ^S h«t einö
dies in F i g. 6 gezeigt ist, indem er sich um die elektrisch leitende Schicht 4' derart biegt, daß die Elektretschicht 2' komprimiert und die Elektretschicht 3' gestreckt werden. Folglich findet eine Ladungsansammlung an den Oberflächen der Elektretschichten 2', 3' statt, die eine meßbare Potentialdifferenz bewirkt, die dem Ausmaß der Biegung des Spannungssensors 28 proportional ist.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Sensoreinrichtung ist in Fi g. 7 dargestellt. Der Spannungssensor 39 weist die Elektretschichten 2' und 3', die innere elektrisch leitende Schicht 4' und die äußeren elektrisch leitenden Schichten 7', 8' auf. Der Spannungssensor 39 unterscheidet sich vom Spannungssensor 28 der Fig.5 dadurch, daß die Meßeinrichtung 10' zwischen die äußeren elektrisch leitenden Schichten 7', 8' geschaltet ist und daß die Elektretschichten 2', 3' entgegengesetzt gepolt sind, wie dies durch die Pfeile 46,47 gezeigt
Seilenflächen der Elektretschichten 2 und 3 sowie Ladungen der anderen Polarität an den inneren Seitenflächen derselben. Die Meßeinrichtung 10 erfaßt dann eine Gesamtladung, die im wesentlichen Null beträgt.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß durch die Erfindung eine Kompensation piezoelektrisch hervorgerufener Spannungspotentiale die beim Biegen eines Wärmesensors 1, 18 entstehen, möglich ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Einsatz beschränkt. Vielmehr läßt sie sich auch zum Kompensieren pyroelektrisch erzeugter Spannungspotentiale in Sensoreinrichti .igen verwenden, bei denen piezoelektrisch erzeugte Spannungspotentiale ausgewertet werden.
Die F i g. 5 zeigt einen Spannungssensor 28, der pyroelektrisch erzeugte, elektrische Spannungspotentiale kompensiert. Der Spannungssensor 28 weist wieder zwei Eiektretschichten 2' und 3' auf, die an ihren inneren Seitenflächen über eine elektrisch leitende Schicht 4' miteinander verbunden sind, die im Verhältnis zu den Elektretschichten 2', 3' verhältnismäßig wenig flexibel ist. Die äußeren Seitenflächen der Elektretschichten 2', 3' sind jeweils mit elektrisch leitenden Schichten T, 8' versehen, die über einen Leiter 9' elektrisch geerdet sind. Zwischen die elektrisch leitende Schicht 4' und den Leiter 9' ist eine Meßeinrichtung 10' geschaltet, die Spannungspotentialdifferenzen zwischen der inneren elektrisch leitenden Schicht und den äußeren elektrisch leitenden Schichten 7', 8' erfaß·.
Der Spannungssersor 28 entspricht bezüglich seines Aufbaues und seiner Verbindung mit der Meßeinrichtung 10' dem Wärmesensor 1 der Fig. 1. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß die Elektretschichten 2' und 3' des Spannungssensors 28 gleichgerichtet gepolt sind, wie dies durch die Pfeile 37,38 dargestellt ist, während die Elektretschichten 7,8 des Wärmesensors 1 der F i g. 1 entgegengesetzt gepolt sind. Da die Schichten 2' und 3' in der gleichen Richtung gepolt sind, erzeugt eine gleichmäßige Temperaturänderung eine Verteilung elektrostatischer Ladungen an der Oberfläche der Elektretschichten 2' und 3' gemäß der Darstellung der F i g. 5. Diese Ladungen heben einander auf, so daß sie der Meßeinrichtung 10' das Gesamtpotential »Null« darbieten.
