The alumina substrates that Ni electrode was printed on and the multi-layered PTCR thermistors of which composition is $(Ba_{0.998}Ce_{0.002})TiO_3+0.001MnCO_3+0.05BN$ were fabricated by a thick film process, and the effect of re-oxidation temperature on their resistivities and resistance jumps were investigated, respectively. Ni electroded alumina substrate and the multi-layered PTC thermistor were sintered at $1150^{\circ}C$ for 2 h under $PO_2=10^{-6}$ Pa and then re-oxidized at $600{\sim}850^{\circ}C$ for 20 min. With increasing the re-oxidation temperature, the room temperature resistivity increased and the resistance jump ($LogR_{290}/R_{25}$) decreased, which seems to be related to the oxidation of Ni electrode. The small sized chip PTC thermistor such as 2012 and 3216 exhibits a nonlinear and rectifying behavior in I-V curve but the large sized chip PTC thermistor such as 4532 and 6532 shows a linear and ohmic behavior. Also, the small sized chip PTC thermistor such as 2012 and 3216 is more dependent on the re-oxidation temperature and easy to be oxidized in comparison with the large sized chip PTC thermistor such as 4532 and 6532. So, the re-oxidation conditions of chip PTC thermistor may be determined by considering the chip size.
본 논문에서는 PTC 서미스터의 전기적 특성과 온도특성을 이용하여 각종 전기화재 및 전기사고를 예방 보호하는 전기안전 제어장치에 대해 연구된다. PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터는 온도변화에 따른 저항특성이 정(+)온도계수를 갖는 특징이 있다. 이러한 PTC는 정온도계수를 갖는 $BaTiO_3$계 세라믹스의 정방정계-입방정계 구조를 가지고 상변이점인 큐리(Curie)온도 이상으로 온도가 증가하면 저항이 급격히 증가하는 현상을 보인다. 본 논문에서는 이러한 정저항 온도특성과 자체 발열특성을 갖는 PTC 서미스터를 전기단락사고나 과부하사고 등의 전기사고의 감지센서로 이용하여 전기화재사고로부터 보호하는 제어시스템에 대해 제안한다. 그 결과 기존에 상용되는 차단기들의 빈번한 오동작과 비신뢰성, 저응답특성 등으로 발생되는 전기화재 및 전기재해의 문제점을 해결한다. 또한 제안한 전기안전장치는 다양한 실험결과를 통해 이론적 해석의 타당성이 입증된다.
Although several kinds of conduction mechanism of PTC thermistor have been reported, there were few satisfying results. In this paper, the reported conduction mechanism theories were scrutinized and analyzed by using the experimental results. PTC thermistors for this study were manufactured by adding Sb$\_$2/O$\_$3/, AI$\_$2/O$\_$3/, TiO$\_$2/, and SiO$\_$2/ to BaTiO$\_$3/, and by sintering it at different temperatures. In order to analyze the conduction mechanism, R-T characteristics and its frequency dependence of specimens were measured. And also, the structures of specimens were studied. Especially this paper emphasized the explanation of the resistivity characteristics as the grain growth state of PTC thermistor specimens with respect to soaking temperature. According to the results, the resistivity of PTC thermistor whose grain was formed by semiconducting, was independent to the grain size at room temperature. For small and uniform grain size, the slope of the resistivity near the Curie temperature and the resistivity above the Curie temperature became greater and PTCR effect was improved.
정온발열 특성을 갖는 PTC 써어미스터를 사용하여 유속센서를 제조하였다. $(Ba_{0.7}Sr_{0.3})TiO_{3}$ 분말을 사용하여 PTC 써어미스터를 제조한 후, 유속에 따른 저항률의 변화를 조사하였다. 유속이 0 cm/s에서 5 cm/s로 변할 경우 저항률은 4.45 $k{\Omega}{\cdot}cm$에서 3.95 $k{\Omega}{\cdot}cm$로 변하였다. 유속이 1 cm/s와 5 cm/s일 경우 PTC 써어미스터의 감도는 -204 (${\Omega}{\cdot}cm$)/(cm/s)와 -24 (${\Omega}{\cdot}cm$)/(cm/s)로 나타났다.
본 논문에서는 PTC 서미스터의 전기적 온도특성을 이용하여 각종 전기화재 및 전기사고를 예방 보호하는 방재시스템에 대해 연구하였다. PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터는 온도변화에 따른 저항특성이 정 (+)온도계수를 갖는 특징이 있다. PTC서미스터는 정온도계수를 갖는 $BaTiO_3$계 세라믹스의 정방정계-입방정계 구조를 가지고 상변이점인 큐리(Curie)온도 이상으로 온도가 증가하면 저항이 급격히 증가하는 현상을 보인다. 본 논문에서는 이러한 정저항 온도특성과 자체 발열특성을 갖는 PTC 서미스터를 전기단락사고나 과부하사고 등 전기사고의 감지센서로 이용하여 전기화재사고를 예방하는 제어시스템에 대해 제안하였다. 그 결과 기존에 상용되는 차단기들의 빈번한 오동작과 저 신뢰성, 저속응성 등으로 발생되는 전기화재 및 전기재해의 문제점들을 해결하였다. 또한 제안한 방재시스템의 다양한 실험결과를 통해 이론적 해석의 타당성을 입증하였다.
