BR102017013512B1 - Sensor de temperatura com elemento de transferência de calor e método de fabricação - Google Patents
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Abstract
"sensor de temperatura com elemento de transferência de calor e método de fabrica- ção a presente invenção se relaciona a um sensor de tempera-tura compreendendo um elemento de detecção de temperatura para transdução de uma temperatura detectada em um sinal de saída elé-trico. a presente invenção se relaciona ainda a um método para fabri-cação de tal sensor de temperatura. o sensor de temperatura (100) compreende um elemento de detecção de temperatura (102) para transdução de uma temperatura detectada em um sinal de saída elé-trico, um alojamento de proteção (108) para pelo menos parcialmente encerar o elemento de detecção de temperatura (102), e um elemento de transferência de calor (112) para proteção do elemento de sensor de temperatura (102), o elemento de transferência de calor (112) sen-do formado como uma blindagem para receber pelo menos a parte do elemento de temperatura (102), no qual uma superfície externa do elemento de transferência de calor (112) está em contato condutivo de calor com uma parede interna do alojamento de proteção (108), no qual referido elemento de transferência de calor (112) é fabricado co-mo uma parte pré-fabricada separada de referido elemento de sensor de temperatura (102).
Description
[0001] A Presente Invenção Se Relaciona A Um Sensor De Temperatura Compreendendo Um Elemento De Detecção De Temperatura Para Transdu- Ção De Uma Temperatura Detectada Em Um Sinal De Saída Elétrico. A Presente Invenção Se Relaciona Adicionalmente A Um Método Para Fabricação De Tal Sensor De Temperatura. O Sensor De Temperatura, De Acordo Com A Presente Invenção, É Aplicável, Em Particular, Para Monitoramento De Altas Temperaturas.
[0002] Sensores De Temperatura Que Formam Um Sinal De Saída Elé Trico De Uma Temperatura Detectada São Necessários Em Muitos Campos De Produção Industrial E Aplicações Automotivas. Tais Sensores De Temperatura Compreendem Essencialmente Um Alojamento De Proteção Externo Que Está Em Contato Com Um Meio A Ser Monitorado, E Um Elemento Sensitivo De Temperatura Que É Disposto Dentro Do Alojamento De Proteção, E Transduz A Temperatura Detectada No Sinal De Saída Elétrico. De Modo A Alcançar Rápido Tempo De Resposta E Uma Medição Precisa, É Essencial Que Uma Conexão Condutiva Térmica Particularmente Boa É Provida Entre O Elemento Sensitivo De Temperatura E O Meio Externo, De Modo Que A Temperatura No Local Do Elemento Sensitivo De Temperatura Espelha A Temperatura Fora Do Alojamento De Proteção O Mais Exatamente Possível.
[0003] Por outro lado, por exemplo, em ambientes de aplicação au tomotiva, é requerido que o sensor de temperatura seja robusto (em particular, de vibração estável), e suporta temperaturas elevadas (até 1000°C). Consequentemente, é conhecido encher o espaço entre as paredes internas do alojamento de proteção e a superfície externa do elemento sensitivo de temperatura com um material cerâmico, por exemplo, um cimento ou pó.
[0004] Contudo, existe ainda uma necessidade de um sensor de temperatura robusto com rápido tempo de resposta e precisão aperfeiçoada.
[0005] Este objetivo é solucionado pela matéria objeto das reivindi cações independentes. Concretizações vantajosas da presente invenção são a matéria objeto das reivindicações dependentes.
[0006] A presente invenção proporciona um sensor de temperatura compreendendo um elemento de detecção de temperatura para transdu- ção de uma temperatura detectada em um sinal de saída elétrico, um alojamento de proteção para pelo menos parcialmente encerar o elemento de detecção de temperatura, e um elemento de transferência de calor para proteção do elemento de sensor de temperatura, o elemento de transferência de calor sendo formado como uma blindagem para recebimento de pelo menos a parte do elemento de temperatura, no qual uma superfície externa do elemento de transferência de calor está em contato condutivo de calor com uma parede interna do alojamento de proteção.
