CN103364095A - 插入式温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温度传感器（100），该温度传感器包括具有测量部位（102）的热敏元件（101）以及包括支架（103），该支架具有用于贴靠到要加热的构件上的贴靠面（152）以及具有开口（104），热敏元件的电连接部从测量部位出发被引导通过开口，在支架的贴靠面上或至少部分贯穿该贴靠面地设有第一金属护套（106），使得第一金属护套的内部空间（107）通过开口与支架的对置于贴靠面的侧面（153）或另一侧面连接，并且测量部位设置在第二金属护套（109）的内部空间（108）中，第二金属护套至少以一个区段（110）位于第一金属护套的内部空间中并且至少以该区段的一部分区域与第一金属护套连接或能连接，使得第二金属护套在其位置方面相对于第一金属护套固定。

Description

插入式温度传感器

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的温度传感器。这种温度传感器经常用于精确地查明受热的构件的温度。在此典型地将设置在支架上的热敏元件/热电偶插入到构件的空隙中并且利用设置在支架上的固定元件固定在构件上。因此支架以其表面的一部分贴靠在构件上；该部分在本说明书中被称为“贴靠面”。

背景技术

因为在该布置结构中，热敏元件、更确切地说其测量部位不是在构件的表面上进行温度测量，而是在构件的空隙中在一定程度上插入到构件中，人们也称这种温度传感器为“插入式温度传感器”。这些温度传感器例如由CH689 875A5和DE20 2011 004 481已知。

实践表明，利用这种温度传感器得到的测量结果非常敏感地依赖于热敏元件的测量部位在构件的空隙内部中所处的地点。在此，值得期望的特别是热敏元件的测量部位在如下位置处可重复定位，在该位置中测量部位尽可能地与空隙的至少一个壁面、特别是与空隙的底部紧密地热接触，从而从空隙的壁面到测量部位的尽可能良好的热传递是可能的。

在市场上，可获得如下的温度传感器，在这些温度传感器中尝试更精确地确定热敏元件的测量部位的位置，在支架的贴靠面上或者至少部分贯穿该贴靠面地设置有一个金属护套，使得金属护套的内部空间通过开口与支架的对置于贴靠面的侧面连接。在此，该金属护套的形状尽可能配合精准地匹配于构件的空隙的形状。热敏元件的具有测量部位的区段插入到金属护套的内部空间中。

温度传感器的该构造形式能实现特别是在构件上安装温度传感器之前在金属护套的内部空间中在所希望的部位处设置并且必要时固定测量部位。这特别适用于金属护套在对置于支架的贴靠面的侧面上具有开口的情况，如例如在套筒时情况就是如此。

然而测量部位在金属护套内部中的给定位置处的定位本身来说不能确保，实际上存在与底部的良好的热接触。此外表明，虽然利用金属护套达到从在要加热的构件中的空隙的壁面到金属护套的限定其内部空间的周面上的足够良好的热传导，但不发生从这些周面到热敏元件的测量部位的足够良好的热传递。因此在实际使用这样的温度传感器时表明，虽然温度传感器导致改善利用其查明的温度数据的可靠性，但还总是存在改善需要。

此外，响应特性、亦即直至出现温度变化的时间是需要改善的。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种改善的、减少这些问题的温度传感器。该任务通过一种具有权利要求1的特征的温度传感器以及一种具有权利要求17的特征的、包括温度传感器和要加热的构件的装置来解决。这样的温度传感器的有利的构造形式为从属权利要求的技术方案。

按照本发明的温度传感器包括具有测量部位的热敏元件和具有贴靠面和开口的支架。

按照本专利权的意义，不仅由不同材料制成的热敏臂所接触的测量部位、而且包含可能邻接于热敏臂的热敏导线或补偿导线的整个组件被理解为概念“热敏元件”。

此外，在按照本发明的温度传感器中热敏元件的电连接部从测量部位出发被引导通过开口，其中，按照本发明的意义，特别是一方面热敏元件的通常由不同的金属或合金制成的在测量部位上相互连接的热敏臂以及另一方面可能设置的热敏导线或补偿导线也能被理解为“电连接部”。

