CN102156004A - 测温元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测温元件，属于温度测量的传感元件领域。该测温元件由绝缘陶瓷骨架和设置在绝缘陶瓷骨架上的导电陶瓷构成，所述导电陶瓷分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上形成测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线，所述测温体和与其连接的所述引线组成导电通路。该测温元件为一种不使用贵金属材料作为测温体和引线的测温元件，节约贵金属资源的同时，有效降低了测温元件的成本，其成本仅为贵金属的温度传感元件的五分之一或更低。并且由于导电陶瓷耐温高及抗震性好，也有效提高了该测温元件的测量温度和抗震性能，实现了资源节约，避免了因制备测温元件而造成的贵金属资源的匮乏。

Description

测温元件

技术领域

本发明涉及温度测量的传感元件领域，尤其涉及一种测温元件。

背景技术

测温元件是工业中测量温度时用的产品，目前的测温元件一般包括：热电阻和热电偶。其中，热电阻一般包括铜电阻、镍电阻和铂电阻，其测温原理是利用金属导体存在的温度系数，通过在热电阻上设置一定阻值的金属导体绕组，利用金属导体绕组在不同的温度下会有不同阻值的特性，通过测量阻值来实现测温。热电阻的主流产品是铂电阻，是一种用得最多的温度传感元件，铂电阻用铂金制造，对用于不同温度的铂电阻其引线采用的金属材料不同，用于300℃以下的铂电阻的引线多用铜镀银引线，300℃～600℃用银引线，600℃～850℃用铂引线；目前还没有用于更高温度的铂电阻。由于铂、银均是贵金属，使得铂电阻的成本较高，特别是用于600℃以上的铂电阻使用贵金属更多，成本更高，并且，铂电阻对贵金属的大量消耗量，也进一步造成了贵金属资源的匮乏。热电偶的基本原理是将两种不同成分的导体组成闭合回路，当闭合回路的两端存在温度梯度时，闭合回路中就会有电流通过，闭合回路两端之间就因Seebeck(塞贝克)效应存在温差电动势，通过对该电动势的测量即可实现测温。目前的热电偶均是由金属材料制成，其中1000℃以上测温大多用贵金属热电偶。

从上述对现有测温元件的介绍中可知，目前测温元件至少存在下述问题：无论是热电阻，还是热电偶，其用于测温的材料均采用金属材料，特别是测量温度较高时要采用日益匮乏的贵金属材料，导致测温元件的成本过高。

发明内容

本发明的目的是提供一种测温元件，可解决目前作为温度传感元件的热电阻、热电偶等均以贵金属为原料，不但成本高，大量消耗有限的贵金属资源。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种测温元件，该测温元件由绝缘陶瓷骨架和设置在绝缘陶瓷骨架上的导电陶瓷构成，所述导电陶瓷分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上形成测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线，所述测温体和与其连接的所述引线组成导电通路。

从上述本发明的技术方案可以看出，本发明的测温元件通过在绝缘陶瓷骨架上分布设置的导电陶瓷形成测温体和连接该测温体的引线，使测温体和与其连接的引线形成导电通路。从而形成一种不使用贵金属材料作为测温体和引线的测温元件，节约贵金属资源的同时，有效降低了测温元件的成本，其成本仅为贵金属的温度传感元件的五分之一或更低。并且由于导电陶瓷耐温高、抗氧化能力强及抗震性好，也有效提高了该测温元件的测量温度和抗震性能及寿命，实现了资源节约，避免了因制备测温元件而造成的贵金属资源的匮乏。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测温元件的结构示意图；