[0007] A presente invenção é baseada na ideia que o elemento de transferência de calor é produzido como uma parte pré-fabricada separada de referido elemento de sensor de temperatura. A provisão de um elemento de transferência de calor pré-fabricado tem a vantagem que nenhum pó ou líquido tem que ser manipulado quando da montagem do sensor de temperatura. Vantajosamente, o elemento de transferência de calor é formado de um material eletricamente condutivo. Quando se usa um elemento de detecção de temperatura que é coberto com um revestimento eletricamente isolante ou encerramento, não é necessário que o elemento de transferência de calor seja eletricamente isolante, e a con- dutividade térmica mais alta de materiais eletricamente condutivos pode ser levada em conta.
[0008] Em particular, o uso de um metal poroso para fabricação do elemento de transferência de calor alcança uma transferência de calor significantemente aperfeiçoada a partir do exterior do alojamento de proteção a uma área sensitiva do elemento de detecção de temperatura. Em particular comparado a enchimentos cerâmicos do alojamento de proteção, a condutividade térmica de um metal poroso é usualmente mais alta. Por outro lado, o metal poroso tem suficiente resiliência de modo a evitar dano do elemento de detecção de temperatura. Além disso, sendo eletricamente condutivo, o elemento de transferência de calor pode adicionalmente funcionar como um elemento de blindagem contra distúrbios ele-tromagnéticos no sinal de saída elétrico no local do elemento de detecção de temperatura. Comparado a um material completo metálico, o metal poroso é mais leve e mais dúctil. A porosidade do material permite a presença de oxigênio ao redor do elemento de detecção de temperatura, assegurando, desse modo, estabilidade de longo prazo aperfeiçoado.
[0009] Em contraste a carga de isolamento mineral convencionais, a condutividade térmica do metal poroso, de acordo com a presente invenção, aumenta com a elevação da temperatura para valores acima de 400 °C.
[0010] De acordo com uma concretização exemplar da presente in venção, o elemento de transferência de calor é fabricado de uma malha de arame de metal comprimido. Tal construção tem a vantagem que a superfície do elemento de transferência de calor tem uma resiliência similar à mola que amortece o elemento de detecção de temperatura seguramente contra choque e vibração. A flexibilidade e compressibilidade da malha de arame de metal reduz a quantidade de estresse mecânico exercido no elemento de detecção de temperatura devido à coeficientes de expansão térmico diferentes do alojamento de proteção e o elemento de detecção de temperatura.
[0011] Vantajosamente, referida malha de arame de metal compri mido pode ser formada por malha de arame enlaçada. O material enlaçado tem a vantagem que o elemento de transferência de calor pode ser fabricado de um arame único, ou um número definido de arames, reduzindo, desse modo, significantemente o risco de arames afrouxados que podem causar curtos circuitos no interior do sensor de temperatura, ou danificar o elemento de detecção de temperatura.
[0012] Além da malha de arame comprimido, qualquer outro metal poroso pode ser usado para fabricação do elemento de transferência de calor. Por exemplo, o elemento de transferência de calor pode ser fabricado de partículas de metal soldado ou sinterizado, de uma esponja de metal, de um metal celular, ou de espuma de metal.
[0013] Pode ser mostrado que a flexibilidade e resiliência, bem como as características de condução de calor, são particularmente vantajosas quando referido elemento de transferência de calor tem uma densidade de cerca de 45%, isto é, o volume de vazios monta em cerca de 55%.
[0014] Além disso, o elemento de transferência de calor pode tam bém ser fabricado como uma parte sólida por meio de impressão 3D, usinagem, ou moldagem.
[0015] De acordo com a presente invenção, metal ou liga de metal resistente à corrosão, estável à temperatura e altamente condutiva de calor é escolhida para fabricação do elemento de transferência de calor. Por exemplo, referido metal compreende platina, cobre, alumínio, níquel, liga de níquel cromo, liga de níquel silício, e/ou liga de níquel cromo mo- libdênio nióbio. Outros metais podem, naturalmente, serem também escolhidos, e os materiais escolhidos também dependem da técnica de fabricação particular. Por exemplo, para produção de um arame enlaçado, uma resistência à tensão suficiente e resistência à quebra, tem que ser assegurada.