此外，在支架的贴靠面上或者至少部分贯穿该贴靠面地设置有一个第一金属护套，第一金属护套的内部空间通过开口与支架的对置于贴靠面的侧面或者支架的另一侧面相连接，从而给出一种从支架的另一个侧面引导热敏元件到贴靠面那一侧上的可能性。

对于发明重要的是，测量部位设置在一个第二金属护套的内部空间中，其中，第二金属护套至少以一个区段位于第一金属护套的内部空间中并且至少以该区段的一部分区域与第一金属护套连接或能连接，使得第二金属护套在其位置方面相对于第一金属护套固定。

利用这种布置结构可以匹配温度传感器和特别是测量部位相对于要加热的构件的空隙底部的位置并且达到与测量部位的改善的热传递。这点导致改善得到的温度数据的可靠性。

此外，该构造形式允许以组件来生产。例如不同的热敏元件可以与相同的或不同的支架相组合，并且能够以相同构造的热敏元件简单地实现不同的插入深度和直径变化。因此能够以少的构件实现变化丰富的顾客愿望。

按照使用条件符合目的的可以是，所述热敏元件是绝缘的和/或无电势的和/或接地的。

此外有利的是，所述第二金属护套连同热敏元件的设置在该第二金属护套中的区段具有这样高的强度，以至于该第二金属护套不能手动地弯曲。由此改善探针的可重复的且可靠的定位，同样改善过程安全性。在生产过程中操作时、在装运时和在装配时，更高的强度随之带来更高的健壮性。

此外已被证明为符合目的的是，所述第二金属护套的远离测量部位的边缘设置在第一金属护套的内部空间之内。由此能够确保，在第一金属护套之内匹配第二金属护套的位置时，总结构高度保持不变。

本发明的一种特别优选的实施形式规定，在所述第二金属护套的内部空间中设置有良好传热的、电绝缘的物质，热敏元件的在第二金属护套的内部空间中延伸的区域的至少一部分嵌入该物质中。这种嵌入能够良好地通过撒入以粉末或颗粒形式的良好传热的绝缘的物质、但优选通过特别是多孔的陶瓷成型体、相应地优选连同随后的压实，或者通过注入液化的良好传热的电绝缘的物质连同该物质随后的硬化或者陶瓷粘合剂来实现，通过所述嵌入确保到测量部位上的确定的热传递并且达到迅速的响应特性。

在该方面要说明的特别是，压实通常随之带来第二金属护套的独特的长度改变，该长度改变可以导致插入深度的独特的改变并且因此导致测量部位的位移，该位移比顾客所要求的窄的公差更大。另一个不希望的副作用是，由此强烈地改变压紧力。

但通过按照本发明的、带有第一和第二金属护套的温度传感器的构造形式，能够简单地相互补偿所述两个金属护套的相对位移。

按照本发明的意义，传热能力为至少1.5W/m*K的物质适合用作良好传热的物质。使用传热能力为4W/m*K或更好的物质是特别优选的。

即使只热敏元件的测量部位嵌入能良好传热的、电绝缘的物质中是基本上足够的，该测量部位在热敏元件中通常是两个由不同材料制成的热敏臂的接触部位，也有利的是，热敏臂至少在热敏元件的直接邻接于测量部位的区段中以直接接触嵌入良好传热的、电绝缘的物质中，因为这样能够确保其电绝缘。此外，该构造形式导致特别良好的耐振性和抗震性并且提高防压力、拉力或冲击负荷的抵抗性。

