CN101495844A - 温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温度传感器(1)，其具有传感器元件(4)，该传感器元件与温度传感器(1)的壳体(2)相接触，该壳体设计为接触导线。设置在该壳体(2)的内部的接触导线(6，7，10，11)设计为同中心的，并且借助于环形弹簧(10)在弹簧力下保持。出于检测目的，设置有与传感器元件(4)并联的检测电阻(9)。

Description

温度传感器
技术领域
本发明涉及一种用于确定内燃机的废气的温度的温度传感器，其具有设置在壳体中的温度敏感的传感器元件以及在壳体的内部延伸的接触导线，接触导线连接到传感器元件上。
背景技术
这种类型的温度传感器已经在DE 10158529A1中公开。已知的温度传感器具有圆柱形的壳体，该壳体可以插入到废气管道的壁中。在壳体的可以插入到废气管道中的端部设置有贯通孔，废气可以通过这些贯通孔流入到壳体中。陶瓷基板在壳体内延伸，在陶瓷基板上在贯通孔的区域中设计有热敏电阻。此外在陶瓷基板上设计有接触导线，这些接触导线穿过设置在壳体的内部的保持部件。在陶瓷基板的设置用于连接电缆的端部上设置有接触夹子，外部的电缆可以安装在这些接触夹子上。由于设置用于将陶瓷基板保持在壳体中的保持部件是由金属网缠绕而成的，壳体的内部没有由保持装置密封。因此在连接到接触夹子上的电缆的区域中设置有密封件，利用该密封件，壳体可以在电缆侧被密封。
已知的温度传感器用于监控内燃机的废气温度。内燃机的废气温度是用于发动机控制的重要的参数。特别是应当对发动机组进行过热保护，并且将内燃机排放的污染物最少化。在柴油发动机中特别设置有炭烟颗粒过滤器的监控装置。在废气中产生的温度最高达到1100℃。
已知的温度传感器的安装通过将密封件安装在电缆上来实现。接着将电缆与接触夹子连接并且将保持部件围绕着陶瓷基板缠绕。这样陶瓷基板就被推入到壳体中，并且包围住外部的电缆的密封件被插入到壳体的电缆侧的开口中。
已知的温度传感器的缺点在于，炭烟颗粒可以通过壳体的贯通孔到达温度传感器的内部并且附着在那里。由此温度传感器的测量性能随时间会发生变化。此外，已知的温度传感器安装复杂。因为由网缠绕成的保持部件没有将陶瓷基板保持在确定的位置上。此外，当保持部件和陶瓷基板一起被插入壳体时，保持部件可以沿着陶瓷基板滑动。
发明内容
从这样的现有技术出发，本发明的任务在于，实现一种可以简单地安装的温度传感器，其具有确定的测量特性。
该任务通过具有独立权利要求的特征的温度传感器来解决。有利的设计方案和改进方案在其从属权利要求中给出。
在温度传感器中，温度敏感的传感器元件与设计为接触导线的壳体相接触。因为可以通过简单的方式将传感器元件插入到壳体中，所以大大地简化了传感器元件在壳体中的安装。壳体设计为接触导线的情况也有助于简化安装，这是由于在壳体的内部，接触导线必须较少地引向传感器元件。另外，由于传感器元件通过壳体的壁热耦合在外部的气流上，在壳体的壁上不再需要开口。因此不会有炭烟颗粒附着在壳体的内部。通过使传感器元件抵靠在壳体上，传感器元件相对于壳体最终具有一个确定的位置，从而使在传感器元件与壳体之间的热耦合在温度传感器的不同的实施例中都是相同的。温度传感器的测量特性的偏差也与之相应地降低。因此，温度传感器可以简单地安装并且具有确定的温度特性。
在一个优选的实施例中，连接到传感器元件上的接触导线在壳体的内部同中心地延伸。在这种情况下，不取决于接触导线的角位以由此实现在壳体的内部延伸的接触导线与传感器元件之间的接触。因此进一步简化了安装。
内部的接触导线优选地嵌入到具有同中心的绝缘管套的绝缘体中。这种措施确保了内部的接触导线位于相对壳体而言是确定的位置上并且与传感器元件相接触。
传感器元件可以例如是热敏电阻。为了连接热敏电阻，仅仅需要两个接触导线，因此，设计为接触导线的壳体和内部的接触导线就足够了。
热敏电阻优选地是具有负温度系数的热敏电阻，即所谓的负温度系数热敏电阻。这种类型的传感器元件可以成本低廉地制造，并且适于测量高温，如在废气中产生的高温。
为了在温度传感器中实现故障诊断，将检测电阻与负温度系数热敏电阻并联。借助于检测电阻可以确定，在直到检测电阻的电路上，电缆和在温度传感器的内部的接触导线是否发生了短路或断路。
检测电阻优选地与壳体的内部轮廓互补地设计，并且利用其外侧抵靠在壳体的内侧上。由于在检测电阻的这种类型的设计方案和布置中不取决于检测电阻的角位，检测电阻可以以简单的方式安装在壳体的内部。
在传感器元件与内部的接触导线之间的接触优选地借助于弹簧元件来实现，该弹簧元件将弹簧力施加到内部接触导线和传感器元件上。这种弹簧元件可以例如是环形弹簧，该环形弹簧促成内部的接触导线与抵靠在壳体的内侧上的检测电阻之间的接触。
这种类型的弹簧元件例如利用朝向传感器元件的一侧安置在检测电阻上以及内部的接触导线上。弹簧元件可以在背对传感器元件的一侧抵靠在支承装置上，该支承装置由温度传感器的壳体或其他的附件构成。
