JPS5850002B2 - 金属酸化物バリスタ圧力感知装置、圧力測定方法および圧力感知装置の製造方法 - Google Patents
金属酸化物バリスタ圧力感知装置、圧力測定方法および圧力感知装置の製造方法Info
- Publication number
- JPS5850002B2 JPS5850002B2 JP53050771A JP5077178A JPS5850002B2 JP S5850002 B2 JPS5850002 B2 JP S5850002B2 JP 53050771 A JP53050771 A JP 53050771A JP 5077178 A JP5077178 A JP 5077178A JP S5850002 B2 JPS5850002 B2 JP S5850002B2
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- pressure
- mol
- sensing device
- varistor
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/10—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力感知装置、特に酸化亜鉛を基とする金属酸
化物バリスタ材料の予圧（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ）され
た本体における漏れ電流を測定することにより０．５〜
１０ Ｋｂａｒの範囲の圧力を感知する装置、圧力を測
定する方法および圧力感知装置の製造方法に関する。
化物バリスタ材料の予圧（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ）され
た本体における漏れ電流を測定することにより０．５〜
１０ Ｋｂａｒの範囲の圧力を感知する装置、圧力を測
定する方法および圧力感知装置の製造方法に関する。
圧力は物体の物理化学的および熱力学的研究において重
要な広範囲変量であるばかりでなく、最終製品を製造す
るために高圧力経路を用いる特殊技術において必須のプ
ロセスパラメータでもある。
要な広範囲変量であるばかりでなく、最終製品を製造す
るために高圧力経路を用いる特殊技術において必須のプ
ロセスパラメータでもある。
近年高圧環境の測定および標準化に多大な努力が払われ
ている（例えば、「高圧環境の正確な特徴付け、ｊＥ、
Ｃ，ロイド編、米国商務省標準局、特別刊行物３２６．
１９７１年）。
ている（例えば、「高圧環境の正確な特徴付け、ｊＥ、
Ｃ，ロイド編、米国商務省標準局、特別刊行物３２６．
１９７１年）。
約１０〜３００Ｋｂａｒの範囲の圧力については、通常
特定材料における相変化および／または抵抗急変により
指示される一連の基準点（所謂、「定点」）が圧力検量
ならびに圧力感知に用いられている。
特定材料における相変化および／または抵抗急変により
指示される一連の基準点（所謂、「定点」）が圧力検量
ならびに圧力感知に用いられている。
しかし、１０ Ｋｂａｒ以下、即ち０．５〜１０ Ｋｂ
ａｒの範囲の圧力の場合、定点目盛が極く少なく、例え
ば、７ＫｂａｒでのＣｅおよび０℃、７．６ Ｋｂａｒ
でのＨｇ凝固点などがあるにすぎない。
ａｒの範囲の圧力の場合、定点目盛が極く少なく、例え
ば、７ＫｂａｒでのＣｅおよび０℃、７．６ Ｋｂａｒ
でのＨｇ凝固点などがあるにすぎない。
２〜１４Ｋｂａｒおよびそれ以上の圧力範囲ではマンガ
ニン（’８４Ｃｕ−１２Ｍｎ−４Ｎｉ）計器がしばしば
使用されるが、この材料は、電気抵抗の圧力係数： （但し、Ｒｏは大気圧下での抵抗、Ｐは圧力）が１０”
／Ｋｂａｒ程度でありしかも一定でないので、比較的鈍
感である。
ニン（’８４Ｃｕ−１２Ｍｎ−４Ｎｉ）計器がしばしば
使用されるが、この材料は、電気抵抗の圧力係数： （但し、Ｒｏは大気圧下での抵抗、Ｐは圧力）が１０”
／Ｋｂａｒ程度でありしかも一定でないので、比較的鈍
感である。
最近は、ＺｎＯを基とする非オーム抵抗性セラミックが
、過渡電圧および電力過負荷に対するサージ防護用に用
いられている。
、過渡電圧および電力過負荷に対するサージ防護用に用
いられている。
酸化亜鉛を基とするバルク（ｂｕｌｋ ）型の金属酸化
物バリスタが、例えば米国特許第’３６６３４５８号お
よび第３６８２８４１号に記載されている。
物バリスタが、例えば米国特許第’３６６３４５８号お
よび第３６８２８４１号に記載されている。
金属酸化物バリスタ材料の特性の研究はこれまで大気圧
で行われてきた。
で行われてきた。
本発明者らは、金属酸化物バリスタ材料における漏れ電
流が約０．５〜１０ Ｋｂａｒの範囲の圧力の函数とし
て変化することを確かめた。
流が約０．５〜１０ Ｋｂａｒの範囲の圧力の函数とし
て変化することを確かめた。
まず最初バリスタ材料の本体に測定範囲より高い圧力の
予圧を加え、次いで圧力を大気圧レベルまで解除し、然
る後バリスタ本体に未知の圧力を加えることによって再
現性のある圧力読取り値を得ることができる。
予圧を加え、次いで圧力を大気圧レベルまで解除し、然
る後バリスタ本体に未知の圧力を加えることによって再