此外有利的是，热敏元件的具有绝缘物的区段嵌入所述良好传导的、电绝缘的物质中，因为这样能达到卓越的减轻拉力。热敏元件的这样的区段例如是热敏臂的分别由绝缘包套包围的区段、热敏元件的热敏导线或补偿导线的绝缘区段或者包围两个热敏臂的绝缘包套。

在此已被证明为特别有利的是，以下部位位于所述支架的贴靠面下方，在该部位处热敏元件的具有绝缘物的、设置在第二金属护套内部中的各区段朝向测量部位过渡到热敏元件的不具有绝缘物的区段中。该布置结构导致进一步改善所达到的抗拉强度，因为按照这种方式确保热敏元件的足够长的绝缘区段嵌入良好传导的、电绝缘的物质中。

优选的特别是，所述热敏元件的嵌入电绝缘的物质中的、具有绝缘物的区段如此嵌入电绝缘的物质中，使得用以从电绝缘的物质中拉出这些区段所需的力大于40牛、优选大于60牛、特别优选大于80牛。这些值能够通过良好传热的、电绝缘的物质的相应选择、压实度和热敏元件在第二金属护套中的布置结构的几何匹配（特别是在热敏元件的嵌入该物质中的绝缘区段的长度方面）来达到。

特别有利的是，所述良好传热的、电绝缘的物质是矿物质绝缘物或陶瓷绝缘材料、特别是压实的矿物质绝缘物或压实的陶瓷绝缘材料。特别是可以使用BN或MgO粉末或颗粒或者成型件、特别是多孔的成型件作为良好传热的、电绝缘的物质。

此外，已证明为有利的是，所述热敏元件具有至少部分地具有绝缘物的热敏导线或者补偿导线，并且热敏导线或补偿导线和绝缘物的至少一部分直接从第二金属护套引导出来。以此能实现特别紧凑的结构形式，此外使用分开的连接套筒成为多余的。

所述第一金属护套的一种特别简单并且在其提供方面成本有利的构造形式是管形金属套筒。该金属套筒可选地也可以具有底部。

出于相同的原因符合目的的是，所述第二金属护套实施为带有底部的杯形金属套筒。此外出现如下事实，即，带有底部的杯形金属套筒也能特别轻易地实现以良好传热的、电绝缘的物质填充，即使这在使用没有底部的、在模具被填充中并接着被压实的套筒时也是可能的。

本发明的上述讨论的实施形式的一种进一步扩展方案在于，所述测量部位是与底部连接的或者设置成与底部间隔开小于或等于杯形金属套筒的半径的距离。该布置结构允许使用底部作为用于测量部位的止挡，这导致测量部位在杯形金属套筒中的位置的更好的可重复性、更精确的测量情况和更快的响应特性。

如果所述第二金属护套的外径沿至少一个方向等于第一金属护套沿该方向的内径，从而第二金属护套的外表面和第一金属护套的内表面接触，则所述两个金属护套相对于彼此的固定便可特别简单地实现。在该部位处所述两个金属护套则能够良好地彼此挨着固定，特别是相互敛密、钎焊或熔焊。不过特别有利的是，第二金属护套这样匹配于第一金属护套的形状，使得第二金属护套的周面的外侧面在设置在第一金属护套的内部空间中的区域中贴靠在第一金属护套的周面的内侧面上。这在带有基本上恒定的圆形横截面的周面中可特别简单地实现。

有利的特别是，所述第二金属护套的内部空间的直径为第一金属护套的内部空间的直径的至少50%。当通过敛密进行固定时，这是特别有利的，因为必需的变形力是较小的。此外，这有助于改善强度。在熔焊和钎焊时，由此尽可能地避免存在质量明显较小的部件，这简化这些过程。

按照本发明的装置具有按照上述实施形式之一的温度传感器和要加热的构件，该构件的温度能利用温度传感器监测，其中：支架的贴靠面贴靠在要加热的构件上；要加热的构件具有带有底部的空隙，第一金属护套容纳在该空隙中；并且第二金属护套至少与第一金属护套同样远地伸入所述空隙中。

