CN107110713A - 温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造热电偶式温度传感器的方法，所述方法包括以下相继的步骤：a)制造矿物绝缘电缆(14)，所述矿物绝缘电缆(14)包括在所述矿物绝缘电缆的整个长度上延伸的并埋没到矿物绝缘体(8)中的两条热电偶线(10、12)；b)将所述矿物绝缘电缆的端部中的一个在2至20mm范围内的长度上、优选地在小于15mm的长度上、优选地在小于10mm的长度上剥皮，以暴露热电偶线的端部；c)连接由此暴露的热电偶线的端部(40、42)，以构成热电偶热点(13)；d)将盖帽(20)固定在所述矿物绝缘电缆上，以保护所述热点。

Description

温度传感器

技术领域

本发明涉及包括热电偶的温度传感器，其意于测量-40℃至1200℃范围内的温度，尤其是在机动车辆的热力发动机组中。

背景技术

如图1所示，温度测量装置传统地包括温度传感器2，该温度传感器2通过允许将温度传感器连接到测量设备4的延伸电缆3而被延长。温度传感器2传统地包括金属保护鞘5和止挡件6，该止挡件6安装在保护鞘5上并根据目标应用而被调整。

测量设备4意于解释由温度传感器2提供的并通过延伸电缆3传递的电信号。该解释允许估测温度传感器的端部所经受的温度。

在保护鞘5的内部，温度传感器2传统地包括热电偶7和矿物绝缘体8(传统地由氧化铝或氧化镁制成)，这允许热电偶抵御环境限制、尤其是抵御高温。

如图2所示，热电偶7是第一和第二导电线10和12的组件，第一和第二导电线10和12在热点13处彼此端对端地连接。根据众所周知的塞贝克效应(l’effet Seebeck)，第一和第二导电线的端子处的电势差ΔU取决于在热点处的温度T₁和在所述端子处的温度T₀之间的差。

热电偶式温度传感器尤其用于热力发动机组中，在热力发动机组中，该热电偶式温度传感器经受-40℃至1200℃范围内的温度。

为了制造意于这样的应用的温度传感器，传统地采用按照以下步骤的方法：

首先，制造矿物绝缘电缆14、或MIC电缆(在英语中为“mineral insulatedcable”)。

矿物绝缘电缆包括金属保护鞘5，并在保护鞘5的内部包括由适于形成热电偶的材料制成的两条热电偶线10和12，这两条热电偶线借助于矿物绝缘体8彼此绝缘并与保护鞘5绝缘(图3a)。

为了形成这两个热电偶线之间的接合部、即“热点”13，从电缆的端部中的一个、通常在约为2至10mm的深度上取走一些矿物绝缘体(例如通过喷砂处理或刮研)。在该被称为“远侧”端部的端部处，这两条热电偶线由此从绝缘体露出，同时被保护鞘5环绕(图3b)。

热电偶线的由此暴露的两个端部机械地靠近，直至彼此接触，然后例如通过电焊接彼此连接(图3c)。

保护鞘的镂空端部然后可选地可被绝缘材料填充，该绝缘材料与矿物绝缘电缆的矿物绝缘体相同或不同。保护鞘然后被再封闭(图3c中的箭头)，以保护热电偶，该再封闭例如通过电焊接(图3d)。

此外，在保护鞘5的封闭之后或在矿物绝缘电缆的切割之前，传统地，在保护鞘5的远侧端部处制成缩径部15(传统地通过拉丝或锻造)。缩径部传统地允许改善温度传感器的响应时间，而不显著影响其抵抗振动的能力。

