1 Überblick über die Sensorik

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120 3.5 Pyroelektrische Temperatursensoren 3.5 Pyroelektrische Temperatursensoren 121
bindung mit dem piezoelektrischen und anderen Effekten. Eine vollständige Übersicht
die über pyroelektrischen Effekte und deren Werkstoffe ist im Band 5 dieser
Reihe, "Keramik", zu finden [3.53].
Der pyroelektrische Effekt läßt sich bei kleinen Temperaturänderungen linearisieren
(Tangenten in Bild 3.5-1) und dann durch den Vektor p σ der pyroelektrischen
Koeffizienten (nicht zu verwechseln mit dem Dipolmoment einzelner Dipole; der
Index σ bezeichnet den Zustand konstanter mechanischer Spannung, [3.53])
beschreiben:
für PMN beziehen sich auf Daten bei angelegter Vorspannung von 5·10 6 V/m.
Dabei beschreibt P die elektrische Polarisation. Tab. 3.5-1 gibt die Daten wichtiger
pyroelektrischer Materialien an [3.53].
Tab.3.5-l: Werte der pyroelektischen Koeffizienten p σ (bei konstanter mechanischer Spannung
σ) und p u (bei konstanter mechanischer Verzerrung u), dielektrischen Konstanten
(Bedeutung der Indizes wie bei den pyroelektischen Koeffizienten) und
Verlusten tan δ (Band 1, Abschnitt 6.2; alle Kenndaten sind jeweils in Polarisationsrichtung
gemessen), der Curie-Temperaturen T C , spezifischen Wärmen C σ
bei konstanter mechanischer Spannung und der Kenngrößen F V (vereinfachte
Form der Spannungsempfindlichkeit, s. Abschnitt 6.2 und [3.53]) und F D (vereinfachte
Form der Detektivität, s. Abschnitt 6.2 und [3.53]) einiger ausgewählter
Substanzen. Die untere Tabellenhälfte enthält nur Perowskite.
Dabei bedeutet EK: Einkristall, Ker: Keramik, DS: gesputterte dünne Schicht. Die jeweiligen Referenzen
sind in [3.53] angegeben. Bei freigelassenen Eintragungen fehlt die Angabe in der jeweiligen
Literaturstelle. Bei fehlender Unterscheidung zwischen ε u und ε σ bzw. p u und p σ wurde angenommen,
daß es sich um Größen bei festem Spannungstensor handelt. T C existiert nicht für nichtpolarisierbare
Materialien und nur mit Vorbehalten bei Relaxoren und Polymeren. Die Angaben
Bild 3.5-2
Elektrische Größen an einem Plattenkondensator mit einem Ferroelektrikum als
Dielektrikum.
a) Aufbau des Plattenkondensators
b) Ortsverlauf der elektrischen Polarisation
Bei den weiteren Abbildungen wird zwischen zwei Fällen unterschieden: Fall I:
Es findet keine Kompensation der Flächenladung im Dielektrikum durch Ladungen
auf den Metallplatten statt, Fall II: Die Flächenladung im Dielektrikum wird
durch Ladungen auf den Metallplatten kompensiert.
c) Ortsverlauf der Flächenladung
d) Ortsverlauf des elektrischen Feldes
e) Ortsverlauf des Bändermodells: Dabei wird angenommen, daß das Ferroelektrikum
ein ähnliches Bändermodell wie ein Halbleiter besitzt. Das Metall wird
charakterisiert durch eine Lage der Fermienergie W F oberhalb der Leitungsbandkante.