CN103871699A - 用于减轻温差电动势影响的金属带电阻器 - Google Patents

用于减轻温差电动势影响的金属带电阻器 Download PDF

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Abstract

一种金属带电阻器(10)包括：电阻器本体(11)，其具有由电阻性金属材料带形成的电阻元件(13)；电连接到电阻元件以形成第一结合部(15)的第一终端(16)；和电连接到电阻元件以形成第二结合部(17)的第二终端(20)；第一终端和第二终端由高导电性金属材料的带形成。电阻元件、第一终端和第二终端被布置成减少在第一结合部和第二结合部之间的热感应电压。

Description

用于减轻温差电动势影响的金属带电阻器
本申请是申请日为2010年3月18日、申请号为201080019480.6、发明名称为“用于减轻温差电动势影响的金属带电阻器”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年3月19日提交的第61/161,636号、2009年4月15日提交的第61/169,377号、2009年8月6日提交的第12/536,792号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本发明涉及电阻器。更具体地，本发明涉及被配置成有助于减轻温差EMF影响的金属带电阻器。
背景技术
温差电动势(EMF，或热力电动势)是一种在两个相异金属被连接在一起时所产生的电压。当存在有多个结合部（junction）中的两个结合部具有相反极性且结合部的温度相等时，不具有净电压。当其中一个结合部的温度与另一个结合部的温度不同时，可检测到净电压差。电阻器可以具有被连接在铜终端之间的金属电阻元件，从而提供两个结合部并使电阻器易受温差EMF的反作用（adverse effect）。
这种结构的电阻器通常用来通过测量电阻器两端的压降来检测电流。在电流为低的场合中，电阻器两端所产生的信号电压也是非常小，并且由温差EMF所产生的任何电压可能会产生显著的测量误差。
解决这个问题的一个现有技术方法是将用于电阻元件的金属合金改变成具有更低温差EMF的金属合金。在某些情况下，这呈现了其他方面的挑战，比如费用增加、大电阻率的增加（其产生制造费用昂贵的电阻器图形）、或者牺牲其他电特性比如TCR(电阻温度系数)。
另一个现有技术方法是增加可编程的ASIC(特定应用集成电路)，以补偿热感应EMF所产生的偏移电压（offset voltage）。这种方法增加了材料费用、组装的复杂性、以及在组装步骤和装备方面的制造费用。
所需要的是提供这样一种减轻温差EMF影响的电阻器，同时不对所使用的金属电阻合金的类型施加约束。
发明内容
根据一个实施例，本发明提供一种金属带电阻器。金属带电阻器包括：电阻器本体，其具有至少一个由电阻性金属材料(比如，Evanohm、Manganin或其他)带所形成的电阻元件；电连接到电阻元件以形成第一结合部的第一终端；和电连接到电阻元件以形成第二结合部的第二终端；第一终端和第二终端由高导电性金属材料的带形成，比如具有高导电率的铜或其他金属。现有技术的金属带电阻器在美国专利号5,604,477(Rainer等)中被公开。电阻元件、第一终端和第二终端可布置成助于减轻第一结合部和第二结合部之间的热感应电压的影响。电阻器本体可包括在电阻器本体的第一部分和电阻器本体的第二部分之间的折叠部。导热性及非导电材料可用来将电阻器的第一部分热力连接着电阻器本体的第二部分，并助于减少在第一结合部和第二结合部之间的温差，从而减少在第一结合部和第二结合部之间的热感应电压的影响。