这样的制造方法难以自动化，并且目前需要棘手的手工操作。

因此，存在对这样的解决方案的需求：该解决方案允许方便热电偶式温度传感器的制造自动化。

本发明的目的在于满足该需求。

发明内容

本发明提出一种用于制造热电偶式温度传感器的方法，该方法包括以下相继的步骤：

a)制造矿物绝缘电缆(MIC)，该矿物绝缘电缆包括保护鞘和两条热电偶线，这两条热电偶线在保护鞘中于电缆的整个长度上延伸并埋没到矿物绝缘体中；

b)将矿物绝缘电缆的端部中的一个在2至20mm范围内的长度上、优选地在小于15mm的长度上、优选地在小于10mm的长度上剥皮，以暴露热电偶线的端部；

c)连接由此暴露的热电偶线的端部，以构成热电偶热点；

d)将盖帽固定在所述矿物绝缘电缆上，以保护所述热点。

如在本说明书的下文中将更加详细地看到的，因此不再需要重新使保护鞘本身封闭以保护热电偶线，也不需要取走矿物绝缘体以使保护鞘镂空，这显著地方便了制造方法的自动化。

根据本发明的方法还可以包括以下优选的可选特征中的一个或多个：

-盖帽具有缩径部，缩径部在热点处的直径在步骤d)之后小于2.5mm；

-盖帽在步骤d)之后覆盖保护鞘的外侧向表面的90％以上；

-盖帽被成形为与保护鞘的边抵靠和/或被成形为引导盖帽在保护鞘上的安装；

-安装盖帽之前，盖帽被填充有绝缘材料，以在安装盖帽之后，热电偶线的端部通过所述绝缘材料而与外部绝缘；

-将矿物绝缘电缆引入加强管中，以使得所述加强管至少部分地遮盖保护鞘。

本发明还提出一种热电偶式温度传感器，其包括矿物绝缘电缆，该矿物绝缘电缆包括限定热点的两条热电偶线和保护鞘、以及被固定以密封地保护所述热点的盖帽。

根据本发明的温度传感器可特别地按照根据本发明的方法制造，该方法可选地被调整以使得温度传感器具有下文所述的可选特征中的一个或多个。

根据本发明的温度传感器还可以包括以下优选的可选特征中的一个或多个：

-优选地，矿物绝缘电缆没有缩径部；

-优选地，盖帽具有缩径部，该缩径部的外径在热点处优选地小于3.5mm、或小于3mm、或小于2mm、或小于1.5mm；

-盖帽覆盖保护鞘的外侧向表面的10％以上、30％以上、60％以上、90％以上，优选地覆盖保护鞘的外侧向表面的大致100％；

-盖帽被成形为与保护鞘的边抵靠和/或被成形为引导盖帽在保护鞘上的安装；

-温度传感器包括加强管，该加强管至少部分地遮盖矿物绝缘电缆的保护鞘；

-加强管的壁具有的厚度大于0.3mm和/或小于1.2mm；

-盖帽和加强管一起覆盖矿物绝缘电缆的保护鞘的外侧向表面的10％以上、30％以上、60％以上、90％以上，优选地覆盖保护鞘的外侧向表面的大致100％；

-温度传感器包括机械止挡件，该止挡件固定在、优选地焊接在保护鞘上或加强管上；

-盖帽被固定在矿物绝缘电缆的保护鞘上和/或包含矿物绝缘电缆的加强管上；

-盖帽优选地通过激光焊接被固定到保护鞘的远侧端部和/或优选地被固定在保护鞘的外侧向表面上；

-盖帽填充有优选地呈粉状的绝缘材料，该绝缘材料与矿物绝缘电缆的矿物绝缘体相同或不同，该绝缘材料优选地由从氧化铝和/或氧化镁中选择的材料制成。

本发明还涉及根据本发明的温度传感器在处于高于800℃、高于900℃、高于1000℃、高于1100℃和/或低于-20℃、低于-30℃的温度的环境中、优选地在处于在-40℃和1200℃之间变化的温度的环境中的用途，特别是在机动车辆的热力发动机组中。

本发明最后涉及一种机动车辆的热力发动机组，其包括根据本发明的温度传感器；以及涉及一种机动车辆，其包括根据本发明的热力发动机组。温度传感器可以特别地布置在涡轮增压器的涡轮上游的排放集气管中或布置在燃料或助燃剂的进入歧管中或布置在排放歧管中。

