JPS6122676A - 熱電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電磁放射の検知に用いられる熱電センサに関
する。

従来の技術 数個の種類の熱電センサには次の点について主要な差異
がある。

−それらの機能素子は、大きな熱質量をもつ放熱板上に
配列されているか、それとも小さな熱質量をもつ自由に
立つ薄膜上に配列（電気支持ｍ、）されているか、 一機能素子は、塊状材料（例えば、小さなピン又は細い
針金状の）からできているか、それとも薄い膜（フィル
ム）からできているか、 一機能素子は、排気された容器中に封入されていやか、 それとも保護用ガスで満たされた容器中に封入されてい
るか。

極めて小型化され、また同時に高い感度の熱電センサに
対する現在の広く普及した関心により、薄膜技術により
実現される自立の膜をもちまた保護４囲気中に標準トラ
ンジスタ容器内に封入される種類のセンサが開発される
に至った。

この種の公知の熱電検知器は、例えば、大気圧の保護用
窒素、アルゴン又はキセノン雰囲気中でＴＯ−５容器内
に気゛密封入される。熱電センサで、薄膜技術で作られ
る受は面積１　ｗ　Ｘ　１　ｍ又は直径１關をもち、異
なった形状の熱電対を６個から１５個直列に接続したも
のでは典型的な応答性として７−２３．５Ｖ／９９’に
達すル（ウオルマン、エル、アール、１ｔｉ−光学シス
テム設計、１９７９年９月、矛３７頁−矛４４頁）。

非接触温度測定のための、またガス分析又は侵入検知器
及び安全機器のためのさらに高応答性の利用できる装置
を得るための努力の過程で、高い応答性の熱電センサに
高い関心がある。

発明の要約 本発明の目的は、１ｍ平方の大きさの受は面積をもち、
大気圧での充満ガスの下で作動し、また薄膜技術を使用
し、これと同等のセンサより高い応答性をもつ、空気支
持型の熱電センサを創ることである。

本発明のさらに他の目的は、熱電対どして従来の材料を
用い、との熱電対は新規な形状をもち、また対象とする
種類のセンサのために必要最小限の数の熱電対を同時に
密着して、少なくとも３５　■／Ｗの応答性に達するこ
とのできる熱電センサを作ることである。

本発明によれば、この目的は、その脚部の熱伝導率が相
互に同等である熱電対を用い、最小数２５１１ｉ！ｉｌ
の熱電対を受げ領域に配列し、各脚部の脚長と脚幅の比
は少なくとも蜀、特に田と刃の間、好ましくはｎとする
ことにより達成される。

本発明による熱電センサは、「光学放射測定」（エト、
エフ、フルム　、シイ、ジエー、パートルソン）、矛４
巻、ダブリュー、パドル「光学放射の物理的検知器」、
アカデミツク　プレスニューヨーク、ロンドン等、１９
８３年、２４章に記載されている公知の真空蒸着法及び
写真平板構成法により作ることができる。

本発明において提案された手段を使用することにより、
公知のｒＡ電対材料を用い、また大気圧でのガス充満を
用い１Ｍ平方の大きさの受は面積をもつそれ自体公知の
空気支持型のそれ自体公知のセンサ設計を用い、提案さ
れた種類のセンサの応答性を驚くべき簡単な方法で３５
Ｖ／ｗまで増加させることが可能である。既に、６個の
熱電対のみで、適当な保護ガス充満の下で応答性を５Ｑ
Ｖ／Ｗ　　に達することができる。各々の脚部に本発明
による脚長と脚幅の比が与えられない場合でも、同様に
本発明の範囲内であることは強調されるべきである。例
えば、契約の理由で、小数の脚部には別の寸法決めが必
要かも知れない。大多数の脚部には本発明による比が与
えられることが重要である。達成可能な応答性の増加に
較べて生産−技術費用は比較的低い。