現性のある圧力読取り値を得ることができる。
従って本発明の目的の１つは、約０．５〜１０Ｋｂａｒ
の範囲内の圧力を連続的に測定し得る材料および方法を
提供することにある。
の範囲内の圧力を連続的に測定し得る材料および方法を
提供することにある。
次に本発明の実施例を示す。
油圧プレスの２つの相対する焼結炭化物製のアンビル（
試料をその間に挿入して加圧を行なう台盤）間で焼結円
板を一軸方向に圧搾することによりバリスタ試料に圧力
を生じさせた。
試料をその間に挿入して加圧を行なう台盤）間で焼結円
板を一軸方向に圧搾することによりバリスタ試料に圧力
を生じさせた。
前記油圧プレスの一方のアンビルからバリスタ試料（焼
結円板）を通って他方のアンビルへ電気流路を設けると
共に、この電気流路から前記油圧プレスの残りの部分を
絶縁した。
結円板）を通って他方のアンビルへ電気流路を設けると
共に、この電気流路から前記油圧プレスの残りの部分を
絶縁した。
逐一（ｐｏｉｎｔ−取−ｐｏｉｎｔ琺（「ジャーナル。
オフ・アプライド・フィジックスＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｊ第４６巻、１６５
３頁、１９７５年のジオ−・ウオングＪｏｅ Ｗｏｎｇ
およびフランシスＰ、パンディＦｒａｎｃｉｓ Ｐ
、Ｂｕｎｄｙの論文に詳細に記載されている）を用いて
電流電圧特性を圧力下で測定した。
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｊ第４６巻、１６５
３頁、１９７５年のジオ−・ウオングＪｏｅ Ｗｏｎｇ
およびフランシスＰ、パンディＦｒａｎｃｉｓ Ｐ
、Ｂｕｎｄｙの論文に詳細に記載されている）を用いて
電流電圧特性を圧力下で測定した。
大気圧に戻した後にも測定を行い、それから、前よりも
高い圧力を試料に加えた。
高い圧力を試料に加えた。
焼結試料にはすべて直径約１４關、厚さ約２〜３關で、
上下面それぞれに銀電極を被覆した。
上下面それぞれに銀電極を被覆した。
多くの酸化亜鉛基材バリスタ系において電気的特性が圧
力に強く依存することが確かめられた。
力に強く依存することが確かめられた。
圧力が増加すると、低電流時のはｇオーム抵抗性の早期
降伏（Ｐ ｒｅｂｒｅａｋｄｏｗｎ ）領域が４または
５乗の大きさ高電流側に移動し、非線形指数α（非オー
ム抵抗性領域における電流−電圧挙動を表現する実験的
関係Ｉ−ＫＶαによって定義される）が減少する。
降伏（Ｐ ｒｅｂｒｅａｋｄｏｗｎ ）領域が４または
５乗の大きさ高電流側に移動し、非線形指数α（非オー
ム抵抗性領域における電流−電圧挙動を表現する実験的
関係Ｉ−ＫＶαによって定義される）が減少する。
漏れ電流ＩＬ（１７７ＬＡの電流を生じるのに必要な初
期バリスタ電圧の半値電流として定義される）は加えら
れる負荷とともに単調に変化する。
期バリスタ電圧の半値電流として定義される）は加えら
れる負荷とともに単調に変化する。
実施例 １
約９７モル％のＺｎＯおよび０．５モル％のＢｉ２Ｏ３
とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２，５ｂ２０３およびＳｎＯ２と
の混合物を焼結して得た中間電圧バリスタの電圧−電流
特性を付加圧力それぞれについて描いた曲線群を第１図
に示す。
とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２，５ｂ２０３およびＳｎＯ２と
の混合物を焼結して得た中間電圧バリスタの電圧−電流
特性を付加圧力それぞれについて描いた曲線群を第１図
に示す。
実施例 ２
約９８モル％のＺｎＯおよび０．５モル％のＢｉ２Ｏ３
とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２およびＴｉＯ２との混合物を焼
結して得た低電圧バリスタの電圧−電流特性を付加圧力
それぞれについて描いた曲線群を第２図に示す。
とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２およびＴｉＯ２との混合物を焼
結して得た低電圧バリスタの電圧−電流特性を付加圧力
それぞれについて描いた曲線群を第２図に示す。
実施例 ３
酸化亜鉛と０．５モル％のＢｉ２Ｏ３との混合物を焼結
して得た二元系バリスタの電圧−電流特性を付加圧力そ
れぞれについて描いた曲線群を第３図に示す。
して得た二元系バリスタの電圧−電流特性を付加圧力そ
れぞれについて描いた曲線群を第３図に示す。
第４図に、第１図の中間電圧バリスタの漏れ電流（約２
００Ｖでの電流として定義される）の変化を付加圧力の
函数として示す。
００Ｖでの電流として定義される）の変化を付加圧力の
函数として示す。
曲線Ａは加圧下の漏れ電流の値を示し、曲線Ｂは試料に
類似の圧力を加えた後に大気圧で測定した同一電圧での
対応する漏れ電流を示す。
類似の圧力を加えた後に大気圧で測定した同一電圧での
対応する漏れ電流を示す。
従って、このようなバリスタの漏れ電流は、前に加えら
れた力、従って圧力の値を電気的に指示する圧力記憶装
置として利用できる。
れた力、従って圧力の値を電気的に指示する圧力記憶装