[0016] Além disso, os vazios de referido metal poroso e os espaços livres da malha de arame, respectivamente, podem ser enchidos com ar ou com um fluido de oxidação de metal. Em conjunto com elementos de detecção de temperatura de resistores de platina, é vantajoso que oxigênio esteja presente no enchimento.
[0017] Vantajosamente, o elemento de transferência de calor é mol dado para ter uma região de base e duas paredes laterais opostas que se prolongam perpendicularmente de referida região de base, e formando um recesso para acomodar o elemento de detecção de temperatura. Esta forma permite recebimento do elemento de detecção de temperatura dentro do elemento de transferência de calor sem ser girável. Consequentemente, menos forças abrasivas podem ser aplicadas ao elemento de detecção de temperatura durante operação.
[0018] Para assegurar uma transferência de calor suficiente a partir do alojamento de proteção em direção ao elemento de detecção de tem-peratura, o elemento de transferência de calor tem um contorno pelo menos parcialmente cilíndrico se equiparando com um contorno interno es-sencialmente cilíndrico do alojamento de proteção. Vantajosamente, um leve ajuste de pressão é proporcionado entre o alojamento de proteção e o elemento de transferência de calor.
[0019] Fica claro a um técnico no assunto que qualquer tipo ade quado de elemento de detecção de temperatura pode ser usado em um sensor de temperatura, de acordo com a presente invenção. Por exemplo, referido elemento de detecção de temperatura compreende um detector de temperatura resistivo (RTD), um termistor, ou um sensor de temperatura à base de silício.
[0020] Em particular, sensores IC de silício que usam silício de cristal simples permitem fabricação de intensificadores de chip de IC (circuito integrado). Contudo, o uso de processos IC também restringe a operação dos sensores de temperatura à base de silício a um limite superior de cerca de 150°C. Dois tipos de sensores de silício são, em geral, usados: resistência de difusão baseada em condução de carga de massa e diferença de tensão de junção pn. Adicionalmente, os termistores que são baseados em composições de óxido de cerâmica são fabricados para exibirem características de resistência de NTC ou PTC (coeficiente de temperatura negativo, ou positivo), onde a resistência dos sensores diminui, ou aumenta, várias ordens de grandeza à medida que a temperatura é aumentada. Nos assim denominados sensores de alta temperatura de RTD (Detector de temperatura resistivo), um elemento de detecção de película de platina é impresso e, em seguida, embutido no interior de uma estrutura em camadas de alumina-cerâmica. A resistência do elemento de platina aumenta à medida que a temperatura é aumentada.
[0021] O sensor de temperatura, de acordo com a presente inven ção, pode vantajosamente ser usado para aplicações automotivas. Aqui, na faixa de temperatura de 50°C a 150°C, sensores de silício são usados para medição e controle de ar, gases, e fluidos. Os sensores tipo termistor operam em várias faixas entre 55°C a 1000°C. Os termistores são usados para medição da temperatura de refrigerante de motor, e são também comumente usados como sensores de nível para monitorar refrigerante, combustível, lubrificante, fluidos de freio e de direção (onde diferenças entre as temperaturas de auto aquecimento do sensor quando imerso e não imerso, em um fluido, proporciona o sinal de saída). Para medir temperatura muito alta, acima de 1050°C, conforme requerido por regulações de diagnósticos à bordo (OBD) para monitoramento de superaquecer de catalisador, ambos sensor tipo termistor e sensores tipo RTD, são utilizados. Para satisfazer requisições de OBD, estes sensores devem responder à mudanças de etapa definidas de temperatura dentro de uma dada duração.
[0022] Para aplicações de alta temperatura, o RTD é um sensor de temperatura de alta resistência à platina, tal como um sensor Pt200.
