CN104535218A

CN104535218A - 用于测量温度的复合材料、温度传感器及其制造方法

Info

Publication number: CN104535218A
Application number: CN201510015248.XA
Authority: CN
Inventors: G.克洛伊贝尔; H.斯特拉尔霍弗
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2015-04-22
Also published as: US9341521B2; EP2243013B1; KR20100124302A; JP2011516821A; EP2243013A1; WO2009103261A1; CN101952701A; CN101952701B; DE102008009817A1; US20110051778A1; KR101572290B1

Abstract

提供一种用于测量温度的复合材料（1）以及一种从复合材料（1）中塑形得到的温度传感器（10）。此外提供用于制造复合材料（1）和用于制造温度传感器（10）的方法。该复合材料（1）具有陶瓷的填充料和嵌入到所述填充料中的能塑形的基质，其中所述陶瓷的填充料具有电阻的正温度系数或负温度系数。

Description

用于测量温度的复合材料、温度传感器及其制造方法

本申请为申请号200980105641.0、申请日为2009年2月9日的同名发明的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于测量温度的复合材料和一种用于制造该复合材料的方法。此外，本发明涉及一种由所述复合材料形成的温度传感器和一种用于制造该温度传感器的方法。

背景技术

用于在部件表面处测量温度的常见温度传感器具有复杂的构造并且制造起来费事且成本高。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于测量温度的复合材料以及一种由该复合材料形成的温度传感器。该任务通过根据权利要求1所述的复合材料和通过根据权利要求12所述的温度传感器来解决。本发明的另一任务是，提供用于制造所述复合材料和用于制造所述温度传感器的简单和成本低的方法。这些任务根据权利要求7和20来解决。所述装置和方法的其他实施方式是其他权利要求的主题。

根据一种实施方式，提供一种用于测量温度的复合材料，该复合材料具有陶瓷的填充料以及嵌入到该填充料中的能塑形的基质。在此，所述陶瓷的填充料具有电阻的正温度系数或负温度系数。此外，该复合材料具有通过陶瓷的填充料确定的电阻-温度特性曲线。因此提供具有如下电阻-温度特性曲线并且同时是能被塑形的材料的复合材料：所述电阻-温度特性曲线具有负温度系数（NTC）或正温度系数（PTC）。所述复合材料可以被任意塑形，因此还可以被加工成可表面安装的元件，例如薄膜。由于所述复合材料具有温度相关的电阻特性曲线，因此所述复合材料可以被形成为温度传感器。此外，所述复合材料可以具有良好的导热性。

此外，所述复合材料可以具有选自如下组的基质材料：所述组包括玻璃态材料、热塑性塑料、热固性塑料、弹性塑料或者它们的混合物。作为聚合物材料例如可以使用硫化聚苯醚（Polyphenylensulfid，PPS）或者聚酰胺（PA）。这些材料可良好地塑形并且具有使所述复合材料能够良好加工的效果。

复合材料中的填充料可以作为基质中的许多颗粒存在。因此，可以将具有NTC或PTC特征的粉末状陶瓷填充料材料混入到基质中。

此外，陶瓷填充料的颗粒可以在基质中具有50％至95％的填充度。这些颗粒可以在基质中形成连续的电流路径。通过颗粒在基质中50％至95％的填充度，可以确保陶瓷颗粒对于电流的连续形成的电流路径。因此要防止该电流路径的中断并且因此要防止电流通过基质材料的中断。因此基本上通过陶瓷的填充料确定所述复合材料的电特性。所述复合材料根据温度改变其电阻，因此具有NTC或PTC特征曲线，并且因此可以用作为温度传感器。此外，所述陶瓷颗粒在基质中的填充度小得足以实现所述复合材料的可塑形性。

复合材料中的填充料可以具有如下材料，所述材料包括具有公式A^IIB^III ₂O₄的导电尖晶石和具有公式ABO₃的钙钛矿（Perowskit），其中A分别是二价金属而B分别是三价金属。A例如可以是镍，B例如可以包括锰。在这种情况下，所述材料是具有负温度系数的陶瓷材料。同样地可以使用具有正温度系数或者具有其他组成和负温度系数的陶瓷。此外，所述陶瓷材料可以包括例如选自金属氧化物的掺杂物质。