图2a～图2c是本发明实施例提供的测温元件用于不同线路的结构原理图；

图3a～图3b是本发明实施例一提供的测温元件为热电阻的第一种结构示意图；

图4a～图4c是本发明实施例一提供的测温元件为热电阻的第二种结构示意图；

图5a～图5b是本发明实施例一提供的测温元件为热电阻的第三种结构示意图；

图6a～图6c是本发明实施例一提供的测温元件为热电阻的第四种结构示意图；

图7a～图7c是本发明实施例一提供的测温元件为热电阻的第五种结构示意图；

图8a～图8b是本发明实施例二提供的测温元件为热电偶的第一种结构示意图；

图9a～图9b是本发明实施例二提供的测温元件为热电偶的第二种结构示意图；

图10a～图10c是本发明实施例三提供的测温元件为热电偶的第三种结构示意图；

图11a～图11b是本发明实施例四提供的测温元件为热电偶的第四种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例提供一种测温元件，该测温元件可以是热电阻或热电偶，如图1所示，该测温元件由绝缘陶瓷骨架1和设置在绝缘陶瓷骨架上的导电陶瓷2构成，所述导电陶瓷分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上形成测温体和连接在所述测温体上的至少两根导电陶瓷引线3，所述测温体和与其连接的所述引线组成导电通路，该导电通路可以是由测温体和与其连接的引线形成的一个全导电陶瓷实体。该测温元件中的导电陶瓷可采用金属硅化物、金属基陶瓷或氧化锆等中的任一种或任意两种，其中，金属硅化物包括二硅化钼、二硅化钨、二硅化钛、二硅化铬、二硅化钽或二硅化钴中的任一种或任意两种；金属基陶瓷包括：钼基陶瓷、钛基陶瓷、钨基陶瓷、镍基陶瓷或者钴基陶瓷中的任一种或任意两种。

只用一种导电陶瓷材料形成的测温元件为热电阻，同时用两种不同导电陶瓷材料并使两者端部的连接形成节点的测温元件为热电偶。做为热电阻以实施例一的形式为主；做为热电偶以实施例二的形式为主，热电偶也可以采用实施例一中给出的图1、图3a～3b、图5a～5b的类似结构。

本发明实施例的热电阻或热电偶均由绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷膜(线条)构成，在实施过程中导电陶瓷的外表面可以不用任何材料覆盖，处于裸露状态，还可以将导电陶瓷的外表面用与绝缘陶瓷骨架相同的材料覆盖形成外保护层4(见图1)，起到很好的防护作用。

如图2所示，该测温元件针对应用于不同的线路，如用于二线制的线路中的该测温元件可设置两根引线(见图2a)，用于三线制的线路中的该测温元件可设置三根引线(见图2b)，用于四线制的线路中的该测温元件可设置四根引线(见图2c)。

下面通过不同的实施例，分别以测温元件作为热电阻与热电偶的情况，对该测温元件进行说明。

实施例一

本实施例中测温元件作为热电阻，是将导电陶瓷以呈线条状的导电陶瓷膜或导电陶瓷线条分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上，形成绕组结构的测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线。具体可通过镀膜技术(如溅射镀膜技术)或陶瓷工艺(如陶瓷成型工艺和施釉工艺)将导电陶瓷设置在绝缘陶瓷骨架上，在绝缘陶瓷骨架上形成呈线条状的导电陶瓷膜或导电陶瓷线条，由线条状的导电陶瓷膜或导电陶瓷线条构成绕组结构的测温体和连接在该测温体上的至少两根引线。

图3a～图3b所示的是第一种结构的热电阻，图3a为该热电阻的侧面结构示意图，图3b为该热电阻架杆34的剖面结构示意图，该热电阻中，绝缘陶瓷骨架由架体31和架杆34两部分为一个整体构成，架体31、34可采用圆柱形陶瓷柱(棒)，也可采用圆柱形陶瓷管，线条状的导电陶瓷膜围绕分布设置在绝缘陶瓷骨架的架体表面形成双螺旋绕组结构作为测温体32，双螺旋绕组结构测温体32的两端分别连接有线条状的导电陶瓷膜形成的2条或3条、4条引线33，引线33分别设置在架杆34表面，这样双螺旋绕组结构测温体32与2条或3条、4条引线33组成导电通路。由于线条状的导电陶瓷膜构成的测温体32在不同温度下具有不同的阻值，因此该热电阻使用时，可根据测量得到的不同阻值即可确定测得的温度。这种以绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷膜(线)构成的热电阻，成本低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，其螺旋绕组结构的测温体具有结构简单，测温准确性高，测量温度高，抗震性能好，抗高温氧化、寿命长等优点。