Im Gegensatz zur Aufhebung der elektrostatischen Ladungen, die sich bei Temperaturänderungen des Spannungssensors 28 ergeben, bewirkt ein Verbiegen des Spannungssensors 28 eine meßbare Potentialdiferenz an der Meßeinrichtung 10'. Die verhältnismäßig steife elektrisch leitende Schicht 4' bewirkt, daß der Spannungssensor 28 auf eine Biegekraft reagiert, wie
gleichmäßige Temperaturänderung am Spannungssensor 39 keine Wirkung auf das Spannungspotential an der Meßeinrichtung 10'. Beim Biegen des Spannungssensors 39 entsteht jedoch eine meßbare Potentialdifferenz, wie dies zuvor im Zusammenhang mit dem Sensor 28 der F i g. 5 erläutert wurde.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperaturänderung oder eine Biegespannungsänderung mit einer ersten Elektretschicht (2; 2'), die aus einem gepolten Material mit piezoelektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften besteht und elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polaritäten an ihren Oberflächen aufbaut, wenn sie Temperatur- und Biegespannungen ausgesetzt wird,
einer ersten elektrisch leitenden Schicht (7; T), deren eine Fläche eine Seitenfläche der ersten Elektretschicht (2; 2') berührt, und
einer zweiten Elektretschicht (3; 3'), die aus einem gepolten Material mit piezoelektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften besteht und elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polaritäten an ihren Oberfläck. τ aufbaut, wenn sie Temperatur- und Biegespannungen ausgesetzt wird, wobei die zweite Elektretschicht (3; 3') im wesentlichen parallel zur ersten Elektretschicht (2; 2') verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite elektrisch leitende Schicht (8; 8') vorgesehen ist, deren eine Fläche eine Seitenfläche der zweiten Elektretschicht (3; 3') berührt, daß eine dritte elektrisch leitende Schicht (4; 4') zwischen den anderen Seitenflächen der ersten Elektretschicht (2; 2') und der zweiten Elektretschicht (3; 3') derart angeordnet ist, aä.1} ihre Flächen die anderen Seitenflächen berühren, daß die dritte leitende Schicht (4; 4') weniger flexibel >st, als die anderen Schichten, so daß die dritte leitende Schicht (4: 4') bf\ einer Biegung der Sensoreinrichtung als neutth.e Fläche ohne Druck- und Zugbeanspruchung dient, und daß
eine elektronische Meßeinrichtung (10; 10') mit wenigstens zwei elektrisch leitenden Schichten derart elektrisch verbunden ist, daß er durch eineTemperaturänderung oder eine Biegespannungsänderung bewirkte elektrostatische Ladungen ermittelt und eine elektrostatischen Ladungen nicht erfaßt, die durch die jeweils andere Art der Änderung der Temperatur bzw. der Biegespannung bewirkt wird, wenn die erste Elektretschicht (2, 2') und die zweite Elektretschicht (3; 3') im wesentlichen gleichmäßigen Temperaturänderungen und entgegengesetzt gerichteten Biegespanrungsänderungen ausgesetzt werden.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wärmesensor (17) ausgebildet ist. daß die erste und zweite Elektretschicht (2, 3) entgegengesetzt gepolt sind, und daß die Meßeinrichtung (IC1) elektrisch zwischen die dritte elektrisch leitende Schicht (4) einerseits und die erste und zweite elektrisch leitende Schicht (7, 8) andererseits geschaltet ist (F i g. I bis 3).
3. SensoreinrichtLing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wärmesensor (18) ausgebildet ist. daß die erste und zweite Elektretschicht (2, 3) gleichgerichtet gepolt sind und daß die Meßeinrichtung (10) elektrisch zwischen die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht (7,8) geschaltet ist (F ig. 4).
4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Spannungssensor (28) ausgebildet ist, daß die erste und zweite Elektretschicht (2', 3') gleichgerichtet gepolt sind und daß die Meßeinrichtung (10') elektrisch zwischen die dritte elektrisch leitende Schicht (4') einerseits und die erste und zweite elektrisch leitende Schicht (T, 8') andererseits geschaltet ist (F i g. 5,6).
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Spannungssensor (39) ausgebildet ist, daß die erste und zweite Elektretschicht (T, 8') entgegengesetzt gepolt sind und daß die Meßeinrichtung (10') elektrisch zwischen die erste elektrisch leitende Schicht (7') und die zweite elektrisch leitende Schicht (8') geschaltet ist
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