DE3034914A1

DE3034914A1 - Curie temp. measuring appts. - has temp. measuring electrode between two components, sandwiched by two cooling blocks forming second electrode

Info

Publication number: DE3034914A1
Application number: DE19803034914
Authority: DE
Inventors: Werner Peter 8000 München Schuhmann; Otmar Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. 8191 Gelting Selig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1982-04-22

Abstract

The measuring appts. is primarily for PTC resistors and ceramic semiconductor elements. Two components (3,4), whose circuit temp. is to be measured, sandwich a temp. measuring element (5), and a first electrode. These two components are mounted between two cooling blocks (1,2), serving simultaneously as the second electrode. Pref., the two cooling blocks are of a copper-berillium alloy and are arranged for a water through-flow. The temp. measuring element may be a copper platelet with a bore, housing a sleeved thermo-couple. Between all components and elements is a good thermal conductivity. The assembly may be compressed by a suitable force. An appropriate thermal insulator may be used.

Description

Prüfgerät zur Messung der Curietemperatur von Bau-Test device for measuring the Curie temperature of building

elementen.elements.

In zahlreichen Anordnungen der Nachrichten- und Meßtechnik werden Kaltleiterwiderstände verwendet. Unter Kaltleitern sind Bauelemente zu verstehen, deren Widerstand in kaltem Zustand klein ist und mit steigender Temperatur stark zunimmt. Dieser steile Widerstandsanstieg besteht auf dem Zusammenwirken von Halbleitung und Ferroelektrizität.In numerous communications and measurement technology arrangements PTC resistors used. PTC thermistors are components the resistance of which is small when cold and strong as the temperature rises increases. This steep increase in resistance is based on the interaction of semiconductors and ferroelectricity.

Unterhalb der Curietemperatur, d. h. im Bereich der hohen Dielektrizitätskonstanten, sind die Sperrschichten nur schwach ausgeprägt und die Kaltleiter sind-niederohmig.Below the Curie temperature, i.e. H. in the range of high dielectric constants, the barrier layers are only weakly developed and the PTC thermistors are low-resistance.

Oberhalb der Curietemperatur sinkt die Dielektrizitätskonstante nach der Curie-Weißschen Beziehung ab und der Widerstand steigt steil an. Ein wichtiger Kennwert von Leistungskaltleitern ist der Beginn des Temperaturbereiches mit positivem Temperaturkoeffizrenten seiner Widerstands-Temperatur-Kennlinie. An diesem Punkt, der mit der Curietemperatur zusammenfällt, erreicht der Kaltleiter seinen minimalen ohmschen Widerstand, der in der Figur 1 mit Rmin bezeichnet ist. In dieser Figur ist auf der Abszisse die Temperatur V und auf der Ordinate der Widerstand R aufgetragen. Von der in diesem Koordinatensystem eingetragenen Widerstandskurve führt gestrichelt eine Linie von Rmin zur Abszisse. An dieser Stelle liegt die Curietemperatur.The dielectric constant decreases above the Curie temperature the Curie-Weiss relation and the resistance rises steeply. An important The characteristic value of PTC thermistors is the beginning of the temperature range with a positive Temperature coefficient of its resistance-temperature characteristic. At this point, which coincides with the Curie temperature, the PTC thermistor reaches its minimum ohmic resistance, which is denoted by Rmin in FIG. 1. In this figure the temperature V is plotted on the abscissa and the resistance R on the ordinate. Dashed lines lead from the resistance curve entered in this coordinate system a line from Rmin to the abscissa. The Curie temperature is at this point.