图4a～图4c所示的是第二种结构的热电阻，图4a为该热电阻的侧面结构示意图，图4b为该热电阻架杆34的剖面结构示意图，图4c为该热电阻测温体32的剖面结构示意图，该热电阻中的绝缘陶瓷骨架的结构与图3a中热电阻的绝缘陶瓷骨架基本相同，也由架体31和架杆34两部分为一个整体构成，与图3a中的热电阻不同的是该热电阻中，呈线条状的导电陶瓷膜沿所述绝缘陶瓷骨架表面分布设置形成的“弓”形绕组结构作为测温体32，与测温体32连接的由线条状的导电陶瓷膜形成的引线33也设置在架杆34上，测温体32与2条或3条、4条引线33连接组成导电通路。这种结构的热电阻，“弓”形绕组结构的测温体，结构更简单，可在保证准确测温的前提下，制造更方便，成本更低。

图5a～图5b所示的是第三种结构的热电阻，图5a为该热电阻的侧面结构示意图，图5b为该热电阻架杆34的剖面结构示意图，该热电阻中的绝缘陶瓷骨架的结构与图3a中热电阻的绝缘陶瓷骨架基本相同，也由架体31和架杆34两部分为一个整体构成，不同的是架杆34也采用与架体连接的圆柱形陶瓷柱(棒)或陶瓷管，并且，在架体31表面设有双螺旋形沟槽，在架杆34表面设有与架体31的螺旋形沟槽相连的直线沟槽，将导电陶瓷线条围绕设置在所述绝缘陶瓷骨架上的螺旋形沟槽内，从而形成的双螺旋绕组结构的测温体32，将与测温体32两端连接的由导电陶瓷线条形成的引线33设置在架杆34上的直线沟槽内，测温体32与2条或3条、4条引线33连接构成导电通路。这种结构的热电阻中，通过架体31表面的螺旋形沟槽和架杆表面的直线沟槽，方便了构成测温体和引线的导电陶瓷线的设置，方便制造，成本低。

图6a～图6c所示的是第四种结构的热电阻，图6a为该热电阻的侧面结构示意图，图6b为该热电阻架杆34的剖面结构示意图，图6c为该热电阻的测温体32剖面结构示意图，该热电阻中的绝缘陶瓷骨架的结构与图5a中热电阻的绝缘陶瓷骨架基本相同，也由架体31和架杆34两部分为一个整体构成，不同的是沿架体31的轴向表面设有直线沟槽分布设置形成的“弓”形沟槽，在架杆34表面设有与架体31的“弓”形沟槽相连的直线沟槽，导电陶瓷线条沿所述绝缘陶瓷骨架表面分布设置形成的“弓”形绕组结构作为测温体32，与测温体32连接的由导电陶瓷线条构成的引线33设置在架杆34的直线沟槽内，测温体32与2条或3条、4条引线33连接构成导电通路。这种结构的热电阻，利用“弓”形沟槽来形成“弓”形绕组结构的测温体，结构更简单，可在保证准确测温的前提下，制造更方便，成本更低。

图7a～图7c所示的是第五种结构的热电阻，图7a为该热电阻的侧面结构示意图，图7b为该热电阻架杆34的剖面结构示意图，图7c为该热电阻测温体32的剖面结构示意图，该热电阻与图6a中给出的热电阻结构基本相同，不同的是该热电阻中形成测温体和引线的导电陶瓷线条的截面为矩形。

本实施例中的热电阻由绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷膜、导电陶瓷线条构成，由于不使用贵金属材料，其成本低，成本仅为贵金属材料制成的用于测量800℃以上高温的热电偶的五分之一，具有结构简单，测量准确性高，测量温度高、抗震性能好、抗氧化能力强等优点。

