DE2745184A1

DE2745184A1 - Einrichtung zur messung der temperaturaenderung eines mediums

Info

Publication number: DE2745184A1
Application number: DE19772745184
Authority: DE
Inventors: Jakob Pfeiffer
Original assignee: Rafi GmbH and Co KG
Current assignee: Rafi GmbH and Co KG
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2745184C2

Description

Einrichtung zur Messung der Temperaturänderung
eines Mediums Wird ein Halbleiter einer mechanischen Verspannung unterworfen, so ändert sich dessen Leitfähigkeit. Dieser sogenannte piezoresistive Effekt wird bereits ausgenutzt, indem Streifen aus Halbleitermaterial an einem Inechanischen Spannungen unterliegenden Element befestigt werden, so daß der Halbleiter somit als Dehnungsmeßstreifen verwendbar ist.
Des weiteren sind Hall-IS bekannt, bei denen es sich um eine integrierte Schaltung mit einem Hall-Generatur und einem nachgeschal.teLen Signalaufbereitungskreis handelt. Der Hall-Generator kann dabei beispielsweise auf das die Funktionselemente des Signalaufbereitungskreises enthaltende Halbleitersysteme aufgeklebt werden. Durch einen derartigen Klebevorgang werden jedoch mechanische Spannungen im Hall-Generator hervorgerufen, durch die sich eine nachteilige Nullpunktverschiebung des Signals an der Hallstrecke des Hall-Generators ergibt. Um diese nachteilige Nullpunktverschiebung zu vermeiden, ist versucht worden, den Hall-Generator spannungsfrei in ein Gehäuse für die integri.erte Schaltung einzubauen.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, den an sich nachteiligen Effekt, der bei mechanischen Verspannungen eines piezoresistiven Elementes auftritt, nutzbar zu machen, um auf äußerst einfache Weise Temperaturveränderungen bestimmen zu konnen.
Gemäß der Erfindung wird dies dadtirch erreicht, daß ai: einer unmittelbar oder über Zwischenglieder durch das zu messende Medium beeinflußbaren Unterlage ein piezoresistives Element als Schaltglied angeordnet ist, das durch die verformbare Unter lage beeinflußbar und an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.
Zweckmäßig ist es hierbei, dem piezoresistiven Element einen Signalaufbereitungskreis, beispielsweise einen Ver.~;irker, nachzuschalten.
Das piezoresistive Element kann hierbei ein Widerstand, ein Spannungsteiler, eine Widerstandsbrücke oder eine Widerstandsfläche mit vier Anschliissen nach Art eines Hall-Generators, vorzugsweise mit Linearausgang, sein.
Vorteilhaft ist es des weiteren, das piezoresistive Element in oder auf einer mit Anschliissen und/oder Leiterbahnen versehenen Kunststoff-Folie anzubringen.
Die das piezoresistive Element tragende Unterlage ist zweckmäßigerweise als ein durch Wärmeenergie verformbarer Bimetallstreifen auszubilden, auf dem das piezoresistive Element bzw. die dieses tragende Kunststoff-Folie, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Legieren, befestigt ist. Es ist aber auch möglich, dafür eine von dem zu messenden Medium beaufschlagte, eingespannte Membran aus Metall oder Kunststoff vorzusehen. Auch kann die Unterlage mechanisch vorgespannt sein.
Außerdem sollte die Schaltschwelle des piezoresistiven Elementes durch ein Magnetfeld einstellbar sein. Dies kann in der Weise erfolgen, daß zur Erzeugung des Magnetfedels dem piezoresistiven Element ein Magnet, vorzugsweise ein zu diesem zustellbarer Permanentmagnet, oder ein veränderbarer Elektromagnet zugeordnet wird Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Verwendung eines piezoresistiven Elementes als Schaltglied, das durch eine verformbare Unterlage beeinflußbar ist, können aur äußerst einfache Weise Temperaturveränderungen gemessen werden. Das mit der verformbaren Unterlage fest verbundene piezoresistive Element wirkt hierbei als statischer Geber, wobei der Piezo-Effekt ausgenutzt und dabei Inechanische Energie z.B. des Bimetallstreifens in elektrische Energie umgewandelt und zur Anzeige der Temperaturänderung, die die Verformung des £3imetallstreifens bewirkt hat, genützt wird.
