CN109477744B - 用于制造热流量测量仪的传感器的方法和传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造热流量测量仪的传感器(60)的方法以及传感器(60)。制造方法在此包括制造传感器芯(50、51)的金属的包套(10)、将传感器芯(50、51)引入金属的包套(10)中以及将金属的包套(10)与引入的传感器芯(50、51)烧结。

Description

用于制造热流量测量仪的传感器的方法和传感器
技术领域
本发明涉及一种用于制造热流量测量仪的传感器的方法和一种传感器。
背景技术
用于测量质量流的传感器长时间来基本上使用到两种类型中。在一种情况下，在质量流中的两个传感器之间的温差保持恒定。在第二种情况下，通过一个或多个有效的传感器元件将热量引入质量流，这些热量在下游通过一个或多个被动的传感器元件被记录，参看例如公开文本DE 102009028848A1。
传感器通常具有金属的护套，护套与流过测量管的介质处于接触中。金属的护套在其内部具有传感器元件，其中，为了测量温度经常考虑对与温度相关的阻抗的测量。
现有技术包括如下传感器：在这些传感器中，传感器芯被导入到护套中，其中，护套具有比传感器芯的外直径略微更大的内直径。因此在金属的护套和传感器芯之间建立起足够良好的热接触时出现了若干问题，因此需要使用填料。
取消填料使用的可行方案如下：金属护套通过高的外压作用被压到传感器芯上。因此可以建立起足够良好的热接触。公开文本US5880365A例如示出了一种传感器，在该传感器中，金属的护套通过液力成形被压到传感器芯上。但在这种制造方法中存在这样的危险，即，压力在挤压过程区间不均匀地构成以及因此传感器元件基于不均匀的机械负荷而受损。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是：提出一种用于制造热流量测量仪的传感器的方法和一种传感器，在方法中可以取消填料的使用并且最小化了在制造期间受损的风险。
该技术问题按照本发明由一种用于制造用来对测量管中的介质的质量流量进行测量的热流量测量仪的传感器的方法以及由一种用该方法制造的传感器解决。
按本发明的用于制造传感器的方法在此具有下列方法步骤：
借助金属粉末注射成型法制造出金属的包套，其中，包套具有至少一个第一盲孔，其中，该包套的第一端部是敞开的，并且其中，该包套的第二端部是封闭的；
将传感器芯穿过第一端部引入金属的包套的第一盲孔中，其中，该包套完全包围传感器芯；
对金属的包套进行烧结，
其中，传感器芯包括：
至少一个陶瓷的芯，该陶瓷的芯具有至少一个周侧面；
以及至少一条金属的线材，该金属的线材围绕陶瓷的芯的周侧面盘绕；
以及至少一个电绝缘的层，该电绝缘的层被设置成用于使金属的线材与金属的包套电绝缘。
在方法的一种设计方案中，包套由于烧结而收缩，其中，在对包套进行烧结之前，第一盲孔的横截面大于传感器芯的横截面，并且其中，在对包套进行烧结之后，第一盲孔的横截面等于传感器芯的横截面，并且其中，在烧结之后，包套完全包围传感器芯并且建立起与传感器芯的热接触。
在方法的一种设计方案中，在烧结之后，将传感器芯从包套松开需要至少1N以及特别是至少10N以及优选至少100N的拉力。
在方法的一种设计方案中，用于借助金属粉末注射成型法制造包套的金属粉末具有小于6微米、以及特别是小于4微米以及优选小于2微米的粒度。粒度对经烧结的金属的包套的密封性和强度有重大影响，粒度越小，那么在金属的包套的各个颗粒之间的聚合力就越紧密以及越为强烈地发挥作用。已经表明，从6微米以及更小的粒度起，达到了金属的包套的足够的密封性和稳定性。
在方法的一种设计方案中，包套的体积由于在插入传感器芯之后进行烧结而减小了小于40％以及特别是小于30％以及优选小于20％。
在方法的一种设计方案中，陶瓷的芯包括具有敞开的第三端部并且具有敞开的第四端部的空心柱体形结构，其中，将金属的线材穿过第四端部引导通向第三端部，并且其中，陶瓷的芯的第三端部指向包套的敞开的第一端部，并且其中，陶瓷的芯的第四端部指向包套的封闭的第二端部。
在方法的一种设计方案中，陶瓷的芯包括具有第二盲孔并且具有敞开的第三端部并且具有第五端部的空心柱体形结构，其中，陶瓷的芯还在第五端部的区域内具有通向第二盲孔的径向的钻孔，其中，将金属的线材穿过该径向的钻孔引导通向第三端部，并且其中，陶瓷的芯的第三端部指向包套的敞开的第一端部，并且其中，陶瓷的芯的第五端部指向包套的封闭的第二端部。第五端部在此可以是敞开的或封闭的。