置として利用できる。
約２トンの負荷以下では、バリスタはその初期特性を回
復するようである。
復するようである。
約１２トンを越えると、バリスタ試料はそのセラミック
的一体性を失ない、さらに圧力が加えられると砕ける。
的一体性を失ない、さらに圧力が加えられると砕ける。
バリスタ試料に初期高圧力を加えた後に得られる電気的
特性、特に漏れ電流の変化は再現性がない。
特性、特に漏れ電流の変化は再現性がない。
即ち、加えられた圧力に従った電気的特性の変化が、最
初に圧力を加えた場合と次に圧力を加えた場合とで同一
でない。
初に圧力を加えた場合と次に圧力を加えた場合とで同一
でない。
しかし、所定の圧力レベルの予圧を受けたバリスタ試料
においては、初期予圧レベルより低い圧力を次に加えら
れたときに再現性のある漏れ電流読取り値が得られるこ
とを確かめた。
においては、初期予圧レベルより低い圧力を次に加えら
れたときに再現性のある漏れ電流読取り値が得られるこ
とを確かめた。
従って、最初にバリスタ試料に所望の測定範囲より商い
圧力の予圧を加え、この圧力を解除してバリスタ試料を
大気圧下に置き、しかる後試料を予圧レベル以下の圧力
で検量することによって有効な圧力感知装置をつくるこ
とができる。
圧力の予圧を加え、この圧力を解除してバリスタ試料を
大気圧下に置き、しかる後試料を予圧レベル以下の圧力
で検量することによって有効な圧力感知装置をつくるこ
とができる。
第５図に、先に第２図に関連して記載され、上述の方法
に従って予圧を加えられた試料における１０Ｖでの漏れ
電流対付加圧力の関係を示す。
に従って予圧を加えられた試料における１０Ｖでの漏れ
電流対付加圧力の関係を示す。
圧力を８．６６ Ｋｂａｒから上下に循環変動したとこ
ろ優れた再現性が得られた。
ろ優れた再現性が得られた。
圧力係数は同一圧力範囲でマンガニン線の場合より約１
０００倍大きい。
０００倍大きい。
本発明のバリスタ圧力感知装置および圧力記憶装置によ
り、約０．５〜１００ Ｋｂａｒの圧力範囲で極めて敏
感な感知装置が得られる。
り、約０．５〜１００ Ｋｂａｒの圧力範囲で極めて敏
感な感知装置が得られる。
この装置は、従来この範囲で唯一の連続的測定を行い得
たマンガニン線計器と較べてはるかに感受性が高い。
たマンガニン線計器と較べてはるかに感受性が高い。
本発明を好適実施例についてのみ詳述したが、多数の変
更が可能である。
更が可能である。
従って本発明は本発明の要旨の範囲内に入る力ちる変更
例をすべて包含するものである。
例をすべて包含するものである。
第１図は中間電圧金属酸化物バリスタの試料について電
圧−電流特性を付加圧力それぞれについて示すグラフ、
第２図は低電圧金属酸化物バリスタの試料について電圧
−電流特性を付加圧力それぞれについて示すグラフ、第
３図は酸化亜鉛−酸化ビスマス（ＺｎＯ＋＋％Ｂｉ２０
３）の二次系バリスタの電圧−電流特性を付加圧力それ
ぞれについて示すグラフ、第４図は中間電圧金属酸化物
バリスタの漏れ電流を付加圧力の函数として示すグラフ
、および第５図は予圧されたバリスタにおける漏れ電流
−圧力特性を示すグラフである。
圧−電流特性を付加圧力それぞれについて示すグラフ、
第２図は低電圧金属酸化物バリスタの試料について電圧
−電流特性を付加圧力それぞれについて示すグラフ、第
３図は酸化亜鉛−酸化ビスマス（ＺｎＯ＋＋％Ｂｉ２０
３）の二次系バリスタの電圧−電流特性を付加圧力それ
ぞれについて示すグラフ、第４図は中間電圧金属酸化物
バリスタの漏れ電流を付加圧力の函数として示すグラフ
、および第５図は予圧されたバリスタにおける漏れ電流
−圧力特性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １０．５〜１０Ｋｂａｒ の所定範囲内の圧力を測定す
る電気的圧力感知装置において、酸化亜鉛を基とする焼
結混合物を含有する金属酸化物バリスタ材料の本体より
なり、漏れ電流が圧力の関数として変化するようにした
電気的圧力感知装置。 ２ 上記バリスタが約９７モル％のＺｎＯおよび約０．
５モル％のＢｉ２Ｏ３とＣｏ３Ｏ４，ＭｎＯ２，５ｂ２
０３およびＳｎＯ２とからなる混合物を焼結して得た反
応生成物である特許請求の範囲第１項記載の感知装置。 ３ 上記バリスタが約９８モル％のＺｎＯおよび約０．
５モル％のＢｉ２Ｏ３とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２およびＴ
ｉＯ２とからなる混合物を焼結して得た反応生成物であ
る特許請求の範囲第１項記載の感知装置。 ４ 酸化亜鉛を基とする焼結混合物を含有する金属酸化
物バリスタ材料の本体に所望の測定圧力範囲より高い圧
力の予圧を加え、 上記予圧の圧力を解除し、 上記本体に既知の圧力を加えて該本体における漏れ電流
を付加圧力の函数として検量し、上記本体に未知の圧力
を加え、 上記バリスタ本体に流れる漏れ電流を測定することによ
り上記未知の圧力を測定することを特徴とする０、５〜
１０ Ｋｂａｒの範囲の圧力の測定方法。 ５ 上記バリスタが約９７〜９８モル％のＺｎＯおよび
約０．５モル％のＢｉ２Ｏ３とＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２を
