DE6604880U

DE6604880U - Elektrischer widerstand, sogenannier keramischer kaltleiter, als regelglied fuer elektrische schaltungen.

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Publication number: DE6604880U
Application number: DE19656604880
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-10-21
Filing date: 1965-10-21
Publication date: 1970-03-12

Description

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Siemens & Halske " München 2, * 1· W. 65

Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2

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Elektrischer Widerstand, sogenannter keramischer Kaltleiter, "\ als Reeelfflied für elektrische Schaltungen

Die betrifft einen elektrischen Widerstand aus ferroelektrischem, keramischen, halbleitendem Perowskitmaterial mi.t starkem Anstieg des Widerstandswer'bes in Abhängigkeit von der Tercpera+ur im Bereich der Curietemperatur des Perowskitmaterials; ein Material, das diese Eigenschaften aufweist, ist auf der Basis von Bariumtitanat aufgebaute Keramik, die zur Erzeugung der Leitfähigkeit Dotierungssubstanzen, beispielsweise Antimon, Wismut, lanthan und ähnliches enthält. Derartige haibleitende PA 9/501/276 Eck/hfr _{A A} _ _m _Ä _ _ -2-

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Materialien sind durch die einschlägige Literatur hinreichend bekannt und Widerstände hieraus werden als PTC-Widerstände oder insbesondere als keramische Kaltleiter bezeichnet. Im folgenden wird die zuletzt genannte Bezeichnung verwendetο

der als Regelglied in elektrischen Schaltungen dient.

Diese Verwendung eines keramischen Kaltleiters ist bekannt; hierbei wird der keramische Kaltleiter, d.h. der den elektri-ε^εη Kaltleiterwiderstand darstellende Körper mit einer auf ein am V/iderstandskörper anliegendes Heizglied wirkenden Steuerspannung indirekt beheizt. Der keramische Kaltleiter ist Teil eines Schaltkreises, der mit einer bestimmten Spannung betrieben wird β Der Steuer- bzw. Heizkreis ist von diesem Schalt" kreis galvanisch getrennt. Durch die am Kaltleiter liegende erfährt der Kaltleiter eine gewisse Eigener

wärmung. Je höher diese Eigenerwärmung ist, desto geringer kann die Steuerspannung seinj gleichzeitig wird aber dabei die Empfindlichkeit des Kaltleiters geringer, d.h.' der Verlauf des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Heiz- bzwo Steuerspannung wird flacher. Um die Empfindlichkeit hoch zu halten, d.h.» einen steilen Anstieg des Widerstandes ab einer bestimmten Heizspannung für beliebige Heizspannungen zu erhalten, gaiß für jede dieser Spannungen ein besonderer Kaltleiter vorgesehen v/erden, der eine für die gegebenen Verhältnisse angepaßte Curietemperatur aufweisto

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Der Einsatz eines keramischen Kaltleiters als Regelglied bewirkt, daß durch den sehr steilen Anstieg des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Temperatur des Kaltleiters diese V/iderstandsänderung zur Auslösung eines anderen Schaltelements, beispielsweise eines Relais, ausgenutzt werden kann=.

Der vorliegenden liegt die Aufgabe zugrunde, einen y-> keramischen Kaltleiter anzugeben, der, unabhängig von der iTchäiispännttng, für unterschiedliche Steuerspannungen eingesetzt werden kann

Diese Aufgabe v/ird bei einem keramischen Kaltleiter, der als Rc-gelglied in elektrischen Schaltungen dient und hierzu mit einer auf ein am Widerstandskörper anliegendes Heizglied wir-.kenden Steuerspannung indirekt beheizt wird,

dadurch gelöst» daß der Widerstand (der keramische Kaltleiter) mit einem zusätzlichen Heizglied versehen ist, durch das bei der gegebenen Curietemperatur eines Perov/ski tmat er ials und bei der durch die geometrischen Abmessungen des Widerstands- ' t .. ,körpers erforderlichen Heizleistungen der Beginn des Widersiandsanstiegs in Abhängigkeit von der Größe der Steuerspannung festgelegt wird.