实施例二

本实施例中测温元件做为热电偶，其中导电陶瓷采用两种不同材质的导电陶瓷，两种导电陶瓷均呈线条状分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上，并使两种导电陶瓷一端相互连接后形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线(若为单支热电偶为两根导线，若为双支热电偶则为3根或4根导线)。具体可通过镀膜技术或陶瓷工艺将两种导电陶瓷设置在绝缘陶瓷骨架上，在绝缘陶瓷骨架上形成呈线条状的两种导电陶瓷膜，由线条状的两种导电陶瓷膜的节点构成测温体和连接在该测温体上的至少两根引线，测温体和连接在该测温体上的两根引线形成一条导电通路。这种结构的热电偶可通过两种不同材质的导电陶瓷在某一温度下存在的温差电动势实现测温。

图8a～图8b所示的是第一种结构的导电陶瓷热电偶，图8a为该热电偶的测温端结构示意图，图8b为该热电偶的侧面结构示意图，该热电偶中，绝缘陶瓷骨架41为实心的圆形陶瓷柱(棒)，两种具有不同材质的导电陶瓷42、43均以线条状的导电陶瓷膜分布设置在所述绝缘陶瓷骨架41表面上，并且两种导电陶瓷膜线条的一端连接成为测温体(两种导电陶瓷的连接节点)，两种导电陶瓷膜线条的另两端分别作为引线。这种以绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷膜构成的热电偶，成本低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，其包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体具有结构简单，测温准确性虽不如热电阻，但测量温度更高，抗震性能更好等优点。

图9a～图9b所示的是第二种结构的导电陶瓷热电偶，图9a为该热电偶的测温端结构示意图，图9b为该热电偶的侧面结构示意图，该热电偶中，绝缘陶瓷骨架41为空心的圆形陶瓷管，两种不同材质的导电陶瓷42、43分别以导电陶瓷膜的形式分布设置在所述绝缘陶瓷骨架41的外表面和内表面，其中，内表面的陶瓷膜也可用与该导电陶瓷同材质的陶瓷柱(棒)、陶瓷管代替，并且两种导电陶瓷膜的一端连接成为测温体(两种导电陶瓷的连接节点)，两种导电陶瓷膜线条的另两端分别作为引线。这种以绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷膜构成的热电偶，成本低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，其包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体具有结构简单，重量轻，测温准确性虽不如热电阻，但测量温度更高，抗震性能更好等优点。

图10a～图10c所示的是第三种结构的导电陶瓷热电偶，图10a为该热电偶的测温端结构示意图，图10b为该热电偶的侧面结构示意图，图10c为该热电偶中间部位的剖面结构示意图，该热电偶中，绝缘陶瓷骨架41为实心的圆形陶瓷柱(棒)，在绝缘陶瓷骨架41表面设置两条端部相互连接的直线沟槽，两种不同材质的导电陶瓷42、43均以线条状的导电陶瓷线分布设置在所述绝缘陶瓷骨架41表面的直线沟槽内，并且两种导电陶瓷线条的一端连接后作为测温体(两种导电陶瓷的连接节点)，两种导电陶瓷线条的另两端分别作为引线。这种以绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷线构成的热电偶，成本低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，由于在绝缘陶瓷骨架表面设置直线沟槽，便于制备包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体，具有设备投资少，结构简单，制造方便，测温准确性虽不如热电阻，但测量温度更高，抗震性能更好等优点。

图11a～图11b所示的是第四种结构的热电偶，图11a为该热电偶的侧面结构示意图，图11b为该热电偶的中部剖面结构示意图，该热电偶中，绝缘陶瓷骨架41为内部具有两个通孔的圆形陶瓷线，两种不同材质的导电陶瓷42、43分别以导电陶瓷线条的形式设置在绝缘陶瓷骨架41的两个通孔内，并在绝缘陶瓷骨架41的一端刻槽，使两种导电陶瓷线条相互连接的节点(可以用导电陶瓷浆料连接后烧结)保护在槽内成为测温体，两种导电陶瓷线条的另两端分别作为引线。这种以绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷构成的热电偶，成本更低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，通过绝缘陶瓷骨架的两个通孔设置包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体，其设备投资更少制造更方便，且结构更简单，生产效率更高，测温准确性虽不如热电阻，但测量温度更高。