[0023] A presente invenção também proporciona um método para fa bricação de um sensor de temperatura, referido método compreendendo as seguintes etapas:
[0024] proporcionar um elemento de detecção de temperatura que é operável para transduzir uma temperatura detectada em um sinal de saída elétrico;
[0025] fabricar um alojamento de proteção para pelo menos parcial mente encerrar o elemento de detecção de temperatura;
[0026] fabricar um elemento de transferência de calor de um metal poroso;
[0027] montar o elemento de transferência de calor sobre o elemento de sensor de temperatura, o elemento de transferência de calor sendo formado como uma blindagem para recebimento de pelo menos uma parte do elemento de temperatura,
[0028] montar referido alojamento de proteção de modo que uma su perfície externa do elemento de transferência de calor está em contato condutivo de calor com uma parede interna do alojamento de proteção.
[0029] Além das vantagens já mencionadas acima, este método de fabricação tem a vantagem que ele pode ser realizado em uma maneira totalmente automática, e dispensa a manipulação de quaisquer pós ou líquidos quando da montagem do sensor de temperatura.
[0030] De acordo com uma concretização vantajosa da presente in venção, a etapa de fabricação do elemento de transferência de calor poroso compreende compressão de uma malha de arame, de preferência, uma malha de arame enlaçada, partículas de metal de soldagem ou sin- terização, ou produção de uma esponja de metal, um metal celular, ou espuma de metal.
[0031] Na técnica existem muitas técnicas de fabricação bem, esta belecidas para produção destas estruturas de metal poroso diferentes.
[0032] Por exemplo, malha de arame enlaçada comprimida pode ser fabricada por enlaçamento e subsequentemente compressão de um arame de Inconel ® 600 tendo um diâmetro de 0,05 mm. As forças de compressão podem, por exemplo, serem escolhidas para produzir uma quantidade de vazios remanescentes de cerca de 50% a 55%. Opcionalmente, etapas de processamento pós-laçamento, tais como etapa de prevenção de corrosão e oxidação, podem ser realizadas. O elemento de transferência de calor comprimido pode, além disso, ser submetido a um etapa de recozimento opcional de modo a reajustar o comportamento elástico do arame após a deformação plástica devido à etapa de compressão.
[0033] Outros metais adequados para produção de um arame que podem ser enlaçados são níquel 200, Nicrosil ou Nisil. Para aplicações de baixa temperatura, também arame de cobre com uma condutividade térmica de até 400 W/mK, pode ser usado.
[0034] De acordo com uma outra concretização vantajosa da pre sente invenção, o elemento de transferência de calor é fabricado de partículas de metal interligadas. Por exemplo, partículas de metal sinterizado podem ser providas que são ou comprimidas na forma desejada ou são usinadas de um vazio sinterizado. Também técnicas de soldagem, tais como técnicas de soldagem, tal como soldagem por choque, podem ser usadas para formação de um elemento de transferência de calor de metal poroso de um pó de metal.
[0035] Uma estrutura de metal poroso pode, além disso, também ser fabricada de espuma de metal, esponjas, ou outro metal celular. Para aplicações de alta temperatura, metais estáveis, tais como níquel e ligas de níquel, podem ser usados. Metal poroso e espumas metálicas são atualmente o foco de muita pesquisa ativa e atividade de desenvolvimento, e um técnico no assunto é ciente de um grande número de técnicas de fabricação para fabricação destas estruturas.