按本发明的用于借助热流量测量仪对测量管中的介质的质量流量进行测量的传感器在此包括：
至少一个金属的包套，其中，包套具有至少一个第一盲孔，其中，该包套的第一端部是敞开的，并且其中，该包套的第二端部是封闭的；
以及具有至少一个陶瓷的芯和具有至少一条金属的线材的至少一个传感器芯，该陶瓷的芯具有至少一个周侧面，该金属的线材围绕陶瓷的芯的周侧面盘绕；
其中，传感器芯引入第一盲孔中，从而使得包套完全包围传感器芯；
其中，传感器芯具有至少一个电绝缘的层，该电绝缘的层被设置成用于使金属的线材与金属的包套电绝缘。
在传感器的一种设计方案中，卷绕部具有至少10匝以及特别是至少30匝以及优选至少50匝。理想情况下，线材在卷绕部的区域内被紧密地缠绕，因而在传感器芯的一个小范围内出现了电阻集中。线材可以至少在卷绕部的区域中具有绝缘的层，从而在卷绕部的区域内，线匝可以具有侧向的接触，而不会在线匝之间建立起电短路。
在传感器的一种设计方案中，电绝缘的层是陶瓷的粉末或陶瓷的膏。
在传感器的一种设计方案中，陶瓷的芯是空心柱体并且具有敞开的第三端部和敞开的第四端部，其中，金属的线材穿过第四端部被引导通向第三端部，并且其中，陶瓷的芯的第三端部指向包套的敞开的第一端部，并且其中，陶瓷的芯的第四端部指向包套的封闭的第二端部。
在传感器的一种设计方案中，陶瓷的芯包括具有第二盲孔并且具有敞开的第三端部并且具有第五端部的空心柱体形结构，其中，陶瓷的芯此外在第五端部的区域中还具有通向第二盲孔的径向的钻孔，其中，金属的线材穿过径向的孔被引导通向第三端部，并且其中，陶瓷的芯的第三端部指向包套的敞开的第一端部，并且其中，陶瓷的芯的第五端部指向包套的封闭的第二端部。第五端部在此可以是敞开的或封闭的。
在传感器的一种设计方案中，线材由具有大于1300℃以及特别是大于1500℃以及优选大于1800℃的熔点的金属或合金，例如铂或钨或钽制成。
在传感器的一种设计方案中，线材的直径在卷绕部区域内小于0.3mm以及特别是小于0.1mm以及优选小于0.05mm。通过在卷绕部区域内的变小的线材直径，相比其余的线材在卷绕部区域内电阻被进一步提高，因为达到了在卷绕部区域内的进一步的电阻集中。
在传感器的一种设计方案中，陶瓷的芯的外直径小于5mm以及特别是小于4mm以及优选小于2.5mm。
在传感器的一种设计方案中，陶瓷的芯具有纵轴线，其中，陶瓷的芯的沿着纵轴线的长度至少为3mm以及优选至少为5mm以及特别至少为10mm并且最大为100mm以及特别是最大为60mm以及优选最大为30mm。
在传感器的一种设计方案中，卷绕部被布置在第四端部的区域中并且沿着纵轴线具有最大7mm以及优选最大5mm以及特别是最大3mm的伸展长度。通过卷绕部区域的小的伸展长度，可以逐点读取介质的温度。
在传感器的一种设计方案中，包套的壁厚至少是0.05mm以及尤其至少是0.1mm以及优选至少是0.15mm以及最大是1mm以及尤其最大是0.6mm以及优选最大0.3mm。
因此，通过本发明提出了一种用于制造热流量测量仪的传感器的方法，该热流量测量仪用于对测量管中的介质的质量流量进行测量，以及通过本发明还提出了一种热流量测量仪的传感器。
附图说明
接下来借助实施例阐释本发明。
图1示意性示出了用于制造按本发明的温度传感器的方法流程；
图2示意性示出了在烧结前和烧结后的具有传感器芯的按本发明的金属包套的横截面；
图3a示意性示出了按照第一实施方式的按本发明的传感器芯的横截面；
图3b示意性示出了按照第二实施方式的按本发明的传感器芯的横截面。
具体实施方式
图1示出了用于制造按本发明的温度传感器的方法流程100的实施方式。在第一步骤101中，在此借助金属粉末注射成型法制造用于热流量测量仪的传感器60的传感器芯50、51的金属的包套10。在第二步骤102中，将传感器芯50、51引入金属的包套10中。由于在已引入传感器芯50、51的情况下在第三步骤103中对金属的包套10进行烧结，金属的包套10收缩直至该金属的包套完全牢固保持传感器芯50、51并且确保了良好的热接触。传感器芯在此可以通过至少1N的拉力从金属的包套10松开。
图2示出了在烧结前和烧结后的传感器60的实施方式。图2a示出了在烧结前的传感器60，其中，金属的包套10完全包围但不牢固保持传感器芯50、51。线材30在此被引导通过构成了盲孔11的金属的包套10的敞开的第一端部12并且被引导通向运行电子器件，运行电子器件被设置成用于运行传感器60。传感器芯50、51理想地在开始烧结时与金属的包套10的封闭的第二端部13接触。金属的包套10由于烧结而收缩，直至该金属的包套的内直径具有传感器芯60的外直径的大小，参看图2b。