This dissertation is about the development of $BaTiO_{3}$-type PTC(Positive Temperature Coefficient) thermistor by composition method. PTC samples were fabricated after setting the experimental composition equation as $(Ba_{0.95-x}Sr_{0.05}Ca_x)TiO_3\;-\;0.01TiO_2\;-\;0.01SiO_2\;-\;aMnCO_3\;-\;0.2Nb_{2}O_{5}$ and their testing results were analyzed. a PTC thermistor, having the characteristics of relatively low resistance at room temperature and c and a good temperature coefficient, has been developed.
Electrical properties of the laminated SMD-type PTC thermistor for microcircuit protection were investigated as a function of calcination and sintering temperature. $BaTiO_3$ with $Y_2O_3$ and $MnO_2$ were calcined at 1000 to $1150^{\circ}C$ for 2h and the laminated SMD-type PTC thermistor was sintered at 1350 to $1400^{\circ}C$ for 2h in a reduced atmosphere (1% $H_2/N_2$). Sintered density of the sample was dependent on the calcination and sintering temperature. Electrical properties of the sintered samples were strongly dependent on the densities of samples. For the samples with density below 4.6 g/$cm^3$, the insulator characteristics were observed, while PTC jump characteristics (R150/R30) were disappeared for the sample with density above 5.05 g/$m^3$. Optimal PTC characteristics were obtained for the sintered samples with density of 5.05 g/$m^3$. The laminated SMD-type PTC thermistor prepared by calcination at $1100^{\circ}C$ for 2h and sintering at $1270^{\circ}C$ for 2h showed the room temperature resistivity of $11{\Omega}{\cdot}cm$ and PTC jump characteristics of $10^2$ order.
본 연구에서는 내부전극 접합기술을 이용하여 적층구조의 PTC 서미스터를 제작하였다. 적층구조 PTC 서미스터는 저항, 소형, 대전류 등의 특징을 갖는다. PTC 특성을 조사하기 위하여 첨가제효과, 전압-전류특성, 온도특성, 복합임피던스 특성 등을 측정하였다. 적층구조 PTC서미스터는 저항의 온도특성과 전압-전류특성에서 높은 비선형성을 나타내었다. 적층수가 증가함에 따라 상온저항이 감소되는 특성이 결정립의 효과에 기인됨을 알았다. 전류의 스윗칭 변화는 적층구조가 갖는 열용량의 크기에 비례하였으며, 적층수가 증가할수록 스윗칭 시간이 증가하였다.
비 직선적 정(+) 저항온도계수 특성을 갖는 PTC thermistor는 전이온도(큐리점) 부근에서 온도변화에 대하여 극히 큰 저항 값의 변화를 나타내는 산화물계반도체 저항기(또는 발열체)로써, 일반적으로 반도체의 온도-저항 특성과 같이 상온영역에서 온도의 상승과 함께 부성저항 특성을 나타내다가 온도가 점점 증가하여 큐리점 부근에 도달하면 저항이 급격히 증가하는 독특한 특성을 갖는다. Perovskite 구조의 $BaTiO_3$를 주성분으로 미량의 Dopant를 첨가하여 도전성을 갖게 한 N형 반도체의 일종으로 저항-온도 특성 전류-전압 특성, 전류감쇄 특성 등을 이용하여 과전류 보호회로, 히터, TV 소자회로(degausser), 모터기동회로, 온도센서, 정온발열기기 등으로 널리 사용된다. 본 연구는 큐리점 부근의 급격한 저항변화 현상과 결정입계의 전위장벽 형성 및 그에 따른 정온발열 기능의 상관성으로부터 그 응용성을 조사하였다.
전자모기향 매트는 배선피복의 손상, 반단선, 과부하 및 트래킹 등 다양한 원인에 의하여 발화 할 수 있다. 본 연구에서는 전자모기향 매트의 구조, 발열체인 PTC서미스터(Positive temperature coefficient thermistor) 및 화재현장에서 수거한 전자모기향 매트 잔해의 현상학적 특징을 관찰하고 동일 제품의 PTC 서미스터를 재현 발화 실험을 한 후 각각에 대하여 비교 분석한 결과 발열판의 용융형태와 PTC서미스터의 파열형태 등이 동일하다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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