Weitere Einzelheiten sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Messung der Temperaturänderungen eines Mediums zu entnehmen. Iiierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung: Fig. 1 die Einrichtung mit einem auf einem Bimetallstreifen aufgebrachten piezoresistiven Element in Ausgangsstellung und Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 mit verformten Bimetallstreifen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und jeweils mit 1 bezeichnete Einrichtung zur Messung der Temperaturänderung eines Mediums besteht im wesentlichen aus einem auf einem Bimetalistreifen 11 aufgebrachten piezoresistiven Element 14, das über Leitungen 3 und 4 an eine Stroniquelle 2 und über eine weitere leitung 5 an eine Anzeigevorrichtung 6 angeschlossen ist. Das piezoresistive Element 14 ist hierbei in eine Ausnehmung 15 einer Kunststoff-Folie 13 eingesetzt und bildet mit dieser ein sogenanntes Mikropack 12. In die Kunststoff-Folie 13 sind Anschlüsse 16, )7 und 18 einbettet, an die die leitungen 3, 4 und 5 angeschlossen und die iiber I.eiterbahnell 19, 20 bzw. 21 mit dem piezoresistiven Element 14 verbunden sind.
Wird gemäß Fig. 2 der Bimetallstreifen 11» auf dem der Mikropack 12 z.B. aufgeklebt ist, durch Wärmeenergie durchgebogen, so wird das piezoresistive Element 14, indem in diesem eine Elall-Spannung entsteht, zum Schalten gebracht. Dadurch baut sich eine Piezo-Spannung auf, die abhängig ist von dem Grad der Durchbiegung des Bimetallstreifens 11. Auf diese Weise wird der Schaltkreis des piezoresistiven Elementes 14 angesprochen, die Veränderung ist dabei somit ein Maß für die Durchbiegung bzw. die Temperaturänderung, die auf der Anzeigevorrichtung 6, die über die Leitung 5 mit dem piezoresistiven Element 14 in Verbindung steht, sichtbar gemacht werden kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Veränderung der Piezo-Spannung zur Betätigung eines Gerätes, z.B. eines Reglers, um die Temperatur des auf,den Bimetallstreiten 11 einwirkenden Mediums abzusenken, auszunutzen.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ii c ii e : 1. Einrichtung zur Messung der Temperaturänderungen eines Mediums, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einer unmittelbar oder über Zwischenglieder durch das zu messende Medium beeinflußbaren Unterlage (I1) ein piezoresistives Element (14) als Schaltglied angeordnet ist, das durch die verformbare Unterlage (11) beeinflußbar und an eine Anzeigevorrichlung (6) angeschlossen ist.
2. Meßeinrichtung nach Aiispruch , d a d u r c h g e k e n n z e i c,h n e t daß dem piezoresistiven Element (14) ein Signalschaltkreis, beispielsweise ein Verstärker, nachgeschaltet ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das piezoresistive Element (14) ein Widerstand ist.
4 Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daA däS piezoresi.stive Element (14) ein Spannungsteiler ist.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das piezoresistive Element (14) eine Widerstandsbrücke ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das piezoresistive Element (14) eine Widerstandsfläche mit vier Anschlüssen nach Art eines Hall-Generators, vorzugsweise mit Linearausgang, ist.
7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis E), dadurch gekennzeichnet, daß das piezoresistive Element (14) in oder auf einer mit Anschlüssen (16, 17, 18) und/oder Leiterbahnen (19, 20, 21) versehenen Kunststoff-Folie (13) angebracht iat.
8. Meßeinrichtung iiach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dan die Unterlage (11) als ein durch Wärmeenergie verformbarer Bimetallstreifen ausgebildet ist, auf dem das piezoresistive Element (14) bzw. die dieses tragende Kunststofffolie (13), beispielsweise durch Kleben, Löten oar Legieren, befestigt ist.
9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (11) als eine von dem zu messenden Medium beaufschlagte, eingespannte Membran aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist, auf der das piezoresistive Element (14), beispielsweise durch Kleben, Löten oder Legieren, befestigt ist.
10. Meßeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das piezoresistive Element (14) tragende linterlage (11) mechanisch vorgespannt ist.
11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis (» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle des piezoresistiven Elementes (14) durch ein Magnetfeld veränderbar ist.
12. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gek e n nz ei c h ne t daß zur Erzeugung des Magnetfeldes dem piezoresistiven Element (14) ein Magnet, vorzugsweise ein zu diesem zustellbarer Permanentmagnet, oder ein veränderbarer Elektromagnet zugeordnet ist.