根据另一个实施例，本发明提供了一种金属带电阻器。金属带传感器包括：电阻器本体，其具有由电阻性金属材料带形成的电阻元件；连接到电阻元件以形成第一结合部的第一终端；和连接到电阻元件以形成第二结合部的第二终端；第一终端和第二终端由高导电性金属材料的带形成。电阻器本体被折叠到自身上，并且匹配表面以导热性及非导电材料粘合剂进行粘结，从而平衡电阻器本体两侧之间的温度，进而减少在第一结合部和第二结合部之间的热感应电压的影响。
根据另一个实施例，本发明提供了一种金属带电阻器，该金属带传感器包括：电阻器本体，其具有由电阻性金属材料带形成的电阻元件；连接到电阻元件以形成第一结合部的第一终端；和连接到电阻元件以形成第二结合部的第二终端；第一终端和第二终端由高导电性金属材料的带形成。电阻元件、第一终端、第二终端布置成可沿第一结合部的长度提供第一温度梯度以及沿第二结合部的长度提供第二温度梯度，使得相反结合部上的任意两个相邻点处的温度大体上相等。
根据另一个实施例，本发明提供了一种制造金属带传感器的方法，该方法包括：将电阻性金属材料与导电材料连接，以形成在电阻性金属材料和导电材料之间具有多个结合部的电阻器本体；折叠电阻器本体；利用导热性及非导电材料粘合剂，将折叠部一侧上的电阻器本体粘结到折叠部相反侧上的电阻器本体，从而形成配置为可减轻热感应电压影响的金属带电阻器。
附图说明
图1图示了折叠之前的金属带传感器；
图2图示了折叠之前的具有双电阻元件的金属带传感器；
图3图示了折叠后的图1的金属带传感器；
图4图示了折叠后的图2的金属带传感器；
图5为图3的金属带传感器的横截面视图；
图6为图4的金属带传感器的横截面视图；
图7图示了具有用于减轻热感应电压影响的几何图形的电阻器，其通过维持沿各个结合部的相等温度梯度、并进而平衡相反结合部上的任意两个相邻点处的电阻元件两侧的温差。
图8图示了具有用于减轻热感应电压影响的几何图形的另一个电阻器，其通过维持沿各个结合部的相等温度梯度、并进而平衡相反结合部上的任意两个相邻点处的电阻元件两侧的温差。
图9图示了具有用于减轻热感应电压影响的几何图形的另一个电阻器，其通过维持沿各个结合部的相等温度梯度、并进而平衡相反结合部上的任意两个相邻点处的电阻元件两侧的温差。
图10A-10D图示了用于减轻热感应电压影响的另一个金属带电阻器；以及
图11A-11D图示了用于减轻热感应电压影响的另一个金属带电阻器。
具体实施方式
本文所公开的实施例提供了一种用于减轻温差电动势(EMF)影响的电阻器。这就允许使用多个类型的金属电阻合金，而不管温差EMF如何，并使任何终端至终端的温度差得到消除或无效。通过使用适当的电阻器几何图形、金属成形和/或热传递材料，本文所公开的实施例获得期望的结果。
注意到，不是改变电阻器的电阻元件材料和/或终端材料、或增加补偿电路以补偿特定组的电阻器金属合金的温差EMF，本文所公开的实施例使用这样一种几何结构，其使得多个金属结合部达到相同的温度。通过这种方式来克服问题，本文所公开的实施例能够发挥作用，而不限于所使用的金属合金和其特定的温差电动势特性。因此，在此所公开的实施例不限于特定类型的材料，并且所述材料可被选择成优化其他电特性（比如TCR、电阻或稳定性），而不需考虑温差EMF。这是明显的优点。
图1图示了在折叠之前的具有电阻器本体11的金属带电阻器10。电阻器本体11具有第一终端16和第二终端20。电阻器本体11包括至少一个电阻元件13。第一终端16和第二终端20包括多个金属带。电阻元件13也包括不同于终端金属的不同合金金属带。这些金属带被连接，以提供用于第一终端16、第二终端20和电阻元件13之间的电连接和机械连接。第一结合部15被设定在第一终端连接到电阻元件13的位置，第二结合部17被设定在第二终端20被连接到电阻元件13的位置。
