JPS5919281B2 - 温度補償センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に広い範囲の感知媒体に関し、更に詳細
には温度補償を与えるために使用できる感知素子として
パイロ電気材料の複数層を含む感知媒体に関する。

背景技術 パイロ電気感知媒体を使用するいくつかの温度補償され
た検知器は、マグヘンリー氏の米国特許第３４５３４３
２号明細書および本出願人の１９７４年１月２日出願の
米国特許出願第４３００５５号「パイロ電気温度補償感
知装置」１１ＰｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＴｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＳｅｎｓｉｎｇＡｐｐ
ａｒａｔｕｓ”゛の明細書に記載されている。

このような周知の検出器は、温度補償されている熱感知
検出を提供するけれども、これらの従来の検出器は、い
づれもテープ状に連峰形状に便利に製造できる感知媒体
を開示していない。発明の要約本発明は、２個の感知ユ
ニットで形成された感知媒体であつて、その各感知ユニ
ツトは各平坦表面に担持された導電板を持つたパイロ電
気材料の層を持ち、それらの感知ユニツトは、両感知ユ
ニツトを互いに分離する熱絶縁層と面対面の接触状態に
ある感知媒体を提供する。

本発明の感知媒体は、一つの感知ユニツトの導電板をも
う一つの感知ユニツトの導電板と結合して２組の板を形
成して、これら２組の板の間に感知回路を電気的に引込
んで或る電気信号を感知することによつて温度補償され
たセンサを形成するために使用することができる。

これらの２組の感知ユニツトの両パイロ電気層の周囲温
度が同様に変化するときには、連結された各板に静電気
の電荷が現われるけれども、両板間の連結のために打ち
消されるであろう。しかし、一つの感知ユニツトのパイ
ロ電気層のうちの一つだけが温度変化すると、その温度
変化した層と接触している板の上に正昧の静電荷を生じ
る。感知回路装置は、このように生じた正昧電荷に応答
するために使用され、この電荷を生じる温度変化量の認
識し得る表示を提供する。従つて、本発明の感知媒体は
、構成は極めて簡単であるが、複数のパイロ電気的感知
層を使用することによつて正確かつ信頼性ある温度感知
をあたえる温度補償された感知装置を形成するための装
置を提供する。

更に、本発明の感知媒体は、耐久性があり、かつ広範囲
の適用に使用するためにテープ状に容易に製造される。
発明の実施態様 本発明の種々の実施例は、その関連図面について以下に
説明される。

図面を参照し、先づ第１図を見ると、本発明の現在好ま
しい第１実施例を示す感知媒体が示されている。

感知媒体１は、２個の感知ユニツト２および３で形成さ
れ、両ユニツト２，３は、ポリウレタンフオームなどの
熱絶縁および電気絶縁材料の層４に担持され分離されて
いる。感知ユニツト２および３の各々は、それぞれ電気
的不導体のエレクトレツト材料５および６の単一の柔軟
層を含む。このエレクトレツト層５および６は、弗化ポ
リビニリデンなどのパイロ電気的および圧電気的の両特
性を持つた材料で形成される。

層５および６は、それらの極形成（ＰＯｌｌｎｇ）はこ
れに矢符でフ示した同方向にあるように位置し、かつ好
ましくは同一程度の極形成を持つている。

或るいくつかのエレクトレツト材料は、極形成関係に当
然整列したダイポールを持つけれども、通常はエレクト
レツト材料のダイポールは、本質的にランダム態様に配
置されている。これらのダイポールは、エレクトレツト
材料を電界に露呈し、極形成温度として知られる特殊温
度より高く加熱されたときにその方向を再配列されるこ
とができる。感知ユニツト２のエレクトレツト層５は、
その外側および内側の平坦表面をそれぞれ薄い導電板７
および８で被覆され、感知ユニツト３のエレクトレツト
層６は、その外側および内側の平坦表面をそれぞれ薄い
導電板９および１０で被覆される。