附图说明

以下借助附图更详细地阐述本发明的示例性的构造形式。图中：

图1示出对于一个按照本发明的温度传感器的一种实施例；

图2a示出图1中实施例的一个部分区域的横剖视图；

图2b示出对于一个按照本发明的温度传感器的一种第二实施例的相应部分区域的横剖视图；

图2c示出对于一个按照本发明的温度传感器的一种第三实施例的相应部分区域的横剖视图；

图3a示出在制造温度传感器时的一个第一阶段；

图3b示出在制造温度传感器时的一个第二阶段；以及

图3c示出在制造温度传感器时的一个第三阶段。

具体实施方式

如果未另作说明，则各实施形式的相同构件在所有的附图中配设有同样的附图标记。

图1示出对于一个带有一个支架103和一个热敏元件101的温度传感器100的一种实施例，该支架在该示例中构造成支承板。支架103符合目的地构成为具有固定器件，温度传感器100能利用该固定器件固定在未示出的、其温度应被监测的构件上。作为用于这样的固定器件的容纳部，该固定器件不必强制是温度传感器100的组成部分，图1示出一个设置在支架103中的、贯穿该支架的孔151，例如未示出的螺钉能够通过该孔被拧入到未示出的、其温度应被监测的构件的相应的螺纹中，从而该螺钉将支架103并且因而将温度传感器100固定在构件上。

此外，一个开口104贯穿支架103，该开口从温度传感器100的在使用温度传感器100时面向要监测的构件的侧面、亦即在支架103的仅在图2a中可看出的贴靠面152上通向对置于该贴靠面的侧面。在支架103的贴靠面152上这样设置有一个这里构造为金属套筒的第一金属护套106，使得其在图1中不可看出的内部空间107通过开口104与支架103的对置于贴靠面152的侧面153连接。

此外，在图1中能看出热敏元件101连同从设置在热敏元件101的一个背离支架103的端部上的连接插头159伸出的电连接导线154、155，热敏元件101或者由该热敏元件所测量的温度测量值能够经由这些电连接导线被一个未示出的控制和评价单元控制或者读出。通常，连接导线154、155是指补偿导线、热敏导线或者热敏元件101的热敏臂113、114的延续部。

热敏元件101穿过一个设置在对置于支架103贴靠面152的侧面153上的引导元件157的一个孔156，该引导元件例如能够熔焊、钎焊或粘接在那里，其中，热敏元件在一个区段中穿过一个设置在引导元件157上的弯折保护弹簧158并且因此被保护免遭折弯。

热敏元件101的在图1中不可看出的测量部位102所处的端部穿过开口104和第一金属护套106的内部空间107并且设置在一个构造成带有底部111的杯形金属套筒的第二金属护套109的内部空间108中。在此，第二金属护套109以一个区段110设置在第一金属护套106的内部空间107中并且以该区段110与第一金属护套106的内侧面直接接触。继续在下文借助图2a详细描述测量部位102在第二金属护套109中的布置结构。

此外，借助示意性示出的敛密部位159可看出，第二金属护套109通过敛密在其位置方面相对于第一金属护套106固定。

图2a示出图1中温度传感器100的一个部分区域的横剖视图。如从该示图特别良好地得知，热敏元件101具有一个测量部位102，热敏臂113、114在该测量部位处相互接触。热敏臂113、114具有第一区域113a、114a，这些热敏臂在这些第一区域中裸露、亦即与其周围环境直接接触。此外，这些热敏臂具有第二区域113b、114b，这些热敏臂在该第二区域中由绝缘物包裹。在其从测量部位120继续的进一步走向中，两个热敏臂113、114或者与热敏臂113、114导电连接的热敏导线或补偿导线然后由绝缘软管160或者也其他类型的线缆包套包裹。