折叠线12示出为处于电阻器本体11的各个端部之间的大体上等距的中点处，并且延伸通过电阻元件13的中点，使得电阻元件13的第一电阻元件部分14和第二电阻元件部分18处于折叠线12的相反侧上，并使得第一终端16和第二终端20处于折叠线12的相反侧上，并且第一结合部15和第二结合部17处于折叠线12的相反侧上。电阻器本体11随后在折叠线12上折叠，该折叠线大体上与电阻器本体11的各个端部等距。应当理解的是，折叠线可以位于沿电阻器本体的各个位置而非中点。
在折叠之前，将作为折叠电阻器内部的一个半部被涂敷有具有好的热导率、但不导电的材料(热导性材料)。热导性材料也可包括将电阻器本体的两个半部粘结在一起的粘合剂。图3和图5图示了在折叠和粘结之后的电阻器。电阻器本体以成半部的形式折叠到自身上。如图5所示，在半部之间具有间隙22。间隙22可具有0.001英寸(0.0254mm)到0.005英寸(0.127mm)范围内的尺寸，尽管间隙可以更大或更小。间隙22填充有热导性材料或粘合剂30,比如包括有弹性体和热导填料的物料。其他热导性材料可被用来获得从一个半部到另一个半部的粘结和进行热传递的期望目标，同时使一个半部与另一个半部保持电绝缘。
通过这种方式将电阻器10的各个半部进行热力连接，两个铜至电阻合金的结合部的每一个的温度被保持相等，从而消除了由于结合部的温差EMF所产生的任何净电压。因而，热导性材料30允许热在电阻器的相反两侧之间传递，使得第一结合部和第二结合部保持在大体上相等的温度处，从而减轻温差EMF的影响。
另一个实施例示出在图2、图4和图6中。图2、图4和图6的电阻器和图1、图3和图5中的电阻器相同，除了电阻元件13是双电阻元件，以便第一部分14由高导电性金属材料24与第二部分18相分隔开。注意到，在图2中，在电阻元件13的第一部分14的相反两侧上具有结合部15A、15B，并在电阻元件13的第二部分18的相反两侧上具有结合部17A、17B。如图6中最佳地显示，双电阻元件允许导电材料24处于折叠线12的中心，使得机械应力不被引入到电阻元件13。如果折叠线穿过电阻元件的话，这种配置结构有助于防止可能发生的电阻问题。尽管这种配置结构具有四个结合部15A、15B、17A、17B而不是两个，但是在两个可能温度的每一个温度下可具有相反的结合部。因而，这种配置结构仍然导致温差EMF的减轻。
图10A-10D图示了类似于图1中所示的另一个实施例。图10D图示了折叠之前的电阻器本体11。注意到，折叠电阻器本体11的几何图形类似于图1中的形状，除了第二终端在其外缘具有凹口26，以助于折叠成图10B中最佳显示的形态。
图11A-11D图示了电阻器的另一个实施例，其示出了电阻元件通过省去终端突起而使用更少的焊接带，然而使用相同的使金属结合部成型和粘结的方法，以防止任何结合部温度差。
图7、图8和图9示出了电阻器几何图形的其他示例，其被用来减轻与结合部相关的温差EMF的影响，但是不使用折叠。各个电阻器都具有金属带电阻器结构。这些设计中的各个铜(或其他导体)至电阻合金的结合部可具有沿各个结合部长度的、由两个终端之间的任何可能温度差所引起的温度梯度。如图7和图8中所示，电阻器本体11可包括导电部分，该导电部分在形状上为大体上锥形或三角形。由于沿每个结合部的长度的温度梯度是相同的（而不管是电阻元件的哪一侧），相反结合部上的任何两个相邻点处的温度是大体上相同的，并且每个结合部具有相反的极性，因而热感应电压是相等且相反的，以彼此抵偿。注意到，以这种方式可考虑用于减轻温差EMF的不同配置结构。
因此，本发明已经公开了一种用于减轻温差EMF影响的金属带电阻器。本文所公开的实施例提供了一种用于减轻温差EMF影响的电阻器。本文所公开的实施例使用多种类型的金属电阻合金，不管温差EMF如何，并且使任何的终端到终端的温度差消失。本文所公开的实施例通过使用适当的电阻器几何图形、金属成型、和/或热传递材料来获得期望结果。本发明设想了多个变型、选择、以及包括所用几何图形的变型、所用的材料类型及其他材料的备选方案。