含有する酸化亜鉛を基とする焼結混合物よりなる特許請
求の範囲第４項記載の方法。 ６ 上記電流測定を圧力付加と同時に行う特許請求の範
囲第４項記載の方法。 ７ 上記付加圧力を解除し、しかる後上記漏れ電流を測
定する特許請求の範囲第４項記載の方法。 ８ 次の各工程からなる圧力測定用感知装置を製造する
方法。 （１）酸化亜鉛を基とする焼結混合物を含有する金属酸
化物バリスタ材料の本体を、必要な測定範囲より高い圧
力に予圧する工程。 （２）該予圧を解除する工程。 （３）前記金属酸化物バリスタ材料の本体に既知の圧力
を加えて、加えた圧力の関数として該本体の漏れ電流を
校正する工程。 ９ 上記焼結混合物が約９７モル％のＺｎＯおよび約０
．５モル％のＢｉ２Ｏ３およびＣｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２，
５ｂ２０３およびＳｎＯ２とからなる混合物を焼結して
得た反応生成物である特許請求の範囲第８項に記載の方
法。 １０ 上記焼結混合物が約９８モル％のＺｎＯおよび
約０．５ モル％のＢｉ２Ｏ３およびＣｏ３Ｏ４、Ｍｎ
Ｏ２およびＴｉＯ２とからなる混合物を焼結して得た反
応生成物である特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １１ 上記焼結混合物が約９７〜９８モル％のＺｎＯ
および約０．５モル％のＢｉ２Ｏ３およびＣｏ３Ｏ４，
ＭｎＯ２を含有する酸化亜鉛を基とする焼結混合物より
なる特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １２ 上記漏れ電流の校正が予圧より低い既知の圧力
で行われる特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １３ 上記既知の圧力が０．５ Ｋｂａｒ 〜１０
Ｋｂａｒである特許請求の範囲第１２項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US79303977A | 1977-05-02 | 1977-05-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53147297A JPS53147297A (en) | 1978-12-21 |
| JPS5850002B2 true JPS5850002B2 (ja) | 1983-11-08 |
Family
ID=25158902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53050771A Expired JPS5850002B2 (ja) | 1977-05-02 | 1978-05-01 | 金属酸化物バリスタ圧力感知装置、圧力測定方法および圧力感知装置の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4155262A (ja) |
| JP (1) | JPS5850002B2 (ja) |
| DE (1) | DE2818706A1 (ja) |
| NL (1) | NL7804600A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6069702U (ja) * | 1983-10-20 | 1985-05-17 | 本田技研工業株式会社 | 自動四輪車 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4856993A (en) * | 1985-03-29 | 1989-08-15 | Tekscan, Inc. | Pressure and contact sensor system for measuring dental occlusion |
| US4734034A (en) * | 1985-03-29 | 1988-03-29 | Sentek, Incorporated | Contact sensor for measuring dental occlusion |
| DE3818190A1 (de) * | 1988-05-28 | 1989-12-07 | Bosch Gmbh Robert | Sensor |
| US5223790A (en) * | 1991-05-10 | 1993-06-29 | Metricom, Inc. | Current sensor using current transformer with sintered primary |
| US5510783A (en) * | 1992-07-13 | 1996-04-23 | Interlink Electronics, Inc. | Adaptive keypad |
| WO1995022828A1 (en) * | 1994-02-17 | 1995-08-24 | Interlink Electronics, Inc. | Layered pressure sensitive transducer and method for making same |