此外提供一种用于制造具有上述特征的复合材料的方法。该方法具有如下方法步骤

A）制造所述陶瓷的填充料，

B）提供所述基质，以及

C）将所述填充料和所述基质混合。

因此将提供一种简单的方法，利用该方法可以制造根据上述特征的复合材料。

此外，可以在方法步骤A）中对陶瓷颗粒进行烧结、压制并且磨成粉末。由此提供可以以粉末状容易地与基质材料混合的陶瓷材料。

在方法步骤B）中，基质可以选自包括玻璃态材料、热塑性塑料、热固性塑料、弹性塑料或者它们的混合物的组。

此外可以在方法步骤C）中将填充料与基质连续混合。为此，所述混合例如可以在双螺旋挤压机上利用两个同时运行的平行的螺旋输送机来进行。所述基质材料和填充料被连续地聚集在一起并且混合。在方法步骤C）中也可以对填充料和基质进行不连续地混合。为此将填充料材料或基质材料放入一个容器中，然后添加基质材料或填充料材料并将这些材料在该容器中混合。

此外提供一种温度传感器，该温度传感器由根据上述特征的复合材料形成并且具有接触件（Kontaktierung）。该温度传感器的特征在于，可以以没有外壳或载体的形式来制造该温度传感器并且也可以用所述复合材料来形成其外表面。所述温度传感器可以检测与其相邻的物体和/或热辐射的温度。此外，由复合材料形成的该温度传感器被塑形为使得该温度传感器可表面安装。可表面安装的温度传感器具有其表面与测量对象的良好的热和机械耦合。

所述温度传感器可以具有接触件，所述接触件施加在温度传感器的表面上和/或整合到温度传感器中。如果接触件整合到温度传感器中，则所述接触件的一部分位于复合材料中，而另一部分从复合材料中凸出并且可从外部接触。接触件与复合材料之间的接触面可以对该温度传感器的电阻具有影响，并且因此对该温度传感器的NTC或PTC特征曲线具有影响。所述接触件与复合材料接触的面积越大，所述复合材料的绝对电阻就越小。因此可以按照需要来调整温度传感器的电特性。此外，温度传感器的电特性通过复合材料的几何形状以及通过这些接触件的形状和位置来确定。这是因为，体效应（Bulk-Effekt）确定温度传感器通过材料的整个体积的导电性。

所述温度传感器可以具有三维的几何形状。所述温度传感器例如可以形成为薄膜，所述薄膜可以是柔性的。此外，温度传感器可以是长方体形的和/或具有圆角。同样可以制造其他几何形状，例如圆柱体或者单独地适应于环境的不规则形状。因此，通过复合材料的可塑形性可以简单地和低成本地制造温度传感器，所述温度传感器按照需要形成并且可以在没有例如外壳（Umhüllungen）或载体的附加元件的情况下使用。

如果需要温度传感器的电绝缘表面，例如可以通过附加的浇注过程来实现可选的热耦合的封装。

此外提供一种用于制造温度传感器的方法。该方法包括如下步骤

D）根据上述用于制造复合材料的方法来制造复合材料，

E）对所述复合材料进行塑形，以及

F）施加接触件。

在方法步骤D）中，根据上述方法制造复合材料。此外可以在方法步骤E）中将所述复合材料塑形成三维的对称形状。所述复合材料可以形成为带或者薄膜或者各种任意的其他三维形状。为此，例如可以使用包括浇注的方法。对复合材料的塑形可以直接在双螺旋挤压机中制造完复合材料之后执行。为此作为工具例如可以使用宽口喷嘴。经过挤压的带可通过平滑辊筒牵拉并且例如被塑形成薄带或薄膜。此外作为挤压机处的工具可以使用压模板（Lochplatte）。然后，利用合适的剪切设备将压出物加工成小件（Granulat），所述小件又在任意的加工机器—例如浇注机器上被转换成期望的形状。

此外可以在方法步骤F）将接触件施加在经塑形的复合材料的表面上。为此可以选择选自丝网印刷、喷涂以及电镀的方法。此外可以同时执行方法步骤E）和F）并且可以将接触件整合到所述复合材料中。例如可以在浇注件中制造整合的接触件，所述接触件具有从复合材料中凸出的端部以及密封在复合材料中的端部。

可以将所述温度传感器施加在将要测量温度的物体上。由此，所述温度传感器可以通过与相邻物体的接触面来测量温度。作为附加的或者替换的功能，所述温度传感器还可以用于测量辐射。为此可以形成主体—例如薄膜，其基质材料具有良好的辐射吸收性。为此，所述基质材料例如可以具有黑色的颗粒。由此可以检测到入射的太阳辐射或者热辐射。