附图说明

通过研究附图和通过阅读以下详细的说明，本发明的其它特征和优点将进一步显现，在附图中

图1示意性地示出连接到测量设备的温度传感器；

图2示意性地示出热电偶的运行原理；

图3(图3a至3d)示出根据现有技术的用于制造温度传感器的方法；

图4示出根据本发明的、在固定盖帽之前的温度传感器；以及

图5示出根据本发明的、在剥皮之前的温度传感器。

定义

-通过“近侧”和“远侧”，区分根据本发明的温度传感器的两个侧。“远侧”是热点那一侧。

-“热点”传统地指示两条热电偶线之间的接合部，而独立于该接合部的温度。

-除非有相反说明，“包括一个”、“具有一个”或“含有一个”表示“包括至少一个”。

-相同的参考标记被用于指示在不同的图中的相似的部件。

具体实施方式

前面已经描述了图1至3，现在将参照图4。

用于制造热电偶式传感器的现有技术的任何矿物绝缘电缆可被使用。

优选地，保护鞘5的外径大于4mm、优选地大于或等于4.5mm和/或小于7mm、优选地小于6mm。

保护鞘可由任意导电材料制成。

热电偶线可以是柔性的或刚性的。优选地，热电偶线具有大致圆形的横截面。还优选地，热电偶线的横截面的最大尺寸和/或最小尺寸大于或等于0.2和/或小于或等于1。

根据本发明的一种实施方式，第一和第二热电偶线10和12的材料对从由以下材料对构成的集合中选择：NiSil/NiCroSil。

热电偶线10和12的可选地延伸超过矿物绝缘电缆的近侧端部44的突出部分50和52可以具有大于5cm、大于10cm、大于20cm、大于50cm的长度。有利地，这些线可由此用作延伸电缆3，该延伸电缆3用于使温度传感器2与测量设备4电连接。当然，如果热电偶线被用作延伸电缆，所述突出部分50和52应被电绝缘。

在它们的近侧端部处，热电偶线10和12包括电连接器件，例如准许将它们连接到测量设备4和/或延伸电缆3的连接端子。

还优选地，机械止挡件6固定(优选地焊接)在保护鞘的外侧向表面上。机械止挡件6有利地允许温度传感器的直径的精确的局部的适配性，并因此允许与目标应用的良好的相符性。

优选地，机械止挡件的最大横向尺寸(即在垂直于对应于矿物绝缘电缆的长度的纵向方向的平面中)大于8mm和/或小于25mm。

如图4所示，根据现有技术而被矿物绝缘电缆14的保护鞘5限定的保护被盖帽20代替。

优选地，盖帽由因科镍合金(Inconel)制成。

优选地，盖帽20的最大外径大于4mm、优选地大于或等于4.5mm和/或小于7mm、优选地小于6mm。

优选地，盖帽具有缩径部56。使用添置的盖帽有利地方便对缩径部获得复杂形状。此外，减小了损坏热电偶线的风险。

还优选地，如所示出的，缩径部56延伸直至盖帽20的远侧端部。有利地，缩径部56改善了传感器的响应时间。

为了具有合适的响应时间，缩径部的外径在热点处优选地小于3.5mm、或小于3mm、或小于2mm、或小于1.5mm。

缩径部56还可以用作方便盖帽20在矿物绝缘电缆上的组装的机械止挡件。还优选地，盖帽20在缩径部56的延长部中包括扩大部分58，该扩大部分58具有与矿物绝缘电缆大致互补的形状，以使得矿物绝缘电缆能够在盖帽20的组装期间引导该盖帽。

优选地，盖帽填充有绝缘材料，该绝缘材料优选地为粉状的、优选地是矿物性质的，该绝缘材料与矿物绝缘电缆的保护鞘中所包含的绝缘材料相同或不同。优选地，绝缘材料由从氧化铝和/或氧化镁选择的材料制成。

根据本发明，温度传感器按照以下步骤a)至d)制造。

步骤a)至c)可对应于如前面所描述的、根据现有技术而被传统地实施的步骤。

在步骤a)，制备矿物绝缘电缆或矿物绝缘电缆的部段。

在步骤b)，与传统的方法不同地，热电偶线的端部被剥皮，即包围热电偶线的保护鞘部分(其包含矿物绝缘体，传统地，该矿物绝缘体被取走)被切割，以暴露热电偶线的远侧端部。

切割线L在图3c中由虚线示出。剥皮操作优选地在于在包含切割线L的横向面中同时切割保护鞘和矿物绝缘体，然后在于取走由此被切割的片，以暴露热电偶线的远侧端部40和42。

如图5中所示，在步骤b)结束时，热电偶线的端部由此纵向地(沿着矿物绝缘电缆的长度方向)延伸超出保护鞘和矿物绝缘体。围绕热电偶线的两个端部不存在环绕件(由保护鞘形成的环绕件)显著地方便它们在步骤c)的连接，特别是方便它们的焊接。