実施例 次に本発明を図面に示された代表的な実施例によって詳
細に説明するが図面の尺度は真実ではない。

Ｔｏ　−５容器（パッケージ）罐２の基礎ｌの上に、こ
の罐２の残りの部分は保護ガスで充満され又は排気され
、検知されるべき電磁放射を透過する臭化カリウムで作
られた窓３をもっているが、シリコンで作られる基板４
が設けられ、これは放熱板として作用し、また中央開口
５をもち、基板４の上部表面は開口５を含めて窒化シリ
コン（Ｓｉ５ＮＩＬ）及び二酸化珪素（ＳｉＯｚ　）、
又はこれらの−力で作られる膜６が覆いかつ広がってい
る。熱電対７は放射状に対称的に膜６に取り付けられ、
各々は２個の脚部８．９からなり相互にそれらの外側端
で基準接点ＩＯで接触しまたそれらの内側端でそれぞれ
先行する又は後続の熱電対と感知接点１１で接触してい
る〇基準接点１０は基板４上に位置し、感知接点１１は
開口５の上の窓３の下に位置する。開口５上で熱゛電対
７及び膜６は、電気的絶縁層り、恒温コレクタ層１３及
びメタルブラック吸収被覆１４で次々と重なって覆われ
ている。熱電対７０２つの脚部１５．１６は指示計器（
電圧計）の端第１７、ｉｓ　（その他の部分に図示され
ず）に至る。窓３、一連の層１２．１３．１４及び開口
５は、窓３を過つ工人る電磁放射３６が感知接点に対し
て最大に効果的であるように相互に配列され整列してい
る。

窓３を通って入る放射１９はｊｍ１２，１３．１４によ
り感知接点１１に集中され、そしてその中に′１圧を発
生し、この電圧は端第１７．１８に送られる。

この熱電対列は（資）個の熱電対をもち、この幾つかが
矛１図に示され、その他は円で示され、また測定される
べき放射１９に当てられる感知接点１１は熱電対列の中
心Ｘ−Ｘから０．５６５ｍｍの距離に位置し、また放射
１９によって影響されない基準接点ｌＯはｌＩｕの距離
に位置する。従って、脚部８．９は０．４３５騙の長さ
をもつが、脚部１５１６はそうではない。感知接点１１
の外側の極限がその上にある円形の線２０は、測定すべ
き電磁放射に当たる１−の有効感知面積を駆足している
。

脚部８．６はアンチモニイ及びビスマ苑９アンチモニイ
。□合金の可能性あるかつ通常の組合せからできている
。

これらは、長さと幅の比がｎになるように、０．０１６
ｍの幅をもつ℃いる。脚部８．９の長さは感郊接点１１
と基準接点１０との間の距離、又は矛１図の記号を用い
れば、それぞれ感知接点１１の醒しての外１１１１極限
と基準接点１０の総ての内側極限の軌跡を決定している
日田と２１との間の距離である。脚部８．９の幅はオ１
図及び矛３図の平面に平行に長さに直角なそれらの寸法
である。

脚部８．９及び１５．１６の層の厚さは、結合される材
料を考慮して１個の熱電対の両脚部は各々同じ大きさの
熱伝導率をもつように設計される。ビスマスーアンチモ
ニイの組合せに対しては、アンチモニイに対して２００
ｍｍの層厚が、そしてビスマスには４００ｍｍの層厚が
適当である。もし、ビスマスとアンチモニイの代りにア
ンチモニイテルル化合物及びビスマステルル化合物を組
み合せるときは、適当な層厚は５ｂＬ５Ｂｉｏ、ｂＴｅ
３ニ対しては８００ｍｍまたＢｉ　２８ｂα３Ｔｅｊａ
、’／　Ｋ対して）！５６０ｎｍである◎画側の熱電対
で、長さと幅の比がｎ、放射吸収センサ面積が１−の本
発明による熱電対列は応答性が１００　Ｖ／Ｗに達する
ことができ、これは公知の熱電対列より遥かに高く、こ
れは脚部８．９の釣り合いと有効センサ面積を考慮して
のそれらの数の両者によるものである。

本発明の範囲内で到達すべき応答性は熱電対７の数、こ
れは５個と１００個の間とすべきであるが、及び脚部の
長さと幅の比、これは脚部の大多数に対しては２０：ｌ
と３０＝１の間、に依存する。保護ガスで満たし、また
臭化カリウムで作られた窓３とメタルブラック吸収被覆
１４０間にこの保護ガスが存在する気密封止容器２に対
しては、熱電対の数と脚部の長−幅の比に依存して次の
表の応答性に到達した。

（９１）　（Ｚｏｏ）　　（９１） 括弧のない応答性は保護ガスとしてアルゴンで満たした
容器２の場合を指し、また括弧内の応答性はキセノンで
満たした容器の場合を指す。