Das zusätzliche Heizglied ist somit so zu dimensionieren, daß ^Jer keramische Kaltleiter stets eine gewünschte {Temperatur aufweist. Da die geometrischen Abmessungen des Körpers eines keramischen Ealtleiters im Hinblick auf den gewünschten Widerstands-

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wert z.B. im kalten Zustand unterschiedlich gewählt werden kennen, muß somit auch das zusätzliche Heizglied den jeweiligen geometrischen Abmessungen angepaßt sein.

Besonders vorteilhaft iat es, wenn beide Heizglieder auf dem Widerstandskörper als voneinander und gegenüber dem Kaltleiter isolierte'Wicklungen aufgebracht sind. Es kann aber auch wenigstens eines der Heizglieder aus einem Heizrohr, vorzugsv;eise einem induktionsarrnen Rohr, bestehen, in dem sich der Widerstandskörper befindet.

Anhand der beigefügten Zeichnungen sei die näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Verlauf des spezifischen Widerstands ς> in Abhängigkeit νύη der Temperatur. Die einzelnen Kurven geben den Verlauf für Kaltleitermaterialien mit den jeweils angegebenen Curietemperaturen T^ an.

Jag. 2 zeigt den Verlauf des Widerstands R in Abhängigkeit vcn der Heizspannung für einen Widerstandskörper mit einem Turchrsecser von 0,8 mm und einer Länge von 2 mm, dessen Material eine Curietemperatur von 120° C(mit 0,15 Gew?£ Sb₃O₅ dotiertes BaTiO-) aufweist. Dieser keramische Kaltleiter besitzt an seinen Stirnseiten sperrschichtfreie aufgedampfte Elektroden. Auf dem Kaltleiter.befinden sieh Feizwicklungen aus oberflächenoxydiertem Chronxickeldraht mit einem Durchmesser von 0,04 mm (Widerstand ca. 60O ). ßß/1 in

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In Fig. 3 ist der Verlauf des Widerstandes R eines Kaltxeiters, wie er bei Fig. 2 berei⁺s beschrieben wurde, in Abhängigkeit von der Heisspannung für verschiedene Sehaltspannungen TJ angegeben. Für die Aufnahme dieses Diagramms wurde die in Fig. 4 gezeigte Schaltung verwendet. Der keramische Kaltleiter 1 ist in den Schaltkreis 2 eingeschaltet} an diesem Schaltkreis liegt die jeweilige Spannung U. Um den Kaltleiter 1 ist eine Heizwicklung 3 angeordnet, die mit der Heiz«- bzw. Steuerspannung U_H gespeist wird* Eei den jeweiligen S^euerspannungen U„ weist der Kaltleiter 1 jeweils bei den Schaltspannungen (6 V, 20 V, 40 Y, 50 V) die durch die Kurven gegebenen Werte auf. Man erkennt aus diesem Diagramm nach Fig. 3> daß mit steigender Cchaltspannung die Empfindlichkeit des Kaltleiters recht erheblich abnimmt. Diesen Effekt kann man natürlich auch im günstigen Sinne ausnutzen, da sich der Beginn des Widerstandsanstieges zu geringeren Steuerspannungen U™ verschiebt.

Will man dagegen einen steilen Widerstandsarcfcieg in Abhängigkeit von der Cteuerspannung TJ_H auch bei geringeren Steuerspannungen als beispielsweise 2 V haben, so muß ein Kaltleitertyp mit einer.;., geringeren Curietemperatur eingesetzt werden, dessen Widerstandsanstiegsbereich demzufolge auch bei geringeren Steuerspannungen beginnt. Das bedeutet natürlich, daß der jeweilige Kaltleiter nur für eine bestimmte Steuerspannung verwendet werden kann und daß beispielsweise während des Betriebes die Steuerspannung bzw. der Beginn des steilen Widerstandsanstiegs nur durch mehrere unterschiedliche Kaltleitertypen verändert werdfjn kann, wo-

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bei dann noch zusätzlich elektronische Steueranlagen für die jeweilige Einschaltung des zuständigen Kaltleiters erforderlich sind,