在步骤c)，如图4中所示，热电偶线10和12的远侧端部40和42然后被彼此连接，即远侧端部40和42持久性地被置为物理和电接触，以形成热点13。优选地，通过热焊接实现该连接。

在步骤d)，由两个热电偶线的连接产生的热电偶借助于盖帽20而被保护，该盖帽20优选地由因科镍合金制成。

盖帽20可被固定在保护鞘的外侧向表面22上。在一种实施方式中，盖帽20的边23(其界定盖帽20的开口)可以被固定在矿物绝缘电缆的保护鞘的边24上。

盖帽20可以通过任何手段(例如通过合适的粘合剂)被刚性地固定、优选地焊接，以限定容置热电偶线的突出的远侧部分40和42的密封腔室。

优选地，所述腔室填充有绝缘材料，该绝缘材料与矿物绝缘电缆的矿物绝缘体相同或不同，该绝缘材料优选地是粉状的，其在盖帽被固定在支撑管30上之前而被布置在盖帽中。绝缘材料粉可以特别是氧化铝粉或氧化镁粉。

优选地，温度传感器还包括优选地由不锈钢制成的加强管60，该加强管至少部分地遮盖保护鞘。

优选地，加强管60使盖帽20延长，以与盖帽20遮盖保护鞘的外侧向表面的至少一部分、优选地遮盖保护鞘的外侧向表面的全部。优选地，盖帽和加强管一起限定围绕矿物绝缘电缆的环绕件。优选地，该环绕件至少在温度传感器的自机械止挡件6起延伸直至温度传感器的远侧端部62的部分中是密封的，优选地在温度传感器的自矿物绝缘电缆的近侧端部起延伸直至温度传感器的远侧端部62的部分中是密封的。

优选地，加强管的壁具有的厚度为0.3mm至1.2mm。

还优选地，加强管60的孔具有与保护鞘5的外侧向表面大致互补的形状。

在一种实施方式中，盖帽20固定在加强管60的远侧端部的边64上和/或其内表面上或其外表面上。在一种实施方式中，盖帽20和加强管60形成一体式组件，即加强管60与盖帽20一体地制成。

正如现在很清楚地，根据本发明的的制造方法的步骤是简单的，并且能够被自动化。这导致制造成本的显著降低。

本发明还允许对缩径部获得复杂形状。最后，本发明使得非常显著地降低了损坏热电偶线的风险。

当然，本发明不限于所述并所示出的仅出于示例性的目的而提供的实施方式。

Claims (9)

1.一种用于制造热电偶式温度传感器的方法，所述方法包括以下相继的步骤：

a)制造矿物绝缘电缆(14)，所述矿物绝缘电缆(14)包括保护鞘和两条热电偶线(10、12)，所述两条热电偶线(10、12)在所述保护鞘中于所述矿物绝缘电缆的整个长度上延伸并埋没到矿物绝缘体(8)中；

b)将所述矿物绝缘电缆的端部中的一个在2至20mm范围内的长度上剥皮，以暴露所述热电偶线的端部(40、42)；

c)连接由此暴露的热电偶线的端部(40、42)，以构成热电偶热点(13)；

d)将盖帽(20)固定在所述矿物绝缘电缆上，以保护所述热点。

2.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述盖帽(20)具有缩径部(56)，所述缩径部在所述热点处的直径在步骤d)之后小于2mm。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述盖帽(20)在所述步骤d)之后覆盖所述保护鞘(5)的外侧向表面(22)的90％以上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述盖帽(20)被成形为与所述保护鞘的边抵靠和/或被成形为引导所述盖帽在所述保护鞘上的安装。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在安装所述盖帽之前，所述盖帽被填充有绝缘材料，以在安装所述盖帽之后，所述热电偶线的端部(40、42)通过所述绝缘材料而与外部绝缘。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物绝缘电缆包括保护鞘(5)，且其中，将所述矿物绝缘电缆引入加强管(60)中，以使得所述加强管至少部分地遮盖所述保护鞘(5)。

7.一种温度传感器，其依照根据前述权利要求中任一项所述的方法被制造。

8.根据前一项权利要求所述的温度传感器在处于高于1100℃的温度的环境中的用途。

9.一种机动车辆的热力发动机组，其包括根据权利要求7所述的温度传感器。