图3示意性示出了传感器芯50、51的两个按本发明的实施方式。图3a示出了具有陶瓷的芯40的传感器芯50，陶瓷的芯40具有周侧面47。陶瓷的芯40包括具有敞开的第三端部42并且具有敞开的第四端部43的空心柱体形结构，其中，金属的线材30从周侧面47穿过第四端部43被引导通向第三端部42。图3a示出了传感器芯51，该传感器芯的陶瓷的芯40与图3a所示的实施方式不同的是，在第五端部44的区域中具有钻孔45，线材30从周侧面通过该钻孔被引导通向敞开的第三端部42。第五端部42在此也可以是封闭的端部。线材30的围绕陶瓷的芯50、51的周侧面47的卷绕部在此在两个实施方式中都集中到限定的区域内，以便导致该区域内的电阻集中。传感器60可以按多种方式和方法来运行。传感器一方面可以被用于加热绕流该传感器的介质，另一方面则可以被用于测量介质的和/或传感器的温度。在所有情况下，电阻集中到限定的区域内都是有利的。传感器芯50、51具有电绝缘的层20，该电绝缘的层使线材30与金属的包套10电绝缘，其中，电绝缘的层20是陶瓷的粉末或陶瓷的膏。
附图标记列表
金属的包套 10
第一盲孔 11
第一端部 12
第二端部 13
电绝缘的层 20
线材 30
陶瓷的芯 40
第三端部 42
第四端部 43
第五端部 44
径向的钻孔 45
纵轴线 46
周侧面 47
传感器芯 50、51
传感器 60

Claims (17)

1.用于制造用来对测量管中的介质的质量流量进行测量的热流量测量仪的传感器(60)的方法，
其中，所述方法具有下列方法步骤：
借助金属粉末注射成型法制造出金属的包套(10)，其中，所述包套具有至少一个第一盲孔(11)，其中，所述包套的第一端部(12)是敞开的，并且其中，所述包套的第二端部(13)是封闭的；
将传感器芯(50、51)穿过所述第一端部(12)引入所述金属的包套(10)的第一盲孔(11)中，其中，所述包套(10)完全包围所述传感器芯(50、51)；
对所述金属的包套(10)进行烧结，
其中，所述传感器芯(50、51)包括：
至少一个陶瓷的芯(40)，所述至少一个陶瓷的芯具有至少一个周侧面(47)；
以及至少一条金属的线材(30)，所述至少一条金属的线材围绕所述陶瓷的芯(40)的周侧面(47)盘绕；
以及至少一个电绝缘的层(20)，所述至少一个电绝缘的层被设置成用于使所述金属的线材(30)与所述金属的包套(10)电绝缘，
其中，所述包套(10)通过烧结而收缩，其中，在对所述包套(10)进行烧结之前，所述第一盲孔(11)的横截面大于所述传感器芯(50、51)的横截面，并且其中，在对所述包套(10)进行烧结之后，所述第一盲孔(11)的横截面等于所述传感器芯(50、51)的横截面，并且其中，在烧结之后，所述包套(10)完全包围所述传感器芯(50、51)并且建立起与所述传感器芯(50、51)的热接触。
2.按照权利要求1所述的方法，
其中，在烧结之后，将所述传感器(50、51)与所述包套(10)松开需要至少1N的拉力。
3.按照权利要求1或2所述的方法，
其中，用于借助金属粉末注射成型法来制造所述包套(10)的金属粉末具有小于6微米的粒度。
4.按照权利要求1或2所述的方法，
其中，所述包套(10)的体积通过在插入所述传感器芯(50、51)之后进行烧结而减小了小于40％。
5.按照权利要求1或2所述的方法，
其中，所述陶瓷的芯(40)包括具有敞开的第三端部(42)并且具有敞开的第四端部(43)的空心柱体形结构，其中，将所述金属的线材(30)穿过所述第四端部(43)引导通向所述第三端部(42)，
并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第三端部(42)指向所述包套(10)的敞开的第一端部(12)，并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第四端部(43)指向所述包套(10)的封闭的第二端部(13)。
6.按照权利要求1或2所述的方法，
其中，所述陶瓷的芯(40)包括具有敞开的第三端部(42)并且具有第五端部(44)的空心柱体形结构，其中，所述陶瓷的芯(40)还在所述第五端部(44)的区域内具有径向的钻孔(45)，其中，将所述金属的线材(30)穿过所述径向的钻孔(45)引导通向所述第三端部(42)，