如从图2a得知，不仅测量部位102而且区域113a、113b、114a、114b分别嵌入良好传热的、电绝缘的物质120中。

此外，从图2a可得知，测量部位102设置成与底部111间隔开小于第二金属护套109的半径的距离。

图2b示出对于一个按照本发明的温度传感器200的一种第二实施例的相应部分区域的横剖视图。在此，温度传感器200的各个构件与借助图1和2a详细描述的温度传感器100的相应构件相同，因此这些构件以相同的附图标记标明。在温度传感器100和200之间的唯一区别在于第二金属护套109和第一金属护套106相互间的相对位置。按照图2b的温度传感器200与按照图1和2a的温度传感器100相比匹配于更深的孔。因此，第二金属护套109更远地从第一金属护套106伸出。

图2c示出对于一个按照本发明的温度传感器300的一种第三实施例的相应部分区域的横剖视图。在此，温度传感器300的各个构件与借助图1和2a详细描述的温度传感器100的相应构件相同，因此这些构件以相同的附图标记标明。在温度传感器100和300之间的唯一区别在于热敏元件101的测量点102在第二金属护套109中的相对位置。在按照图2c的温度传感器中，热敏元件101的测量点102与第二金属护套109的底部111直接接触。

本发明的另一个独立的部分方面在于一种用于制造温度传感器的方法。以下参照图3a至3c以制造再前面借助图1和2a所描述了的温度传感器100为例描述该方法，该方法具有以下步骤，这些步骤优选以给出的顺序实施：

a）提供一个带有一个用于贴靠到要加热的构件上的贴靠面152以及带有一个开口104的支架103，其中，在支架103的贴靠面152上或者至少部分贯穿该贴靠面地设置有一个第一金属护套106，使得第一金属护套106的内部空间107通过开口104与支架103的对置于贴靠面的侧面连接；并且提供一个热敏元件101，该热敏元件的测量部位102设置在一个第二金属护套109的内部空间108中，其中，一个引导元件157推装到热敏元件101上。

该方法步骤的一种有利的进一步扩展方案规定，如下进行提供这样构造的热敏元件101，即，将测量部位102推入到第二金属护套109中，然后撒入粉状的、良好传导的但电绝缘的材料120并且最后进行第二金属护套109的压实。

b）在一个邻接于第二金属护套109的区域中弯曲热敏元件101并且将第二金属护套109插入到第一金属护套106的内部空间107中。图3a示出在实施该方法步骤期间的方法阶段。

c）将第二金属护套109固定在第一金属护套106中并且将引导元件157固定在热敏元件101上和支架103上。该方法步骤示意性地在对于本方法的一种实施形式的图3b中示出，在该实施形式中恰好通过敛密进行固定；图3c示出此后得到的阶段。

然后可选地还可以在引导元件157上设置一个弯折保护弹簧158。

附图标记列表

100、200、300 温度传感器

101         热敏元件

102         测量部位

103         支架

104         开口

105         电连接部

106         第一金属护套

107         第一金属护套的内部空间

108         第二金属护套的内部空间

109         第二金属护套

110         第二金属护套的区段

111         底部

120         电绝缘的、良好传热的物质

113、114    热敏臂

113a、114a  热敏臂的第一区域

113b、114b  热敏臂的第二区域

151         孔

152         贴靠面

153         对置于贴靠面的侧面

154、155    连接导线

157         引导元件

158         弯折保护弹簧

159         敛密部位

160         绝缘软管

Claims (17)

1.温度传感器（100、200、300），包括具有测量部位（102）的热敏元件（101）以及包括支架（103），该支架具有用于贴靠到要加热的构件上的贴靠面（152）以及具有开口（104），其中，热敏元件（101）的电连接部（105）从测量部位（102）出发被引导通过开口（104），在支架（103）的贴靠面（152）上或者至少部分贯穿该贴靠面地设置有第一金属护套（106），使得第一金属护套（106）的内部空间（107）通过开口（104）与支架（103）的对置于贴靠面（152）的侧面（153）或者另一侧面连接，其特征在于：所述测量部位（102）设置在第二金属护套（109）的内部空间（108）中，其中，第二金属护套（109）至少以一个区段（110）位于第一金属护套（106）的内部空间（107）中并且至少以该区段（110）的一部分区域与第一金属护套（106）连接或能连接，使得第二金属护套（109）在其位置方面相对于第一金属护套（106）固定。

