CN101311691A - 基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法 - Google Patents

基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法，包括下列单元：圆筒型外部保护管，在其上面及下面沿着长度方向朝内凹陷而形成第一空间部及第二空间部并通过通孔将其相连；薄膜型温度传感器，通过上述第一、第二空间部及通孔安装在上述外部保护管的内部；以及填料，充填在上述外部保护管的第一及第二空间部，把上述薄膜型温度传感器固定在上述第一及第二保护管的内部并使其成为一体。本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪凭借着所充填的充填物或陶瓷油膏(Paste)对外部保护管的空间部里的薄膜型温度传感器加以处理，可以稳定地固定住传感器引脚及电线连接部位；通过充填物稳定地固定住下部空间的外部连接用金属线，有效地防止了外部的机械冲击通过下面的外部连接用金属引线传达到薄膜型温度传感器。

Description

基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法，尤其是凭借着所充填的充填物或陶瓷油膏对外部保护管的空间部里的薄膜型温度传感器加以处理，可以稳定地固定住传感器引脚及电线连接部位；通过充填物稳定地固定住下部空间的外部连接用金属线并使其具有良好的耐机械冲击性的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法。
背景技术
下面说明现有技术的薄膜型温度传感器。
图1是现有技术的一般薄膜型温度传感器图。如图1所示，在长度为10mm左右、厚度小于1mm的薄陶瓷基板上使用金属物质形成薄膜并进行图样化后制成薄膜型温度传感器1。
薄膜型温度传感器本体2一侧有一双引脚3以电极2a为介质相互连接。
上述薄膜型温度传感器对外部的物理冲击或振动较为脆弱。
图2是安装在陶瓷管里的现有薄膜型温度传感器图。为了解决图1所示一般薄膜型温度传感器1的问题，在某些环境里如图2所示把薄膜传感器1插入陶瓷管后添加充填物4制成薄膜型温度传感器10。
虽然具有上述结构的薄膜型温度传感器10的冲击安全性高于一般薄膜型温度传感器1，但其冲击稳定性依然脆弱，尤其是温度传感器10的外部连接线部位作为一般薄膜型温度传感器的传感器引脚2(直径为0.25mm左右)使用，因此直接连接到系统时，在结构上对于机械冲击或振动相当脆弱。
图3是现有技术的最终薄膜型温度传感器图。如图3所示，为了把图1所示薄膜型温度传感器1或图2所示安装在陶瓷管里的薄膜型温度传感器10适用到船舶领域及其它应用领域，把引脚3连接到较粗的(1mm以上)金属线5(或电缆，直径1mm以上)后插入金属保护管8并加以密封制成薄膜型温度传感器20。上述薄膜型温度传感器20解决了现有薄膜型温度传感器1或10的问题，把较粗的金属线5应用到信号输出用途，实现了机械稳定性且容易紧固。
然而，外部的机械冲击或振动通过较粗的金属线传达到上述现有薄膜型温度传感器的薄膜温度传感器本体2或引脚连接部，导致连接部的接触不良或引脚连接部破坏，不仅使得薄膜型温度传感器本身无法发挥出传感器功能，而且由于薄膜型温度传感器的制造与组装工序繁多而降低了作业性。
图4与图5是现有技术的线轴型温度传感器图。如图4与图5所示把作为旧型薄膜型温度传感器的白金引线31(直径0.04-0.05mm)缠绕在陶瓷/玻璃线轴32后制成线轴型温度传感器30。陶瓷/玻璃线轴32的一侧连接金属引线33(直径1mm)。
图5是目前适用于大部分船舶的船舶用温度传感器40，线轴型温度传感器30被插入金属保护管34的内部。由于上述线轴型温度传感器40的机械冲击或振动强度较弱，而且所有的工序都采取手工方式，产品的零件与部件价格昂贵，过高的生产成本使其丧失了作为商品的竞争力。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种改善了薄膜型温度传感器的机械冲击特性并具有卓越的耐热特性的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪。
本发明的另一个目的是提供一种改善了薄膜型温度传感器的机械冲击特性并具有卓越的耐热特性的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪包括下列单元：圆筒型外部保护管，在其上面及下面沿着长度方向朝内凹陷而形成第一空间部及第二空间部并通过通孔将其相连；薄膜型温度传感器，通过上述第一、第二空间部及通孔安装在上述外部保护管的内部；以及填料，充填在上述外部保护管的第一及第二空间部，把上述薄膜型温度传感器固定在上述第一及第二保护管的内部并使其成为一体。