本实施例中的热电偶由绝缘陶瓷骨架和导电陶瓷构成，由于不使用贵金属材料，其成本低，成本仅为贵金属材料制成的热电偶的五分之一，具有结构简单，测量准确性虽不如热电阻，测量温度更高，抗震性能好易生产等优点。

本发明实施例的导电陶瓷热电阻或热电偶在使用时，其导电陶瓷引线与外部引线连接可以用导电胶粘结。

综上所述，本发明实施例提供的测温元件上，以较廉价的导电陶瓷配合绝缘陶瓷骨架为核心，解决了测量800℃以上高温的测温元件要使用贵金属，成本居高不下，避免了使用铂、银等贵金属材料制备温度传感元件，有效降低了测温元件的成本，实现了节约贵金属资源。

上述为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不局限于此，熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种测温元件，其特征在于，该测温元件由绝缘陶瓷骨架和设置在绝缘陶瓷骨架上的导电陶瓷构成，所述导电陶瓷分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上形成测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线，所述测温体和与其连接的所述引线组成导电通路。

2.根据权利要求1所述的测温元件，其特征在于，所述导电陶瓷包括：金属硅化物、金属基陶瓷或氧化锆。

3.根据权利要求2所述的测温元件，其特征在于，所述金属硅化物包括：二硅化钼、二硅化钨、二硅化钛、二硅化铬、二硅化钽或二硅化钴。

4.根据权利要求2所述的测温元件，其特征在于，所述金属基陶瓷包括：钼基陶瓷、钛基陶瓷、钨基陶瓷、镍基陶瓷或者钴基陶瓷。

5.根据权利要求1～4任一项所述的测温元件，其特征在于，所述导电陶瓷以线条状分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上形成绕组结构的测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线。

6.根据权利要求5所述的测温元件，其特征在于，所述形成绕组结构的测温体为：由线条状的导电陶瓷膜围绕分布设置在所述绝缘陶瓷骨架表面形成的双螺旋绕组结构，或者由线条状的导电陶瓷线沿所述绝缘陶瓷骨架表面分布设置形成的“弓”形绕组结构。

7.根据权利要求5所述的测温元件，其特征在于，所述形成绕组结构的测温体为：由呈线条状的导电陶瓷线围绕设置在所述绝缘陶瓷骨架上的螺旋形沟槽内形成的双螺旋绕组结构，或者，由呈线条状的导电陶瓷设在所述绝缘陶瓷骨架上分布设置的“弓”形沟槽内形成的“弓”形绕组结构。

8.根据权利要求1～4任一项所述的测温元件，其特征在于，所述导电陶瓷采用两种不同材质的导电陶瓷，两种导电陶瓷均呈线条状分布设置在所述绝缘陶瓷骨架上，并使两种导电陶瓷一端相互连接后形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体和连接在所述测温体上的至少两根引线。

9.根据权利要求8所述的测温元件，其特征在于，所述形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体为：一种导电陶瓷以导电陶瓷膜分布设置在所述绝缘陶瓷骨架外表面，另一种导电陶瓷以导电陶瓷膜、导电陶瓷棒或导电陶瓷管中的任一种分布设置在所述绝缘陶瓷骨架内表面，使两种导电陶瓷的一端相互连接后形成的包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体。

10.根据权利要求8所述的测温元件，其特征在于，所述形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体为：将两种导电陶瓷均以线条状分布设置在所述绝缘陶瓷骨架表面，并将两种线条状导电陶瓷的一端相互连接后形成的包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体。

11.根据权利要求8所述的测温元件，其特征在于，所述形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体为：将两种导电陶瓷均以线条状分布设置在所述绝缘陶瓷骨架外表面的两条槽内，并将两种导电陶瓷的一端相互连接后形成的包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体。

12.根据权利要求1～4任一项所述的测温元件，其特征在于，所述导电陶瓷外表面覆盖有与绝缘陶瓷骨架相同材料的外保护层。

13.根据权利要求8所述的测温元件，其特征在于，所述形成包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体为：将两种导电陶瓷以线条状设置在所述绝缘陶瓷骨架的两个条形通孔内，并将两种线条状导电陶瓷的同一端相互连接后形成的包括两种不同材质的导电陶瓷的测温体。

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