附图说明

借助于附图将进一步阐述本发明：

图1示出温度传感器的实施方式的示意图，

图2示出温度传感器的实施方式的另一示意图。

具体实施方式

图1示出具有施加在复合材料1上的接触件2的温度传感器10。在该实施例中，温度传感器10被形成为薄膜并且接触件2施加在复合材料1的表面上。所述薄膜可以是柔性的，因此可以被施加在要测量温度的任意表面上。该复合材料可以包含基质材料，该基质材料选自玻璃态材料、热塑性塑料、热固性塑料、弹性塑料或者它们的组合。例如可以使用PPS或PA。所述基质包含陶瓷的填充料，该填充料具有电阻的正温度系数或负温度系数。所述填充料在基质中以颗粒形式存在，其中在基质中的填充度高到使得可以在基质中形成颗粒的连续电流路径。所述陶瓷的填充料可以包括包含金属氧化物—例如MnNiO的材料并且可以在基质中以50％至95％的填充度存在。可替换地，接触件2也可以整合到所述薄膜中并且具有不同的尺寸。

图2示出温度传感器10的替换实施方式。在这里，复合材料1形成为长方体并且接触件2整合到该长方体中。接触件2具有从长方体中凸出使得可从外部接触该接触件2的端部，并且接触件2具有封入在长方体中的端部（由虚线表示）。这样的温度传感器10例如可以通过浇注来制造，其中接触件2在浇注过程期间被整合到复合材料1中。可替换地，接触件2也可以施加在复合材料1的表面上（在此未示出）并且可以具有不同的尺寸。所述温度传感器的电特性可以通过复合材料1的几何形状以及通过接触件2的尺寸、形状和位置来确定。因此，该温度传感器可以在其形状及其电特性方面单独地针对各个应用来设计。

在图1和2中示出的实施方式可以任意地改变。此外应当考虑到，本发明不限于所述示例，而是允许其他的、在此未详述的实施方式。

附图标记列表

1 复合材料

2 接触件

10 温度传感器

Claims

1. 一种用于测量温度的复合材料（1），具有

—陶瓷的填充料，和

—嵌入到所述填充料中的能塑形的基质，

其中所述陶瓷的填充料具有电阻的正温度系数或负温度系数，并且所述复合材料（1）具有由所述陶瓷的填充料确定的电阻-温度特性曲线。

2. 根据权利要求1所述的复合材料（1），其中所述基质具有选自包括玻璃状材料、热塑性塑料、热固性塑料、弹性塑料或者它们的混合物的组的材料。

3. 根据前述权利要求之一所述的复合材料（1），其中所述填充料在基质中作为许多颗粒存在。

4. 根据权利要求3所述的复合材料（1），其中所述颗粒在基质中具有50％至95％的填充度。

5. 根据权利要求3或4所述的复合材料（1），其中所述颗粒在基质中形成连续的电流路径。

6. 根据前述权利要求之一所述的复合材料（1），其中所述填充料具有选自如下组的材料：所述组包括具有公式A^IIB^III ₂O₄的导电尖晶石和具有公式ABO₃的钙钛矿以及PTC材料，其中A和B分别为金属。

7. 一种用于制造根据权利要求1至6所述的复合材料（1）的方法，具有如下方法步骤

A）制造所述陶瓷的填充料，

B）提供所述基质，以及

C）将所述填充料和所述基质混合。

8. 一种温度传感器（10），所述温度传感器（10）由根据权利要求1至6所述的复合材料（1）形成并且具有接触件（2）。

9. 根据权利要求8所述的温度传感器（10），其中所述接触件（2）施加在所述温度传感器（10）的表面上和/或整合到所述温度传感器（10）中。

10. 根据权利要求8或9所述的温度传感器（10），所述温度传感器（10）具有三维几何形状。

11. 根据权利要求10所述的温度传感器（10），所述温度传感器（10）被形成为薄膜。

12. 根据权利要求11所述的温度传感器（10），其中所述薄膜是柔性的。

13. 根据权利要求10所述的温度传感器（10），其中所述几何形状是长方体形的。

14. 根据权利要求10至13之一所述的温度传感器（10），其中所述几何形状具有圆角。

15. 一种用于制造根据权利要求8至14所述的温度传感器（10）的方法，具有如下方法步骤

D）制造根据权利要求7至11所述的复合材料（1），

E）对所述复合材料（1）进行塑形，以及

F）施加接触件（2）。