本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法包括下列步骤：第一步骤，准备薄膜型温度传感器；第二步骤，把上述薄膜型温度传感器的引脚与外部连接用引脚的金属引线加以焊接；第三步骤，准备可以保护上述薄膜型温度传感器的外部保护管；第四步骤，通过第一、第二空间部及通孔把上述薄膜型温度传感器插入并安装在上述外部保护管的内部；以及第五步骤，将填料添加到位于上述外部保护管的上下部的第一及第二空间部而把插入并安装在上述外部保护管里的薄膜型温度传感器加以固定并使其成为一体。
本发明另一实施例的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，以包括真空室以及安装在上述真空室里并可以固定住温度测试仪的外部保护管的治具之填料注入装置为其中介手段，其特征为包括下列步骤：第一步骤，把薄膜型温度传感器的引脚与外部连接用引脚的金属引线加以焊接；第二步骤，把保护上述薄膜型温度传感器的外部保护管固定在真空室里的治具上；第三步骤，通过第一、第二空间部及通孔把上述薄膜型温度传感器插入并安装在上述外部保护管的内部；第四步骤，将填料添加到位于上述外部保护管的上部的第一空间部并把上述薄膜型温度传感器加以固定；第五步骤，清除上述真空室里的空气；第六步骤，向真空室内部注入外部空气；以及第七步骤，从治具拿开温度测试仪并把充填物添加到外部保护管的第二空间部里。
如前所述，本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法可以凭借着所充填的充填物或陶瓷油膏对外部保护管的空间部里的薄膜型温度传感器加以处理，可以稳定地固定住传感器引脚及电线连接部位；通过充填物稳定地固定住下部空间的外部连接用金属线，有效地防止了外部的机械冲击通过下面的外部连接用金属引线传达到薄膜型温度传感器。
而且，还可以通过真空室使充填物完全填满外部保护管的内部而最大限度地增加充填密度，因此本发明温度测试仪的结构远比现有温度测试仪坚固。
附图说明
图1是现有技术的一般薄膜型温度传感器图。
图2是安装在陶瓷管里的现有薄膜型温度传感器图。
图3是现有技术的最终薄膜型温度传感器图。
图4与图5是现有技术的线轴型(Spool type)温度传感器图。
图6与图7是薄膜型温度传感器的传感器引脚与外部输出用金属引线的焊接工序图。
图8是本发明的陶瓷保护管的侧视剖面图及仰视图。
图9与图10是本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪图。
图11是本发明薄膜型温度传感器的制造过程的工序流程图。
图12是显示了现有薄膜型温度传感器的制造过程中注入式油膏充填方法的温度测试仪侧视剖面图。
图13是在图12注入油膏后通过振动方式充填油膏的温度测试仪侧视剖面图。
图14是本发明另一实施例的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造过程中在真空室里安装治具后把外部保护管固定在治具上的真空室侧视剖面图。
图15是图14的局部放大图，是固定在治具上的温度测试仪的侧视剖面图，在固定于真空室内部治具上的温度测试仪的空间部注入液相油膏后清除真空室内的空气。
图16和图15一样是图14的局部放大图，是固定在治具上的温度测试仪的侧视剖面图，在固定于真空室内部治具上的温度测试仪的空间部注入液相油膏后清除真空室内的空气，然后把液相油膏完全充填在温度测试仪的空间部。
图17是依次显示了图14所示基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造过程的工序流程图。
<图形主要符号的说明>
100，100-1：薄膜型温度传感器
110：白金薄膜温度传感器本体
112：(传感器)引脚
212：金属引线(Lead Wire)(外部连接用)
200，200-1：温度测试仪
300：银点焊部
400：电弧点焊部
具体实施方式
下面结合附图对本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪及其制造方法。
图6与图7是薄膜型温度传感器的传感器引脚与外部输出用金属引线的焊接工序图。
图6显示了白金薄膜温度传感器100在薄膜型温度传感器本体110的薄膜型传感器引脚112与金属引线212的焊接部(重叠部位)以融解银Ag的方式使其粘合的工序(也称为银点焊(Ag spotwelding))(形成银点焊部300)；图7显示了白金薄膜温度传感器100-1在薄膜型温度传感器本体110的薄膜型传感器引脚112与金属引线212的焊接部(重叠部位)在没有使用中间介质的情形下通过电弧(Arc)方式把两个引脚112，212融解粘合的工序(也称为电弧点焊(electric arc spot welding)，可以形成电弧焊接部400)。