Bei der herkömmlichen Aufnahme dieser Widerstands-Temperaturkennlinie eines Bauelementes, z.B. eines Kaltleiters, wird der Widerstand bei steigender Umgebungstemperatur über die Stromaufnahme bei kurzen Spannungsimpulsen bestimmt. Nach jedem Meßpunkt muß sich die Temperatur des Kaltleiters an die nächste Meßtemperatur angleichen können. Die Messung muß so oft wiederholt werden, bis aus den gemessenen Widerstandswerten in Abhängigkeit von der Temperatur die Curietemperatur sicher entnommen werden kann.With the conventional recording of this resistance-temperature characteristic of a component, e.g. a PTC thermistor, the resistance increases as the ambient temperature rises determined by the current consumption with short voltage pulses. After each measuring point must be the temperature of the PTC thermistor to the next measuring temperature can match. The measurement must be repeated until the measured Resistance values depending on the temperature ensure the Curie temperature can be taken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Prüfgerät zu schaffen, mit dem schnell die Curietemperatur und damit der Minimalwiderstand von Bauelementen, insbesondere von Kaltleitern und keramischen Halbleitern, bestimmt werden kann. Diese Aufgabe wird in einem Prüfgerät derart realisiert, daß zwei Bauelemente, insbesondere Kaltleiter, zwischen denen sich ein als erste Elektrode dienendes Temperaturmeßelement befindet, so zwischen zwei Kühlblöcken angeordnet werden, daß diese gleichzeitig als zweite Elektrode dienen. Als Temperaturmeßelement kann ein herkömmliches Thermoelement Verwendung finden. Zweckmäßig findet bei der Messung ein Kaltleiter Verwendung, dessen Werte bekannt sind, und einer, dessen Werte ermittelt werden sollen. Bei gleichen Dimensionen der Kaltleiter ergibt sich als Meßwert der Mittelwert der beiden Curietemperaturen.The invention is based on the object, with simple means To create a test device with which the Curie temperature and thus the minimum resistance can be quickly determined of components, especially PTC thermistors and ceramic semiconductors can be. This task is implemented in a test device in such a way that two components, in particular PTC thermistors, between which there is a temperature measuring element serving as a first electrode is located, so arranged between two cooling blocks that they are at the same time serve as a second electrode. A conventional thermocouple can be used as the temperature measuring element Find use. A PTC thermistor is expediently used for the measurement, whose values are known, and one whose values are to be determined. at If the PTC thermistors have the same dimensions, the measured value is the mean value of the two Curie temperatures.

Mit dem Prüfgerät nach der Erfindung wird erreicht, daß die üblicherweise in der Mitte des Kaltleiters liegende Zone der Curietemperatur aufgrund der einseitigen Wärmeabfuhr an die beiden inneren Kaltleiteroberflächen wandert und dort mit guter Genauigkeit mit dem Temperaturmeßgerät erfaßt werden kann. Mit dem Prüfgerät nach der Erfindung ist eine schnelle Bestimmung der Curietemperatur möglich.With the test device according to the invention it is achieved that the usually Curie temperature zone in the middle of the PTC thermistor due to the one-sided Heat dissipation to the two inner PTC thermistor surfaces migrates and there with good Accuracy can be recorded with the temperature measuring device. With the tester after the invention enables a rapid determination of the Curie temperature.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung bestehen die von Wasser durchströmten Kühlblöcke aus Kupferberyllium.According to a further development of the invention, there are those through which water flows Copper beryllium cooling blocks.

Diese Legierung hat den Vorteil, daß sie noch ein guter Wärmeleiter und außerdem formstabil ist.This alloy has the advantage that it is still a good conductor of heat and is also dimensionally stable.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Temperaturmeßelement aus einem Kupferplättchen bestehen, in dem sich in einer Bohrung ein Mantelthermoelement befindet.According to one embodiment of the invention, the temperature measuring element consist of a copper plate in which a sheathed thermocouple is located in a hole is located.

Dieses Thermoelement ist in einem Schutzrohr aus nichtrostendem Stahl eingebettet und daher vor mechanischer Beschädigung geschützt.This thermocouple is in a protective tube made of stainless steel embedded and therefore protected from mechanical damage.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den Kaltleitern und den Kühlblöcken bzw. zwischen den Temperaturmeßelementen und den Kaltleitern ein guter Wärmeübergang vorhanden. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs können z. B. dünne weichgeglühte Aluminiumfolien Verwendung finden.According to a development of the invention is between the PTC thermistors and the cooling blocks or between the temperature measuring elements and the PTC thermistors there is good heat transfer. To improve the heat transfer z. B. find thin annealed aluminum foils use.

Zu einer weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs kann die Anordnung nach der Erfindung mit einer Kraft zusammengedrückt werden.The arrangement be compressed according to the invention with a force.

Die Messung kann auch mit nur einem Kaltleiter durchgeführt werden. Dies geschieht in der Weise, daß zwischen einem Kühlblock und einem guten Wärmeisolator ein Kaltleiter und ein Temperaturmeßelement angeordnet sind.The measurement can also be carried out with just one PTC thermistor. This is done in such a way that between a cooling block and a good thermal insulator a PTC thermistor and a temperature measuring element are arranged.