Claims (36)

1.一种电阻器，包括：
a.包括电阻元件和终端的本体，所述终端与电阻元件一起形成结合部，所述本体限定间隙；和
b.置于所述间隙的至少一部分内的热导性材料，所述热导性材料配置成最小化各结合部之间的温差。
2.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体被折叠到自身上。
3.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体具有单一电阻元件。
4.如权利要求3所述的电阻器，其中，所述本体被穿过电阻元件地折叠，其中电阻元件具有置于所述间隙的一侧上的第一电阻元件部分和置于所述间隙的相反侧上的第二电阻元件部分。
5.如权利要求4所述的电阻器，其中，所述间隙被置于第一电阻元件部分和第二电阻元件部分之间，其中所述热导性材料将第一电阻元件部分和第二电阻元件部分热连接。
6.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体具有多个电阻元件。
7.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体具有第一和第二电阻元件。
8.如权利要求7所述的电阻器，其中，本体被穿过位于第一和第二电阻元件之间的一点地折叠，其中第一电阻元件置于所述间隙的一侧上，且第二电阻元件置于所述间隙的相反侧上，其中热导性材料将第一电阻元件和第二电阻元件热连接。
9.如权利要求1所述的电阻器，其中，热导性材料还包括粘合剂。
10.如权利要求1所述的电阻器，其中，热导性材料是非导电的。
11.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体被折叠到自身上且通过热导性粘合剂粘结，从而减小第一结合部和第二结合部之间的热感应电压。
12.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体在其中点处被折叠。
13.如权利要求1所述的电阻器，其中，热导性材料仅置于所述间隙内。
14.如权利要求1所述的电阻器，其中，所述本体包括在所述间隙的第一侧上的第一部分，所述第一部分包括置于一平面内的第一结合部和第一终端。
15.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述本体包括在所述间隙的与第一部分的相反侧上的第二部分，所述第二部分包括置于一平面内的第二结合部和第二终端。
16.一种制造电阻器的方法，包括：
a.将本体折叠到自身上以形成间隙，所述本体包括至少一个电阻元件；和
b.将热导性材料施加到所述间隙的至少一部分内。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述本体具有单一电阻元件。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述本体被穿过电阻元件地折叠，其中所述电阻元件具有置于所述间隙的一侧上的第一电阻元件部分和置于所述间隙的相反侧上的第二电阻元件部分。
19.如权利要求16所述的方法，其中，间隙置于第一电阻元件部分和第二电阻元件部分之间，其中热导性材料将第一电阻元件部分和第二电阻元件部分热连接。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述本体具有多个电阻元件。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述本体具有第一和第二电阻元件。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述本体被穿过位于第一和第二电阻元件之间的一点地折叠，其中第一电阻元件置于所述间隙的一侧上且第二电阻元件置于所述间隙的相反侧上，其中热导性材料将第一电阻元件和第二电阻元件热连接。
23.如权利要求16所述的方法，其中，热导性材料还包括粘合剂。
24.如权利要求16所述的方法，其中，热导性材料是非导电的。
25.如权利要求16所述的方法，其中，所述本体在其中点处被折叠。
26.如权利要求16所述的方法，其中，热导性材料仅置于所述间隙内。
27.如权利要求16所述的方法，其中，所述本体包括在所述间隙的第一侧上的第一部分，所述第一部分包括置于一平面内的第一结合部和第一终端。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述本体包括在所述间隙的与第一部分的相反侧上的第二部分，所述第二部分包括置于一平面内的第二结合部和第二终端。
29.一种电阻器，包括：
a.具有至少一个电阻元件的本体，所述本体具有联接到第一终端以形成具有一定长度的第一结合部的第一端部和联接到第二终端以形成具有相同长度的第二结合部的第二端部；
b.其中，电阻元件、第一终端和第二终端被布置成沿每个结合部的长度具有相同的温度梯度，从而减小第一结合部和第二结合部之间的热感应电压。
30.如权利要求29所述的电阻器，其中，第一和第二终端呈锥形。
31.如权利要求29所述的电阻器，其中，第一和第二终端呈锥形。
32.如权利要求1所述的电阻器，其中，各终端被弯折到一平面内。
33.如权利要求1所述的电阻器，其中，各终端被从一平面向外弯折。
34.如权利要求29所述的电阻器，其中，每个终端包括两个从平面向外的弯折件，所述间隙在各终端的端部之间形成。
35.如权利要求2所述的电阻器，其中，所述本体包括在折叠之前的平坦带形体。
36.如权利要求16所述的方法，其中，所述本体包括在折叠之前的平坦带形体。
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