图8是本发明的陶瓷保护管的侧视剖面图及仰视图。
图8显示了薄膜型温度传感器100，100-1的外部保护管120，外部保护管120的材料是陶瓷(氧化铝，Al2O3)。
根据其侧视剖面图，上述外部保护管120的结构如下：第一及第二空间部122、124的中心轴与上述外部保护管120的长度方向中心轴相同，以同心圆的形态分别在上述外部保护管120的上面及下面沿着长度方向朝内侧凹陷成具有一定长度的圆筒型并形成圆筒型空间部(成为插入槽的形式)，第一及第二空间部122、124分别在上面及下面形成开口，第一及第二空间部的底面之间通过两个通孔125相连，金属引线212则贯穿上述通孔125。
上述外部保护管120下端的空间部，即第二空间部124可以防止在处理或使用过程中生成的振动、冲击及拉伸(拉引及推伸)之类的物理变化通过金属引线212传达到薄膜型温度传感器100，100-1。
图9与图10是本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪图。
如图9所示，使用氧化镁MgO或氧化铝Al2O3粉末充填外部保护管120的第一空间部122，第二空间部124及上述第一空间部122的上面的一部分则使用有机粘接剂(环氧物(epoxy))140进行充填，就能制成基于保护管120内部的薄膜型温度传感器100的温度测试仪200。
如图10所示，使用氧化镁MgO或氧化铝Al2O3粉末完全充填外部保护管120的第一空间部122，第二空间部124则使用另一个充填物陶瓷油膏(氧化锆ZrO2或氧化铝)进行充填，就能制成基于陶瓷保护管120内部的薄膜型温度传感器100-1的温度测试仪200-1。
也就是说，薄膜温度传感器本体110可以稳定地固定在外部保护管120的第一空间部122，金属线212则稳定地固定在第二空间部124。在上述第一空间部122与第二空间部124充填了陶瓷油膏或环氧物后进行热处理。因此可以防止外面的机械冲击通过上述金属引线212传到薄膜型温度传感器的本体。此时成形(Molding)物质在高温时(200℃以上)使用陶瓷油膏(氧化锆或氧化铝等)，低温时(200℃以下)使用环氧物。
图11是本发明基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造过程的工序流程图。
如图11所示，首先在步骤ST-2准备薄膜型温度传感器100，100-1。
然后，在步骤ST-4把上述薄膜型温度传感器100或100-1的引脚112与外部连接用引脚的金属引线212加以焊接。此时，焊接方式为银点焊或电弧焊接。
然后，在步骤ST-6准备可以保护上述薄膜型温度传感器100或100-1的外部保护管120。
然后，在步骤ST-8把薄膜型温度传感器100或100-1插入并安装在上述外部保护管120里。插入时把薄膜型温度传感器100置于上述外部保护管120的上面，然后把上述薄膜型温度传感器100插入安装到位于上面的第一空间部122，以上述薄膜型温度传感器100的外部连接用金属引线212贯穿通孔125的方式进行插入并安装，一直到上述薄膜型温度传感器本体110的银点焊部300(或电弧焊接部400)的端部到达上述第一空间部122的底面为止。
然后，在步骤ST-10把陶瓷油膏或其它充填物添加到位于上述外部保护管120的上下部的第一及第二空间部122、124里并把上述第一及第二空间部122、124局部或全部填满。
然后，在步骤ST-12对于充填在上述外部保护管120里的陶瓷油膏或充填物进行热处理。因此，硬化后的充填物可以把上述薄膜型温度传感器100或100-1牢牢地固定在上述外部保护管120内部并制成基于薄膜型温度传感器的温度测试仪200或200-1。
下面对本发明另一实施例的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法做进一步说明。
图12是显示了现有薄膜型温度传感器的制造过程中注入式油膏充填方法的温度测试仪侧视剖面图；图13是在图12注入油膏后通过振动方式充填油膏的温度测试仪侧视剖面图。
在基于薄膜型温度传感器510的温度测试仪的现有制作方法中，把油膏530制作成充填物注入外部保护管502内部的方法包括基于液相油膏流动性的注入式充填工序及在充填物流下的时候给予振动的振动式充填工序，图12及图13分别显示了上述两种工序。
使用注入式充填工序时，由于保护管502的内部空间包含了温度传感器510，因此油膏无法到达包含了连接在温度传感器510下端部511的引脚512与金属引线514的空间部522的底部，进而出现剩余的空间部522。