| GB9409737D0 (en) * | 1994-05-16 | 1994-07-06 | Penny & Giles Studio Equip | Improvements relating to variable voltage controllers |
| US5989700A (en) * | 1996-01-05 | 1999-11-23 | Tekscan Incorporated | Pressure sensitive ink means, and methods of use |
| US6715760B2 (en) | 2000-06-16 | 2004-04-06 | Stuart Ray Miller | Projectile impact locating device |
| EP1623198A2 (en) * | 2003-05-14 | 2006-02-08 | Tekscan, Inc. | High temperature pressure sensitive devices and methods thereof |
| US6964205B2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-11-15 | Tekscan Incorporated | Sensor with plurality of sensor elements arranged with respect to a substrate |
| US6993954B1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-02-07 | Tekscan, Incorporated | Sensor equilibration and calibration system and method |
| US20070128822A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-06-07 | Littlefuse, Inc. | Varistor and production method |
| US20100189882A1 (en) * | 2006-09-19 | 2010-07-29 | Littelfuse Ireland Development Company Limited | Manufacture of varistors with a passivation layer |
| US9562844B2 (en) * | 2014-06-30 | 2017-02-07 | Baker Hughes Incorporated | Systems and devices for sensing corrosion and deposition for oil and gas applications |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3682841A (en) * | 1970-12-01 | 1972-08-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Voltage dependent resistors in a bulk type |
| US3790870A (en) * | 1971-03-11 | 1974-02-05 | R Mitchell | Thin oxide force sensitive switches |
-
1978
- 1978-02-21 US US05/879,369 patent/US4155262A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-04-28 NL NL7804600A patent/NL7804600A/xx not_active Application Discontinuation
- 1978-04-28 DE DE19782818706 patent/DE2818706A1/de active Granted
- 1978-05-01 JP JP53050771A patent/JPS5850002B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6069702U (ja) * | 1983-10-20 | 1985-05-17 | 本田技研工業株式会社 | 自動四輪車 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2818706A1 (de) | 1978-11-09 |
| JPS53147297A (en) | 1978-12-21 |
| NL7804600A (nl) | 1978-11-06 |
| DE2818706C2 (ja) | 1987-05-07 |
| US4155262A (en) | 1979-05-22 |
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