[0036] Os desenhos acompanhantes são incorporados no relatório descritivo e formam uma parte do relatório descritivo para ilustrarem várias concretizações da presente invenção. Estes desenhos, junto com a descrição servem para explanar os princípios da invenção. Os desenhos são meramente para a proposta de ilustração dos exemplos preferidos e alternativos de como a invenção pode ser produzida e usada, e não são para serem construídas como limitando a invenção a somente às concretizações ilustradas e descritas. Além disso, vários aspectos das concretizações podem formar individualmente ou em combinações diferentes, soluções de acordo com a presente invenção. As seguintes concretizações descritas, desse modo, podem ser consideradas ou sozinhas ou em uma combinação arbitrária da mesma. Características adicionais e vantagens tornar-se-ão aparentes a partir da seguinte descrição mais particular das várias concretizações da invenção, conforme ilustrada nos desenhos acompanhantes, em que referências similares se referem a elementos similares, e no qual:
[0037] A FIGURA 1 é uma vista em corte parcialmente em perspec tiva de um sensor de temperatura de acordo com uma concretização exemplar da presente invenção;
[0038] A FIGURA 2 é uma vista em perspectiva de um elemento de transferência de calor;
[0039] A FIGURA 3 é uma vista lateral do elemento de transferência de calor mostrado na Figura 2;
[0040] A FIGURA 4 é outra vista lateral do elemento de transferência de calor mostrado na Figura 2;
[0041] A FIGURA 5 é uma vista de topo do elemento de transferência de calor mostrado na Figura 2;
[0042] A FIGURA 6 é uma vista em perspectiva de um elemento de transferência de calor formado de malha de arame enlaçada;
[0043] A FIGURA 7 é uma representação esquemática da condutivi- dade térmica dependente da temperatura para Inconel ® 600, alumínio, e níquel 200;
[0044] A FIGURA 8 é uma vista em corte parcialmente em perspec tiva de um sensor de temperatura de acordo com uma concretização exemplar adicional da presente invenção.
[0045] A presente invenção será agora explanada em mais detalhe com referência às Figuras e primeiramente referindo-se à Figura 1.
[0046] A Figura 1 mostra uma vista em corte parcialmente em pers pectiva de um sensor de temperatura 100, de acordo com uma concretização exemplar da presente invenção. Tal sensor de temperatura pode, por exemplo, ser usado para medição de uma temperatura de gás de exaustão em um automóvel. O sensor de temperatura 100 compreende um elemento de detecção de temperatura 102 que é operável para trans- duzir uma temperatura detectada em um sinal de saída elétrico. De acordo com uma concretização vantajosa, o elemento de detecção de temperatura 102 compreende um sensor PT 200 como o detector de temperatura atual. Sensores de platina são particularmente vantajosos devido à sua precisão potencial e estabilidade de longo prazo na faixa de alta temperatura. Estes elementos de detecção usam o coeficiente térmico de metal platina. Para reduzir a quantidade de platina usada e de modo a ganhar mais sinal, mais elementos de detecção de platina são hoje em dia na forma de resistores de película delgada.
[0047] Contudo, fica claro a um técnico no assunto que qualquer ou tro elemento de detecção de temperatura miniaturizado pode ser usado de acordo com a presente invenção também. Por exemplo, o elemento de detecção de temperatura 102 pode compreender outro detector de temperatura resistivo (RTD), um termistor, ou um sensor de temperatura de condutor à base de silício.
[0048] O sinal de saída elétrico é admitido nos condutores eletrica mente condutivos 104 que são conectados a um cabo (não mostrado nas Figuras).
[0049] Uma aplicação automotiva de sensor de altas temperaturas é medir, por exemplo, a temperatura de gás de exaustão. Isto significa que uma atmosfera agressiva que pode ser redutiva ou oxidante, contenha enxofre, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, e todos os tipos de compostos destes. Isto, em conjunto com a temperatura, determina materiais para alojamentos e acessórios. Consequentemente, o cabo pode, por exemplo, ser um cabo isolado mineral.
[0050] Além disso, para proteção do elemento de detecção de tem peratura 102 contra a atmosfera agressiva, um alojamento de proteção 108 é provido. Na Figura 1, o alojamento de proteção 108 é mostrado em uma vista cortada de modo a mostrar o elemento de detecção de temperatura 102 e o elemento de transferência de calor 112 montados no lado de dentro. O alojamento de proteção 108, de preferência, é em forma de tubo, e recebe o elemento de detecção de temperatura 102. O alojamento de proteção 108 pode, por exemplo, fabricado de metal. De modo a encher o espaço entre a parede interna do alojamento de proteção 108 e a superfície externa de uma região de transdução 110 do elemento de detecção de temperatura 102, um elemento de transferência de calor 112 é provido de acordo com a presente invenção. O elemento de transferência de calor 112 substitui o enchimento de pó de cerâmica que é usado com sensores de temperatura convencionais.