使用振动式充填工序时，尽管保护管502的内部空间具有温度传感器510，但因为使用治具542，544左右(箭号方向)振动保护管502的两个侧面，因此可以在温度传感器510的下端部511比图1充填更多的油膏，但无法整个填满包含了连接在温度传感器510下端部511的引脚512与金属引线514的空间部522，还是会出现剩余的空间部522。
图14是本发明另一实施例的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造过程中在真空室里安装治具后把外部保护管固定在治具上的真空室侧视剖面图；图15是图14的局部放大图，是固定在治具上的温度测试仪的侧视剖面图，在固定于真空室内部治具上的温度测试仪的空间部注入液相油膏后清除真空室内的空气；图16和图15一样是图14的局部放大图，是固定在治具上的温度测试仪的侧视剖面图，在固定于真空室内部治具上的温度测试仪的空间部注入液相油膏后清除真空室内的空气，然后把液相油膏完全充填在温度测试仪的空间部；图17是依次显示了图14所示基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造过程的工序流程图。
如图14所示，为了在本发明一实施例的温度测试仪的制造过程中把油膏充填到温度测试仪的空间部里而配置了真空式充填装置。真空式充填装置包括：真空室610，具有一定大小的内部空间S；真空泵620，位于上述真空室610的一侧并通过泵管线L1连接到上述真空室610；通风装置630，位于上述真空室610的一侧并通过通风管线L2连接到上述真空室610；以及多个治具装置642，644，646，安装在上述真空室610的内部并可以固定住温度测试仪保护管。
真空式充填装置具有可以承受真空压力的腔室，为了把保护管固定在上述腔室内部而在其内部配置了治具。真空泵620可以使上述腔室形成真空状态。通风装置630为了在工序完毕后轻易地装卸传感器而通过通风管线供应外部空气。
如图15所示，连接到温度传感器710的下端部711的引脚及金属引线的结构和图6及图7所示实施例的温度传感器相同或相似。也就是说，温度传感器710的金属引线以贯穿外部保护管702的通孔725的方式安装。
此时，上述外部保护管702安装在真空室610里的治具642，644，646上。通过真空泵620把真空室610内部环境控制为真空状态，把液相油膏730注入上述外部保护管702里的第一空间部722内。图15是开始把油膏730注入外部保护管702的第一空间部722里的初始图。此时，由于真空泵620从下方(参考箭号)吸取空气而使得留在外部保护管702的第一空间部722里的空气层的内部压力降低，具有大气压力的油膏将整体性地往第一空间部722的下方流动并进行充填作业。图形符号723表示第二空间部。
如图16所示，通过真空泵620使真空室610内部成为真空状态后，把外部保护管702的第一及第二空间部722，723的内部空气层整个往下(参考箭号)吸取，使得油膏730致密地充填到第一空间部722里。
在上述工序进行充填作业时，由于温度传感器710没有暴露在振动环境里，因此可以在制造温度传感器时确保稳定性，进而达到最佳的气密性。
如图17所示，图14所示基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法以填料注入装置为其中介手段，上述填料注入装置包括：真空室610；以及治具，安装在上述真空室610内部并可以固定住温度测试仪的外部保护管。
基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法的第一步为，准备薄膜型温度传感器ST-20。
然后，把上述薄膜型温度传感器的引脚与外部连接用金属引线加以焊接ST-24。
然后，把保护上述薄膜型温度传感器的外部保护管固定在真空室里的治具ST-26。
然后，通过第一、第二空间部及通孔把上述薄膜型温度传感器插入并安装在上述外部保护管的内部ST-28。
将填料添加到位于上述外部保护管的上部的第一空间部并把上述薄膜型温度传感器加以固定ST-3。然后，清除上述真空室610里的空气并形成真空状态ST-32。在上述状态下，上述第一空间部内部逐渐填满填料成为充填完毕状态ST-34。
然后，使用通风装置630把外部空气注入上述真空室里ST-36，经过上述步骤后可以在工序完毕后轻易地装卸温度测试仪。
然后，从治具拿开温度测试仪ST-38并把充填物添加到外部保护管的第二空间部723里而成为充填完毕状态ST-40。
然后，针对制作完毕的温度测试仪进行热处理ST-42。

Claims (15)

1.一种基于薄膜型温度传感器的温度测试仪，包括下列单元：
圆筒型外部保护管，在其上面及下面沿着长度方向朝内凹陷而形成第一空间部及第二空间部并通过通孔将其相连；
薄膜型温度传感器，通过上述第一、第二空间部及通孔安装在上述外部保护管的内部；以及
填料，充填在上述外部保护管的第一及第二空间部，把上述薄膜型温度传感器固定在上述第一及第二保护管的内部并使其成为一体。