感知ユニツト２および３の内側の板８および１０は、絶
縁層４に面対面の接触状態に固着されて一体の組立体を
形成している。これらの導電板７乃至１０は、すべて同
一の寸法とし、エレクトレツト層５および６は同程度の
極形成度を持ち、層５および６が均等に加熱され、或い
は応力を加えられたときに、導電板７乃至１０にほぼ等
しいレベルの静電荷が現われることを確実にすることが
好ましい。かような条件は、本発明に対して重要ではな
い。何となれば、導電板７乃至１０は寸法を異にしても
、エレクトレツト層５および６の各々が極形成される度
合を制御することによつて、なお等しい電荷蓄積を得ら
れるからである。明示の目的のために、層４，５および
６と板７乃至１０の厚さは、拡大して示してある。

感知媒体１は、好ましくは各約５０ミクロンの層５およ
び６と、各約２ミクロンの板７乃至１０とで作られる。
しかし、層５，６および板７乃至１０は、更に薄く作つ
てもよい。層５，６および板７乃至１０の長さは、本発
明の重要な点ではなく、感知媒体１が使用される目的の
特殊の感知動作に応じて長くても短かくても差支ない。
従つて、感知媒体１は、ちようどテープのように長く作
り、口ール状に巻くこともでき、最終使用者によつて適
当寸法に切断されるものと想定される。感知媒体１は、
第２図および第３図に示すように、導電リード１３およ
び１４を使用し、内側の導電板８と１０を短絡して１組
の接続された板を形成し、外側の導電板７と９を短絡し
て他の１組の接続された板をそれぞれ形成することによ
つて、一つの温度補償されたセンサを形成するために使
用される。

導電リード１４は、好ましくは接地され、感知回路１７
は、板７乃至１０上に存在する電荷を感知するためにリ
ード１３と１４に跨がつて電気的に接続される。感知回
路１７は、小さい電気的信号に応答する感知表示を行な
うために適する電流計、電圧計または他の形式の回路装
置であつてよい。温度補償センサ１２を形成するときの
感知媒体１の使用を更に十分に明瞭にするために、セン
サ１２の動作を以下説明する。

センサ１２は、赤外線輻射センサとして、或いは屈曲応
力を検知する応力センサとして有利に使用することがで
きる。センサ１２を赤外線輻射センサとして使用するた
めには、感知ユニツト２または３のうちの一方だけ例え
ば感知ユニツト２を、検出しようとする輻射にさらすよ
うに位置されるべきである。これは、感知ユニツト３を
遮蔽することにより、或いは像指向装置（Ｉｍａｇｅｄ
ｉｒｅｃｔｉｎｇｍｅａｎｓ）によつて達成される。最
初に、感知ユニツト２を赤外線輻射に暴露して、外側の
導電板７を先づ加熱する。この加熱は、エレクトレツト
層５の温度の上昇を生じる。層５の温度上昇は、第２図
に示すように層５の表面に反対極性の静電荷を生じ、こ
の電荷は導電板７および８に蓄積される。絶縁層４のた
めに、感知ユニツト２の温度上昇は、感知ユニツト３に
伝導しないであろう。そして、層５によつて生じた静電
荷は、それぞれ連結リード１３および１４を経て各組の
板８，１０および７，９の間に分布されるであろう。こ
のようにして、各組の板７，９と８，１０の間に正味静
電電位が存在し、感知ユニツト２の輻射暴露の量を表示
する感知信号を感知回路装置１７に提供する。輻射線を
検出するときのセンサ１２の感度は、センサ１２の輻射
吸収を改良するために、感知ユニツト２および３の外側
の導電板７および９を薄い黒色の層で被覆することによ
つて増加されることが分つた。センサ１２を屈曲応力セ
ンサとして使用するためには、絶縁層４はエレクトレツ
ト層５，６および板７乃至１０に較べて比較的強靭な材
料で形成されるべきである。このように、感知媒体１の
屈曲は、絶縁層４の長手中点付近に生じ、従つてこの中
点はゼロ圧縮、ゼロ膨脹の点である。このような状態で
あつて、媒体１の屈曲は第３図に示すように、層５の引
張りと、層６の圧縮を生じるであろう。しかし、図示と
反対の方向に媒体１が屈曲すると、層５の圧縮と層６の
引張りを生じることが理解されるべきである。層５およ
び６の引張と圧縮によつて、圧電気的に生じた電荷は、
層５および６の表面に現われ、層５および６の内面の電
荷は一つの極性であり、外面の電荷は他の極性である。