[0051] De acordo com a presente invenção, o elemento de transfe rência de calor 112 é fabricado antes da montagem do sensor de temperatura 100, e é, por exemplo, formado de um material eletricamente con- dutivo. Mais especificamente, o elemento de transferência de calor 112 pode ser fabricado de um metal poroso.
[0052] Uma vantagem de tal construção pode ser vista no fato que nenhuma energia ou fluidos têm que ser manuseados quando da montagem do sensor de temperatura 100. O elemento de transferência de calor 112 proporciona uma trajetória condutiva de calor entre a parede interna do alojamento de proteção 108 e uma superfície externa da região de transdução 110 do elemento de detecção de temperatura 102. Além disso, a região de transdução mecanicamente sensitiva 110 é segura contra vibrações e choque.
[0053] O elemento de transferência de calor pode, por exemplo, ser fabricado por meio de impressão 3D, usinagem, sinterização, estampagem, moldagem, ou similares.
[0054] Além disso, o elemento de transferência de calor 112 pode ser fabricado por qualquer técnica adequada de formação de uma estrutura de metal poroso. Conforme mencionado acima, o elemento de transferência de calor pode ser fabricado de malha de arame comprimida, de preferência, uma malha de arame enlaçada, partículas de metal soldado ou sinterizado, ou de uma esponja de metal, um metal celular, ou espuma de metal. Para todos estes materiais, um aspecto importante é que vazios estão presentes dentro da matriz metálica. Isto conduz à uma flexibilidade mecânica que permite a absorção de choques e vibrações, enquanto que ainda se beneficiando da condutividade térmica superior do metal.
[0055] De acordo com uma concretização exemplar da presente in venção, o elemento de transferência de calor 112 é fabricado de uma malha de arame enlaçada e comprimida. Pode ser mostrado que, por exemplo, de um arame de Inconel ® 600 com um diâmetro de seção transversal de 0,05 mm, elementos de transferência de calor com uma densidade de cerca de 45% podem ser fabricados por compressão da malha de arame enlaçada. Consequentemente, uma percentagem de vazios de cerca de 55%, estão presentes. Estes vazios podem, ou serem enchidos com ar, um gás inerte, ou com um fluido de condição de calor. O processo de enlaçamento permite produção de uma parte sólida com um arame único ou um número conhecido de arames, reduzindo, desse modo, significantemente o risco de arames soltos comparados a entrelaçamento tecido.
[0056] A substituição do material de carga isolado mineral convenci onal pelo elemento de transferência de calor enlaçado de metal 112 aperfeiçoa a condição térmica entre o alojamento de proteção 108 e o elemento de detecção de temperatura 102. Consequentemente, um tempo de resposta significantemente aperfeiçoado pode ser alcançado. A porosidade da malha enlaçada, além disso, permite a presença de oxigênio ao redor do elemento de detecção de temperatura 102, que, no caso de um elemento termoresistente à platina, assegura uma melhor estabilidade de longo prazo.
[0057] Além disso, a flexibilidade e compressibilidade da malha en laçada reduz o nível de estresse mecânico exercido no elemento de detecção de temperatura 102 devido à expansão de calor dos materiais envolvidos.
[0058] As Figuras 2 a 5 ilustram uma concretização vantajosa do ele mento de transferência de calor 112 que pode ser usado na disposição mostrada na Figura 1. Deve ser notado que as dimensões geométricas podem ser realizadas pelas técnicas acima mencionadas para fabricação de um metal poroso.