2.根据权利要求1所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述外部保护管的第一空间部与第二空间部分别是上面及下面具有开口的圆筒型插入槽，第一空间部与第二空间部的对向底面分别通过通孔相连。
3.根据权利要求1所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述薄膜型传感器包括：
薄膜温度传感器本体；
一双引脚，与上述薄膜温度传感器一侧面接触；以及
一双金属引线，与上述引脚形成电气连接状态。
4.根据权利要求3所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述引脚与金属引线是以银为中间介质的银点焊方式连接的。
5.根据权利要求3所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述引脚与金属引线是通过电弧焊接方式连接的。
6.根据权利要求1所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述外部保护管的第一空间部利用氧化镁或氧化铝粉末作为填料而完全或局部充填，第二空间部则以氧化锆或氧化铝等陶瓷油膏作为填料进行充填。
7.根据权利要求1所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
上述外部保护管的第一空间部的一部分利用氧化镁或氧化铝粉末作为填料而完全或局部充填，上述第一空间部的其余上部空间与第二空间部则以环氧物作为填料进行充填。
8.一种基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，包括下列步骤：
第一步骤，准备薄膜型温度传感器；
第二步骤，把上述薄膜型温度传感器的引脚与外部连接用引脚的金属引线加以焊接；
第三步骤，准备可以保护上述薄膜型温度传感器的外部保护管；
第四步骤，通过第一、第二空间部及通孔把上述薄膜型温度传感器插入并安装在上述外部保护管的内部；以及
第五步骤，将填料添加到位于上述外部保护管的上下部的第一及第二空间部而把插入并安装在上述外部保护管里的薄膜型温度传感器加以固定并使其成为一体。
9.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第五步骤后还包括第六步骤，对充填在上述外部保护管里的填料进行热处理而使其硬化。
10.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第二步骤中，引脚与金属引线是以银为中间介质的银点焊方式连接的。
11.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第二步骤中，引脚与金属引线是通过电弧焊接方式连接的。
12.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第五步骤中，上述外部保护管的第一空间部利用氧化镁或氧化铝粉末作为填料而完全或局部充填，第二空间部则以氧化锆或氧化铝等陶瓷油膏作为填料进行充填。
13.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第五步骤中，上述外部保护管的第一空间部的一部分利用氧化镁或氧化铝粉末作为填料而完全或局部充填，上述第一空间部的其余上部空间与第二空间部则以环氧物作为填料进行充填。
14.根据权利要求8所述的基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，其特征为：
在上述第五步骤中，充填到上述外部保护管的第一空间部里的填料是液相油膏，在上述外部保护管固定在真空室里的治具且真空室内部处于真空状态时进行充填作业。
15.一种基于薄膜型温度传感器的温度测试仪的制造方法，以包括真空室以及安装在上述真空室里并可以固定住温度测试仪的外部保护管的治具之填料注入装置为其中介手段，其特征为包括下列步骤：
第一步骤，把薄膜型温度传感器的引脚与外部连接用引脚的金属引线加以焊接；
第二步骤，把保护上述薄膜型温度传感器的外部保护管固定在真空室里的治具上；
第三步骤，通过第一、第二空间部及通孔把上述薄膜型温度传感器插入并安装在上述外部保护管的内部；
第四步骤，将填料添加到位于上述外部保护管的上部的第一空间部并把上述薄膜型温度传感器加以固定；
第五步骤，清除上述真空室里的空气；
第六步骤，向真空室内部注入外部空气；以及
第七步骤，从治具拿开温度测试仪并把充填物添加到外部保护管的第二空间部里。
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