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Du-"ch die vorliegende - ist dies alles nicht nötig, denn durch das zusätzliche Heizglied kann der Beginn des Y/iderstandsanstiegs unterhalb der Curietemperatur beliebig eingestellt werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß für beliebige Steuerspannungen in einem vernünftigerweise begrenzten Bereich nur ein einziger keramischer Kaltleiter notwendig ist« Jies sei anhand der Fig. 5 und 6 erläutert. Den Figuren liegt ein bei Fig. 3 beschriebener keramischer Kaltleiter zugrunde,,

Fig« 6 zeigt die Schaltung, wobei im vorliegenden Beispiel eine Schaltspannung von 6 V angewendet ist. Am keramischen Kaltleiter 4 sind z- ei Wicklungen 5 und 6 angebrachte zur Verdeutlichung nebeneinander). Die Heizwicklung 5 wird mit der Steuerspannung Uj, betrieben, während die Heizwicklung 6, die hier als zusätzliche? Heizglied wirkt, von der Heizspannung U_v gespeist wird. Eei einer Zusatzheizspannung U_v von Null Volt gilt die Kurve 7, die in etwa der in Fig. 3 gezeigten Kurve für U - 6 V entspricht. Die Kurven 8, 9, 10 und 11 gelten für -Tusatzheizspannungen U„ von 1.8, 2.0, 2.1 und 2.2 V.

Die zusätzliche Heizung bewirkt im Prinzip zweierlei: Es kann einerseits die Steuerspannung U_TT herabgesetzt werden; beispielsweise auf 1 V, so daß der keramische Kaltleiter nach der Erfindung

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als Grenzwertmelder oder ale Regelglied, das erst oberhalb eines bestimmten Spannungspegels wirksam wird, verwendet v/erden kann. Andererseits ist es möglich, den keramischen Kaltleiter durch das zusätzliche Heizglied so zu beheizen, daß bereits bei sehr geringen Steuerspannungen Ug eine merkliche .Änderung des Widerstandswertes erfolgt, die zur Auslösung eines Cchaltvorgangs verwendet werden kann. Es ist sonit ersichtlich, daß das zusätzliche Heizglied beim keramischen Kaltleiter nach der nicht schlechthin als Beheizung, sondern insbesondere zur Regelung für den Beginn des Widerstandsanstiegs in Abhängigkeit von der Größe der Steuerspannung verwendet wird.

Fig. 7 zeigt einen keramischen Kaltleiterwiderstand nach der

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· Auf dem Widerstandskörper 12 sind zwei Hsizwicklurgen 13 und 14 eingezeichnet; die Heizwicklung 13 hat die Enden 15 und 16; die Heizwicklung 14 hat die Enden 17 und 18. An den Stirnflächen des Körpers 12 sind sperrschichtfreie Kontaktierungen 19 und 20 angebracht, an die Stromzuführungen 21 und 22 befestigt, beispielsweise angelötet sind.

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In Fig. 8 ist ein keramischer Kaltleiter nach der · geseigt, dessen Heizglied für die Steuerspannung als Wicklung und dessen zusätzliches Heizglied als Heizrohr 24 mit den Stromzuführungen ?5 und 26 aufgebracht sind.

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1. elektrischer Widerstand aus ferroelektrischein, keramischem, halbleitendem Perowskitmaterial mit starkem Anstieg des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Curietemperatur des Perowskitmaterials (keramischer Kaltleiter), der als Regelglied in elektrischen Schaltungen dient und hierzu mit einer auf ein am Widerstandskörper anliegendes Heizglied wirkenden Steuerspannung indirekt beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Y/lderstand mit einem zusätzlichen Heizglied versehen ist, durch das bei der gegebenen Curietemperatur des Perov/skitmaterials und bei der durch die geome' rischen Abmessungen des V/iderstandkörpers erforderlichen Heizleistungen der Beginn des Widerstandsanstiegs in Abhängigkeit von der Größe der Steu&rspannung festgelegt wird.

Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Heisglieder auf den Widerotandkörper als voneinander und gegenüber dem Kaltleiter isolierte Wicklungen aufgebracht sind,

Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Heisglieder aus einem Heisrohr, vorzugsweise einem induktionsarmen Rohr besteht, in dem sich