[0059] Conforme mostrado na Figura 2, o elemento de transferência de calor 112 compreende uma região de base 116 e duas paredes laterais opostas 118 que se prolongam essencialmente perpendicularmente a partir da região de base 116. A região de base 116 e as paredes laterais 118 juntas formam um recesso 120 para acomodar a região de transdu- ção 110. A superfície externa do elemento de transferência de calor 112 é formada para se equiparar à superfície interna do alojamento de proteção 108. Desse modo, no estado finalmente montado, o elemento de transferência de calor 112 está em contato de condução de calor com o alojamento de proteção 108. Por outro lado, as paredes internas das paredes laterais 118 estão em contato condutivo de calor com a região de transdução 110 do elemento de detecção de temperatura 102. Desse modo, uma transferência de calor eficiente a partir do ambiente externo através do alojamento de proteção 108 e do elemento de transferência de calor 112 à região de transdução 110, pode ser alcançada.
[0060] De modo a evitar dano ao elemento de detecção de tempera tura 102 quando da inserção do mesmo no elemento de transferência de calor 112, o elemento de transferência de calor 112 compreende regiões chanfradas 122 ao longo das bordas das paredes laterais 118.
[0061] Conforme pode ser visto da Figura 5, o elemento de transfe rência de calor 112 tem um contorno essencialmente circular que assenta dentro do espaço interno cilíndrico na periferia e do alojamento de proteção 108.
[0062] A Figura 6 ilustra um elemento de transferência de calor 112 fabricado de um arame enlaçado e comprimido. Conforme já mencionado, o elemento de transferência de calor 112 tem uma densidade de cerca de 45%, dependendo da força de compressão e do diâmetro de arame da malha de arame enlaçada. De acordo com a presente invenção, o elemento de transferência de calor 112 deve suportar uma faixa de temperatura de -40°C a cerca de +1100 °C. A malha de arame enlaçada deve ser sem defeitos, tais como inclusões, arames perdidos, perfurações, ou oxidação. De preferência, um volume livre de cerca de 50% é alcançado.
[0063] De preferência, nenhum arame perdido ou arames de corte estão presentes, de modo que o elemento de transferência de calor 112 é trazido em sua forma final pela compressão sozinha. Contudo, quando da escolha de outra possibilidade de produção da estrutura de metal poroso, tal como metal sinterizado ou espumado, pode também ser vantajoso pré-fabricar o vazio que é, em seguida, trazido na forma final por meio de um processo de usinagem.
[0064] A malha enlaçada pode ser fabricada de um grande painel de metais. Os materiais de arame exemplares são, por exemplo, Inconel ® 600, níquel 200, Nicrosil, ou Nisil. Além disso, para aplicações em temperaturas inferiores, também arame de cobre pode ser uma opção porque o cobre tem uma alta condutividade térmica de até 400 W/mK.
[0065] De modo a evitar corrosão ou oxidação, processamento opci onal de post-knit pode ser provido. Além disso, também uma etapa de recozimento pode ser realizada após a compressão ter ocorrido.
[0066] A Figura 7 mostra uma representação esquemática da condu- tividade térmica dependente da temperatura para os três materiais de arame diferentes: Inconel ® 600, alumínio, e níquel 200. A curva 700 representa a condutividade térmica dependente da temperatura de Inconel ® 600, pelo que as curvas 702 e 704 ilustram a condutividade térmica de um elemento de transferência de calor 112 fabricado de níquel 200 e elemento do mesmo, respectivamente. Conforme pode ser visto desta comparação, níquel 200, bem como Inconel ® 600, exibem as características vantajosas que sua condutividade térmica eleva com o aumento da temperatura. Para o níquel 200, este comportamento pode somente ser encontrado à temperaturas acima de 400°C.
[0067] A Figura 8 mostra uma concretização alternativa de um sen sor de temperatura 100, de acordo com a presente invenção. Em contraste à primeira concretização mostrada na Figura 1 a 6, o elemento de transferência de calor 112 tem um receptáculo retangular fechado 114 que recebe o elemento de detecção de temperatura 102. Além desta diferença em sua forma, todas as outras características explanadas com referência à Figura 1 a 6 se aplicam também para a concretização mostrada na Figura 8.