并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第三端部(42)指向所述包套(10)的敞开的第一端部(12)，并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第五端部(44)指向所述包套(10)的封闭的第二端部(13)。
7.用按照权利要求1至6中任一项所述的方法制造的、用来借助热流量测量仪对测量管中的介质的质量流量进行测量的传感器，
其中，所述传感器包括：
至少一个金属的包套(10)，其中，所述包套(10)具有至少一个第一盲孔(11)，其中，所述包套(10)的第一端部(12)是敞开的，并且其中，所述包套(10)的第二端部(13)是封闭的；
以及至少一个传感器芯(50、51)，所述至少一个传感器芯具有至少一个陶瓷的芯(40)并且具有至少一条金属的线材(30)，所述至少一个陶瓷的芯具有至少一个周侧面(47)，所述至少一条金属的线材围绕所述陶瓷的芯(40)的周侧面(47)盘绕；
其中，所述传感器芯(50、51)引入所述第一盲孔(11)中，从而使得所述包套(10)完全包围所述传感器芯(50、51)；
其中，所述传感器芯(50、51)具有至少一个电绝缘的层(20)，所述至少一个电绝缘的层被设置成用于使所述金属的线材(30)与所述金属的包套(10)电绝缘。
8.按照权利要求7所述的传感器，
其中，卷绕部具有至少10匝。
9.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述电绝缘的层(20)是陶瓷的粉末或陶瓷的膏。
10.按照权利要求7所述的传感器，
其中，所述陶瓷的芯(40)是空心柱体并且具有敞开的第三端部(42)和敞开的第四端部(43)，其中，所述金属的线材(30)穿过所述第四端部(43)被引导通向所述第三端部(42)，
并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第三端部(42)指向所述包套(10)的敞开的第一端部(12)，并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第四端部(43)指向所述包套(10)的封闭的第二端部(13)。
11.按照权利要求7所述的传感器，
其中，所述陶瓷的芯(40)包括具有第二盲孔(41)并且具有敞开的第三端部(42)并且具有第五端部(44)的空心柱体形结构，其中，所述陶瓷的芯(40)还在所述第五端部(44)的区域内具有通向所述第二盲孔(41)的径向的钻孔(45)，其中，所述金属的线材(30)穿过所述径向的钻孔(45)引导通向所述第三端部(42)，
并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第三端部(42)指向所述包套(10)的敞开的第一端部(12)，并且其中，所述陶瓷的芯(40)的第五端部(44)指向所述包套(10)的封闭的第二端部(13)。
12.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述线材(30)由具有大于1300℃的熔点的金属或合金制成。
13.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述线材(30)的直径在卷绕部的区域内小于0.3mm。
14.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述陶瓷的芯(40)的外直径小于5mm。
15.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述陶瓷的芯(40)具有纵轴线(46)，并且其中，所述陶瓷的芯(40)沿着所述纵轴线(46)的长度至少为3mm，并且最大为100mm。
16.按照权利要求10或11所述的传感器，
其中，卷绕部布置在第四端部(43)或第五端部(44)的区域内，并且沿着纵轴线(46)具有最大7mm的伸展长度。
17.按照权利要求7或8所述的传感器，
其中，所述包套(10)的壁厚至少为0.05mm，并且最大为1mm。
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