另外，在壳体的内部可以设置有电路载体，在电路载体上设计有用于使得传感器元件运行的传感器电路。这样有以下优点，即温度传感器可以具有附加的用于监控传感器元件的智能。此外，可以设置将数据数字式地传输到中央车载计算机。通过数字式的数据传输可以避免干扰的影响。传感器电路屏蔽地位于壳体的内部也是有助于防止干扰的。
附图说明
本发明的其他优点和特性通过以下的描述表明，其中根据附图对本发明的实施例详细地描述。其中示出了：
图1温度传感器的纵剖图；
图2在图1中示出的对于温度传感器的等效电路图；
图3描绘在图1中示出的温度传感器的特征曲线的图表；以及
图4另一种温度传感器的框图。
具体实施方式
图1示出了温度传感器1，其设置为用于测量废气的温度。温度传感器1具有纵向延伸的圆柱形的壳体2，在该壳体上设计有环绕的止动环3。止动环3限定出一个止挡部，温度传感器1的壳体2可以插入到废气管道的壁中直到该止挡部为止。出于这个目的，可以在废气管道上设计管接头，温度传感器1插入到该管接头中，并且温度传感器1可以例如借助于锁紧螺母固定在该管接头中。
在壳体2的内部设置有热敏电阻4(Thermistor)，热敏电阻抵靠在壳体2的底部5上。热敏电阻4特别是指负温度系数热敏电阻(Heissleiter)，其设置用于测量最高达到1100℃的范围内的高温。然而，热敏电阻4也可以是铂电阻。热敏电阻4在与底部5相对的一侧利用接触盘6覆盖，接触盘与触针7相连接。触针7由绝缘套管8包围。绝缘套管8抵靠在壳体2的内侧上，并将触针7以及因此也将接触盘6保持在近似同中心的位置上。当热敏电阻4安装在接触盘6上时，绝缘套管8也使热敏电阻4与壳体2保持一定距离。
由于温度传感器1插入到废气管道中直到止动环3为止，热敏电阻4以及接触盘6、触针7和绝缘套管8位于壳体2的温度升高了的部段中。因此，绝缘套管8优选地由陶瓷材料制造。
在绝缘套管8的相对的端部上设置有设计为环形的检测电阻9，该检测电阻通过环形弹簧10与触针7导电地连接。环形弹簧10由接触盘11保持。接触盘11与另一个触针12连接。触针12和接触盘11由绝缘套管13保持，该绝缘套管例如由壳体盖板14压靠在接触盘11上并且因此压到环形弹簧10上。绝缘套管13同样可以由陶瓷材料制成。由于绝缘套管13位于废气管道之外并且因此没有暴露在废气的高温之下，因此也可以应用其他的绝缘材料，例如塑料。壳体盖板14也可以用壳体的鱼尾板(Laschen)来代替，这些鱼尾板在安装了位于壳体2的内部的组件之后，向内弯折到绝缘套管13上。另外，也可以应用螺旋弹簧来替代环形弹簧10。
在壳体盖板14的区域中也可以设置有用于连接外壳电缆(Massekabel)16的固定装置15以及用于连接信号电缆18的固定装置17。
为了使温度传感器1的安装尽可能地简单，设置在壳体2的内部的部件，特别是热敏电阻4、接触盘6和11、触针7和12以及环形弹簧10优选地设计为旋转对称的。另外，在绝缘套管8上设置有与检测电阻9互补的凹部。
为了安装温度传感器1，首先将热敏电阻4连同安装在其上的接触盘6和触针7一起插入到壳体2中。紧接着将绝缘套管8插入。紧接着可以将检测电阻9插入并且将环形弹簧10装入。在插入接触盘11、触针12和绝缘套管13之后，可以安装上壳体盖板14。最后分别将外壳电缆16和信号电缆18安装在固定装置15和17上。
由于插入到壳体2的内部的部件设计为同中心的，温度传感器1的安装可以简单地实施并且有时可以通过自动装置进行。
由于热敏电阻4直接抵靠在壳体2的底部5上，在热敏电阻4与环绕壳体2流动的废气之间产生了良好的热耦合。与之相应地，实现了对于温度传感器1的短暂的响应时间。另外，在壳体2中不必存在贯通孔以使热敏电阻4与废气热耦合。因此，如果包含在废气中的炭烟颗粒不再被废气流带走，则它们可以只沉积在壳体2的表面上。因此炭烟颗粒就不可能附着在壳体2的内部了。
温度传感器1的另一个优点是：位于壳体2内部的部件处在弹簧力压紧下。由此位于壳体2内部的组件可以容错地制成。此外，成本过高的焊接位置是不必要的。
通过集成到温度传感器1中的检测电阻9可以检测直到检测电阻9的引线的运转状况。图2示出了温度传感器1的等效电路图，其中热敏电阻4与控制器19的连接变得清楚。控制器19可以例如是车载计算机。根据图2可以看出：通过检测电阻9可以检查引线的-即信号电缆18和触针12的运转中的以及接地导线的-即壳体2以及外壳电缆16的运转中的短路情况。
然而，热敏电阻4的特征曲线通过检测电阻9的存在发生改变。
图3示出了描绘温度传感器1的特征曲线的图表。电阻变化曲线20表现了热敏电阻4的电阻的取决于温度的关系。电阻变化曲线20随着下降的温度向上急剧地攀升。另一条电阻变化曲线21表示了温度传感器1的电阻取决于温度的关系。电阻变化曲线21首先随着下降的温度上升，而后相应于检测电阻9的电阻值变得平缓。检测电阻9的该值典型地在10kΩ与20kΩ之间的范围内。