[0068] Em resumo, a presente invenção proporciona um conceito aperfeiçoado para enchimento da folga entre um elemento de detecção de temperatura 102 e um tubo de proteção fechado 108, e assegura uma transferência de calor aperfeiçoada a partir do tubo no elemento de detecção de temperatura, e dispensa com o cimento de cerâmica usual ou enchedores de pó. O enchedor pode, desse modo, ser formado antes do elemento de detecção de temperatura ser inserido, que facilita o processo de fabricação. Numerais de referência
Claims (9)
1. Sensor De Temperatura Que Compreende: Um Elemento De Detecção De Temperatura (102) Para Trans- Dução De Uma Temperatura Detectada Em Um Sinal De Saída Elétrico; Um Alojamento De Proteção (108) Para Pelo Menos Parcial-mente Encerrar O Elemento De Detecção De Temperatura (102); Um Elemento De Transferência De Calor (112) Para Proteção Do Elemento De Sensor De Temperatura (102), O Elemento De Transferência De Calor (112) Sendo Formado Como Uma Blindagem Para Receber Pelo Menos Uma Parte Da Região De Transdução (110) Do Elemento Sensor De Temperatura (102), Caracterizado Por Uma Superfície Externa Do Elemento De Transferência De Calor (112) Estar Em Contato Condutivo De Calor Com Uma Parede Interna Do Alojamento De Proteção (108); No Qual Referido Elemento De Transferência De Calor (112) É Produzido Como Uma Parte Pré-fabricada Separada De Referido Elemento De Sensor De Temperatura (102) E Compreende Uma Malha De Arame Comprimido Condutiva.
2. Sensor de temperatura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por referido elemento de transferência de calor (112) compreender pelo menos um dentre platina, cobre, alumínio, níquel, liga de níquel cromo, liga de níquel silício e liga de níquel cromo molibdênio nióbio.
3. Sensor de temperatura de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por os vazios da referida malha de arame comprimido serem enchidos com ar, ou com um fluido de oxidação de metal.
4. Sensor de temperatura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 caracterizado por referido elemento de transferên-cia de calor (112) ter uma região de base (116) e duas paredes laterais opostas (118) que se prolongam perpendicularmente de referida região de base (116), e formam um recesso (120) para acomodar o elemento de detecção de temperatura (102).
5. Sensor de temperatura de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por referido elemento de transferência de calor (112) ter um contorno pelo menos parcialmente cilíndrico que se equipara com um contorno interno essencialmente cilíndrico do alojamento de proteção (108).
6. Sensor de temperatura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 caracterizado por referido elemento de detecção de temperatura (102) compreender um detector de temperatura resistivo (RTD), um termistor, ou um sensor de temperatura à base de silício.
7. Sensor de temperatura de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o RTD ser um sensor de temperatura de alta resis-tência de platina.
8. Método para fabricação de um sensor de temperatura ca-racterizado por compreender as seguintes etapas: proporcionar um elemento de detecção de temperatura (102) que é operável para transduzir uma temperatura detectada em um sinal de saída elétrico; fabricar um alojamento de proteção (108) para pelo menos parcialmente encerrar uma região de transdução (110) do elemento de detecção de temperatura (102); produzir um elemento de transferência de calor (112) como uma parte pré-fabricada separada de referido elemento de sensor de temperatura (102), em que a etapa de produzir o elemento de transfe-rência de calor (112) compreende comprimir uma malha de arame ele-tricamente condutiva; montar o elemento de transferência de calor (112) sobre o elemento de sensor de temperatura (102), o elemento de transferência de calor (112) sendo formado como uma blindagem para recebimento de pelo menos a parte da região de transdução (110) do elemento de temperatura (102), montar referido alojamento de proteção (108) de modo que uma superfície externa do elemento de transferência de calor (112) está em contato condutivo de calor com uma parede interna do alojamento de proteção (108).
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por referido elemento de transferência de calor (112) ser fabricado de pelo menos um dentre platina, ouro, cobre, alumínio, níquel, liga de níquel cromo, liga de níquel silício, e liga de níquel cromo molibdênio nióbio.
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