（第３図参照）このようにして、媒体１の屈曲に直接対
応する感知信号が感知回路１７にあたえられる。上述の
輻射および応力の感知動作とは対照的に、センサ１２は
、感知媒体１が均等に温度変化したときに層５および６
の表面にパイロ電気的電荷を生じる結果として感知表示
を提供することに対して補償される。

このようなことは、センサ１２が位置する環境の周囲温
度の変化があつたときに起るであろう。感知媒体１の均
等な温度変化があると、エレクトレツト層５および６の
極形成の度合、温度の変動量、および極形の方向に従つ
てパイロ電気の電荷を生じるであろう。

層５および６の極形成は、同方向であるので、板７およ
び１０には、一つの極性のパイロ電気的に誘起された静
電荷の均等分布が蓄積され、板８および９には反対極性
のパイ口電荷の等量分布が蓄積されるであろう。板７，
９は、リード１４によつて連結され、板８および１０Ｇ
ζリード１３によつて連結されているので、上記の反対
極性は互いに相殺して、感知回路１７には正味電荷は少
しも提供されない。上記のセンサ１２内に使用するほか
に、感知媒体１は、また第４図に示すようなセンサ２０
を形成するときにも使用することができる。

センサ２０｛ζセンサ１２と同様に温度補償されている
けれども、この補償は、差動増幅器２１の使用によつて
達成され、その入力２２および２３はそれぞれ導電板７
および１０に接続され、板８，９は電気的に接地される
。しかし、もし希望ならば、増幅器２１は板８，９に接
続し、板７および１０を接地してもよい。増幅器２１は
、入力２２および２３における電気信号が異るときにだ
け感知回路２４に出力をあたえるから、感知ユニツト２
および３の等しい温度変動は、センサ２０からの感知表
示を生じないであろう。しかし、センサ２または３のう
ちの一つだけが温度変化するときには、差動増幅器２１
は、感知信号を回路２５に送るであろう。次に第５図を
参照すると、本発明の第２の現在好ましい実施例が、感
知媒体２７の形態に示されている。

媒体２７は、媒体１と同様に２個の感知ユニツト２８お
よび２９を含み、これらの両ユニツトをζ絶縁層３０に
よつて分離され、その各々は、それぞれ極形成されたエ
レクトレツト層３１および３２を形成している。層３１
は、各平坦表面を導電板３３および３４で被覆され、層
３２の平坦表面は導電板３５および３６で被覆される。
従つて、媒体２７の基本的構体は、媒体１の構体と同様
であるが層３１および３２はその極形成が矢符で示すよ
うに反対方向になるように位置することが媒体１と相違
している。この感知媒体２７は、その外側の導電板３３
および３５を、接地したリード３８で電気的に短絡し、
かつ内側の導電板３４および３６を感知回路３９で結合
することによつて温度補償センサ３７を形成するために
使用されることができる。