保護ガスが７レオ：／　１２　（ＣＦ２　Ｃｌ３）　　
で、園側の熱電対で、長さ一幅の比が２７：’１で、そ
の他の条件は上述と同様で応答性８４ｖ／Ｗが得られた
。

基板４はセラミック、金属又はガラスで作ることができ
る。膜６に対して、その材料もまた任意に選ぶことがで
き、例えば金属酸化物は電気的絶縁で、脚部８．９．１
５．１６の基板４に対する充分の接着が保証され、また
破れることなく基板４の開口５を覆うのに適している。

一連の層１２等に対しては、その層は測定すべき放射を
できるだげ多く受け、それに感知接点１１へ導き、また
その金属層は脚部８．９から良好に絶縁されていること
が重要である。脚部８．９．１５．１６、一連の層１２
．１３．１４及び膜６の薄い層は通常の蒸着又はスパッ
タリング法により作ることができる。

熱電対７のデポジションは円形形とすることに制約され
ない。これらは長方形の窓の下の長刀形の開口を覆うう
ねり路の形に横力向に配列することもできる（米国特許
第３．７１５．２８８号明細書、オジャース　リスギン
）。熱電対７はまた、両者共長力形の窓と開口との間に
放射状に対称的に配列することも可能である。この場合
脚部はこの四角形の隅の方向の力が、四角形の縁の中心
の方向よりも長い。認ての脚部に対して長−幅の比を一
定に保つために、脚部の幅はそれに従って変えるべきで
ある。調査によればしかし、長さ一幅の比の平均が本発
明により規尾された限度内にあるか、又は長さ一幅の比
が、脚部８．９０大多数により一般的に遵守されれば充
分である。

【図面の簡単な説明】

牙１図は本質的に熱電対列の形のＭ４電センサの平面図
であり、重要な能動系子を明らかにするため、？２図の
Ｂ−Ｂ線に沿った断面をとっている。 湾曲線の下の熱電対列の下方部分は、描かれている上方
部分と事実上同じであるので省略した。 矛２図は、矛１図のＡ−Ａ線に沿った熱電対列の断面図
。 第３図は、矛１図の電気端子の近くの熱電対の拡−大上
面図である。 図において、 １・・・基礎 ２　・・・　容器（パッケージ） ３・・・窓 ４・・・基板 ５・・・開口 ６　・・・　膜 ７　・・・　熱電対 ８．９．１５．１６・・・脚部 １０　　・・・　基準接点 １１　　・・・　感知接点 １２．１３．１４・・・層 １７．１８　・・・電気端子 １９　　・・・　電磁放射 図面の浄書（内容に＊更なし） 第１図 ＠発明者フリーデマン　フェル　　ドイツ民主共和国６
９００・クライン イエーナ　ハーマルテン　シュトラ イエーナ　ベルクホフスヴエーク３ 手続補正書 昭和１０年Ｚ月ノ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電磁放射の検知のための（指示のための）熱電セン
   サであつて、開口をもつ基板、上記基板上にあり、かつ
   これと接触する膜であつて、上記膜は、また上記開口を
   覆い、上記膜上の２５個から１００個の熱電対であつて
   各熱電対は２個の脚部をもち、上記２個の脚部は上記基
   板の上の基準接点において相互に接触し、上記脚部の各
   々はその隣りの熱電対の一方の脚部と上記開口の上の感
   知接点において接触し、総ての上記熱電対の感知接点は
   上記センサの放射−吸収領域を決定し、総ての脚部の、
   それらの感知接点と基準接点との間の平均長さはそれら
   の幅の２０から３０倍であり、及び指示計器のための電
   気端子であつて、上記感知接点及び上記基準接点のそれ
   ぞれの第一番目及び最後のものは上記電気端子と接続さ
   れる上記電気端子、からなる熱電センサ。 ２　特許請求の範囲第１項のセンサであつて、上記脚部
   の平均長さはそれらの幅の２７倍である、熱電センサ。 ３　特許請求の範囲第２項のセンサであつて、上記基板
   は、上記開口の上に窓をもつ上部板をもつ容器のベース
   板に取り付けられ、上記容器は雰囲気で満たされ、上記
   雰囲気及び上記窓は上記電気放射を透過させる、熱電セ
   ンサ。 ４　特許請求の範囲第３項のセンサであつて、上記開口
   の上の上記熱電対上に熱伝導金属被覆が置かれ、上記熱
   電対とは電気的に絶縁される、熱電センサ。