Durch eine thermisch gute Isolierung des Temperaturmeßelementes auf der dem Kaltleiter gegenüberliegenden Seite erreicht man, daß der Meßfehler durch Ableitung der Wärme niedrig gehalten wird.Due to a good thermal insulation of the temperature measuring element the opposite side of the PTC thermistor that the measurement error is achieved by Dissipation of heat is kept low.

Die Erfindung wird anhand der Figur 2 erläutert. Mit 1 und 2 sind zwei Kuhiblöcke bezeichnet, zwischen denen zwei Kaltleiter 3 und 4 und ein Temperaturmeßelement 5 angeordnet sind.The invention is explained with reference to FIG. With 1 and 2 are two Kuhiblocks designated, between which two PTC thermistors 3 and 4 and a temperature measuring element 5 are arranged.

Als erste Elektrode dient das Temperaturmeßlement, bei dem der Strom über einen dünnen Draht zugeführt wird, damit die thermische Zeitkonstante des Meßelements klein gehalten werden kann. Als zweite Elektrode werden die Kühlblöcke 1, 2 benützt, die elektrisch auf dem gleichen *) durch Wärmekontaktmittel Potential liegen.The temperature measuring element serves as the first electrode, with which the current is fed via a thin wire so that the thermal time constant of the measuring element can be kept small. The cooling blocks 1, 2 are used as the second electrode, which are electrically on the same *) by thermal contact means potential lie.

Aufgrund der einseitigen Wärmeabfuhr und der relativ schlechten Wärmeleitung der Kaltleiter erreichen diese bei Selbsterhitzung durch die aufgenommene elektrische Leistung an ihren inneren, dem Temperaturmeßelement zugewandten Oberflächen die höchste Temperatur. Bei gleichmäßiger Wärmeabfuhr nach beiden Seiten liegt diese Ebene der höchsten Temperatur in der Mitte des Kaltleiters, wo sie nur schwer gemessen werden kann. Beim Aufheizen der Kaltleiter durch Steigern der Meßspannung durchläuft der Kaltleiter alle Widerstands-Bereiche.Due to the one-sided heat dissipation and the relatively poor heat conduction the PTC thermistors reach this when self-heating due to the absorbed electrical power Performance on their inner surfaces facing the temperature measuring element highest temperature. If the heat is dissipated evenly on both sides, this is the case Level of the highest temperature in the middle of the PTC thermistor, where it is difficult to measure can be. When heating up the PTC thermistor runs through by increasing the measuring voltage the PTC thermistor all resistance ranges.

Werden elektrischer Widerstand und Temperatur mitgeschrieben, so läßt sich einfach dem minimalen Widerstand die entsprechende Temperatur zuordnen. Damit der für die Bestimmung der Curietemperatur wichtigste Widerstandsbereich langsam durchlaufen wird, darf die angelegte Spannung im entsprechenden Bereich nur langsam gesteigert werden. Dies ist erforderlich, da Temperatur und Widerstand beim Aufheizen aufgrund der thermischen Zeitkonstante des Meßelements zeitverschoben sind.If electrical resistance and temperature are recorded, then leave simply assign the corresponding temperature to the minimum resistance. In order to the most important resistance range for determining the Curie temperature is slow is run through, the applied voltage may only be slow in the corresponding area can be increased. This is necessary because of the temperature and resistance when heating are time-shifted due to the thermal time constant of the measuring element.

6 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite6 claims 2 figures Blank page

Claims

Claims.

1. Test device for measuring the Curie temperature of components, in particular PTC thermistors and ceramic semiconductors t that two components (3, 4), between which a temperature measuring element serving as a first electrode (5) is arranged, lie between two cooling blocks (1, 2), which are used simultaneously as second electrode can be used.

2. Test device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the cooling blocks (1, 2) are made of copper beryllium and flowed through by water are.

3. Test device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the temperature measuring element (5) consists of a copper plate in which there is a jacket thermocouple in a hole.

4. Test device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that between the components z. B. PTC thermistors (3, 4), and the cooling blocks (1, 2) or

between the temperature measuring element (5) and the components a good one Heat transfer is provided by thermal contact means.

5. Test device according to claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n it does not indicate that the assembly is compressed with a force.

6. Test device according to claim 1, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t that there is a component between a Ktihlblock and a good heat insulator and a temperature measuring element are arranged.