2.按照上述权利要求所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）连同热敏元件（101）的设置在该第二金属护套中的区段具有这样高的强度，以至于该金属护套不能手动地弯曲。

3.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）的远离测量部位的边缘不突出于设置在支架上的引导元件（157）。

4.按照权利要求3所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）的远离测量部位的边缘设置在第一金属护套（106）的内部空间（107）之内。

5.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：在所述第二金属护套（109）的内部空间（108）中设置有良好传热的、电绝缘的物质（120），热敏元件（101）的在第二金属护套（109）的内部空间（108）中延伸的区域（101b）的至少一部分（101a）嵌入所述物质中。

6.按照权利要求5所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述热敏元件（101）具有下述的测量部位（102），该测量部位是两个由不同材料制成的热敏臂（113、114）的接触部位，其中，各热敏臂（113、114）至少在热敏元件（101）的直接邻接于测量部位（102）的区段（113a、114a）上以直接接触嵌入所述良好传热的、电绝缘的物质（120）中。

7.按照权利要求5或6所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述热敏元件（101）的具有绝缘物的区段、特别是热敏臂的、热敏导线或补偿导线的绝缘的区段（113b、114b）也嵌入所述良好传热的、电绝缘的物质（120）中。

8.按照权利要求7所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：以下部位位于所述支架（103）的贴靠面（152）下方，在该部位处热敏元件（101）的具有绝缘物的、设置在第二金属护套（109）内部（108）中的区段（113b、114b）朝向测量部位（102）过渡到热敏元件（101）的不具有绝缘物的区段（113a、114a）中。

9.按照权利要求7或8所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述热敏元件（101）的嵌入电绝缘的物质（120）中的、具有绝缘物的区段（113b、114b）如此地嵌入所述良好传热的、电绝缘的物质（120）中，使得用以从良好传热的、电绝缘的物质（120）中拉出这些区段所需的力大于40牛。

10.按照权利要求5至9之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述良好传热的、电绝缘的物质（120）是矿物质绝缘物或陶瓷绝缘物、特别是压实的矿物质绝缘物或陶瓷绝缘物。

11.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述热敏元件（102）具有至少部分地具有绝缘物的热敏臂（113、114）、热敏导线和/或补偿导线，并且热敏臂（113、114）、热敏导线和/或补偿导线和绝缘物的至少一部分直接从第二金属护套（109）引导出来。

12.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第一金属护套（106）是管形或杯形金属套筒。

13.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）是带有底部（111）的杯形金属套筒。

14.按照权利要求12所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述测量部位（102）是与底部（111）连接的或者设置成与底部（111）间隔开小于或等于杯形套筒的半径的距离。

15.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）的外径沿至少一个方向等于第一金属护套（106）沿该方向的内径，从而第二金属护套（109）的外表面和第一金属护套（106）的内表面接触。

16.按照上述权利要求之一所述的温度传感器（100、200、300），其特征在于：所述第二金属护套（109）的内部空间（108）的直径为第一金属护套（106）的内部空间（107）的直径的至少50%。

17.具有按照权利要求1至16之一所述的温度传感器（100、200、300）和要加热的构件的装置，该构件的温度能利用温度传感器（100、200、300）监测，其特征在于：支架（103）的贴靠面贴靠在要加热的构件上；要加热的构件具有带有底部的空隙，第一金属护套（106）容纳在该空隙中；并且第二金属护套（109）至少与第一金属护套（106）同样远地伸入所述空隙中。

Images