エレクトレツト層３１および３２の反対極形成のため、
および感知媒体１の前述説明によつて分るように、両方
の感知ユニツト２８および２９の温度変化が等しいなら
ば、内側の導電板３４および３６上には同極性の静電荷
が同量集積するだけであろう。従つて、感知回路３９は
、感知表示をあたえないであろう。これとは反対に、感
知ユニツト２８または２９のうちの一方だけが温度変化
した場合、或いは、媒体２７が応力下に置かれた場合は
、感知回路３９によつて感知信号が受けられるであろう
。感知媒体２７は、センサ３７を形成するために使用さ
れる以外に、第６図に示すように、センサ４１を形成す
るために差動増幅器４０とともに使用されることができ
る。増幅器４０の入力４２および４３は、それぞれ感知
ユニツト２８および２９の外側の導電板３３および３５
に接続され、内側の板３４および３６は好ましくは接地
される。しかし、もし希望するならば、この接続は反対
にしてもよい。このように、本発明は、広範囲の輻射ま
たは応力感知用途に有用であつて、温度補償を必要とさ
れる多くの種類のセンサを形成するために種々の実施例
に使用することのできる感知媒体を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一の好適実施例を示し２個の感知
ユニツトを含む感知媒体の略示端面図である。 第２図は、第１図の感知媒体を組入れた第一の温度補償
センサの略示端面図であつて、感知媒体は、この感知ユ
ニツトの均等加熱の結果として感知ユニツトの一つに生
じた静電荷の表示を示す図である。第３図は、第２図の
センサの感知媒体が屈曲状態にあり、かような屈曲の結
果生じた静電荷を表示する略示端面図である。第４図は
、第１図の感知媒体を組入れた第２の温度補償センサの
略示端面図である。第５図は、本発明の第２好適実施例
を示す感知媒体の略示端面図である。第６図は、第５図
の感知媒体を組入れた温度補償センサの略示端面図であ
る。１・・・・・・感知媒体、２，３・・・・・・感知
ユニツト、４・・・・・・熱および電気絶縁層、５，６
・・・・・・エレクトレツト層、７，８，９，１０・・
・・・・導電板、１２・・・・・・温度補償センサ、１
３，１４・・・・・・リード、１７・・・・・・感知回
路、２０・・・・・・温度補償センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 周囲温度が変化すると、その平坦平面上に静電荷を
   生じる分極処理されたパイロ電気材料で作られ互いに反
   対極性の電荷を生ずる第１と第２の平坦表面を有する層
   ５、６、３１、３２を持ちかつ前記第１と第２の平坦表
   面に対し面対面の接触をする第１７、１０、３３、３６
   と第２８、９、３４、３５の導電板を有して構成された
   第１感知ユニット２、２８と第２感知ユニット３、２９
   であつて前記第１感知ユニットの第２の平坦表面の電荷
   と前記第２感知ユニットの第１の平坦表面の電荷の極性
   が互いに反対になるようにされた前記第１及び第２感知
   ユニットと、前記両感知ユニットを熱的および電気的に
   隔絶するために前記第１感知ユニットの２つの導電板７
   、８、３３、３４のいづれかと前記第２感知ユニットの
   ２つの導電板９、１０、３５、３６のいづれかとそれぞ
   れ面対面の接触をして前記両感知ユニットに挾まれた絶
   縁材料の層４、３０と、前記第１感知ユニットの第１と
   第２の導電板の内のいずれか一方と前記第２感知ユニッ
   トの第１と第２の導電板のいずれか一方とを電気的に接
   続する第１の接続手段１３、１４、２２、２３、３８、
   ４２、４３と、前記第１感知ユニットの他方の導電板と
   前記第２感知ユニットの他方の導電板とを電気的に接続
   する第２の接続手段１３、１４、２２、２３、３８、４
   ２、４３と、前記第１と第２の接続手段の間に接続され
   前記第１感知ユニットと前記第２感知ユニットが同じ温
   度変化を受けないときだけ前記接続手段に接続された導
   電板の少なくとも１つの組の電荷を検出する検出装置１
   ７、２４、３９、４０、とを備えて成る温度補償センサ
   。