在根据图1至图3描述的温度传感器1的变型方案中，可以在壳体2的内部设置电路载体22，该电路载体通过接触导线23与热敏电阻4相连接。接触导线23可以对应于接触盘6和触针7来设计。在电路载体22上可以设计有传感器电路，这些传感器电路例如用于信号处理，特别是信号放大。特别是可以产生数字式的测量信号，该测量信号通过数据线24发送到控制器19上。由此特别是可以在传输测量信号时更好地防止干扰。可以将协议，例如SAESENT应用于数据传输。但是数据传输也可以借助于脉冲宽度调制来进行。另外，在电路载体22上设计的传感器电路也可以提供开放式的集电极输出(Kollectorausgang)。通过例如将直流分量叠加到数据信号上的方式，从而使得也可以通过数据线24来维持向传感器电路的供电。此外也存在着下述可能性：在电路载体22上设置附加的传感器，可以利用该传感器例如监控在电路载体22的区域中的温度。通过这种方式，可以识别出电路载体22的可能出现的过热。最后，也可以将热敏电阻4固定在电路载体22上或设置在其上。
最后还要指出的是，除数据线24外，控制器19也通过接地线25(Masseleitung)与电路载体22相连接。
应当注意的是，在权利要求以及说明书中使用的单数包含了复数的情况，除非上下文使一些情况不同。特别是当应用了不定冠词时，既表示单数又表示复数。
最后要指出的，在结合特定的实施例描述的特征和特性也可以与另一个实施例相结合，除非这由于兼容性的原因被排除。

Claims (15)

1.一种用于确定内燃机的废气的温度的温度传感器，具有设置在壳体(2)中的温度敏感的传感器元件(4)以及在所述壳体(2)的内部延伸的接触导线(6，7，10，11，12)，所述接触导线连接到所述传感器元件(4)上，其特征在于，所述传感器元件(4)与设计为另一接触导线的所述壳体(2)相接触。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，在所述壳体(2)的内部延伸的所述接触导线(6，7，10，11，12)设计为同中心的，其中所述接触导线与所述传感器元件(4)相接触。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，在内部延伸的所述接触导线(6，7，11，12)至少部分地由同中心设计的绝缘体(8，13)保持。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器元件(4)是热敏电阻。
5.根据权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器元件(4)是负温度系数热敏电阻。
6.根据权利要求5所述的温度传感器，其特征在于，检测电阻(9)在所述壳体(2)的内部与所述传感器元件(4)并联。
7.根据权利要求6所述的温度传感器，其特征在于，所述检测电阻(9)设计为环形并且在安装好的状态中利用其外侧抵靠在所述壳体(2)的内侧上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的温度传感器，其特征在于，设置在所述壳体(2)的内部的弹簧元件(10)向所述传感器元件(4)和在所述壳体(2)的内部延伸的所述接触导线(6，7，11，12)施加在轴向方向上作用的弹簧力。
9.根据权利要求8所述的温度传感器，其特征在于，所述弹簧元件是环形弹簧(10)。
10.根据权利要求7和9所述的温度传感器，其特征在于，所述环形弹簧(10)使所述检测电阻(9)与在所述壳体(2)的内部延伸的所述接触导线(6，7，10，11)之间产生导电接触。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的温度传感器，其特征在于，在所述壳体(2)的内部设置有电路载体(22)，所述电路载体具有用于使所述传感器元件(4)运行的传感器电路。
12.根据权利要求11所述的温度传感器，其特征在于，被设置为用于使所述传感器元件(4)运行的所述传感器电路产生数字式的数据信号。
13.根据权利要求11或12所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器电路设置为用于探测附加的物理量。
14.根据权利要求13所述的温度传感器，其特征在于，利用所述传感器电路可以探测在所述传感器电路的区域中的温度。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的温度传感器，其特征在于，与所述壳体(2)相接触的所述传感器元件(4)设置在所述电路载体(22)上。
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