CN112840190A - 温度传感器和用于组装这种温度传感器的方法 - Google Patents

温度传感器和用于组装这种温度传感器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种温度传感器(100)，包括：温度感测元件(102)，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括两个或更多个导电引线(104a‑b)；矿物绝缘电缆(106)，包括两个或更多个导体线(108a‑b)，其被金属外护套(110)包围，从而使两个或更多个导体线(108a‑b)在电缆(106)内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线(108a‑b)在其终端(114)处延伸超出外护套(110)；所述温度感测元件(102)的两个或更多个导电引线(104a‑b)在一个或多个接合区域(120)处连接到延伸超出外护套(110)的两个或更多个导体线(108a‑b)；所述温度传感器(100)还包括电绝缘元件(200)，其配置为使所述延伸的两个或更多个导体线(108a‑b)至少部分地相对于彼此并且相对于电缆(106)的金属外护套(110)电绝缘；所述电绝缘元件(200)包括：第一开口(206)，用于至少容纳延伸超出外护套(110)的两个或更多个导体线(108a‑b)；以及第二开口(208)，用于至少部分地容纳温度感测元件(102)；其中，每个接合区域(120)位于所述电绝缘元件(200)内；所述电绝缘元件(200)还包括至少一个孔(210)，其延伸直至每个接合区域(120)。

Description

温度传感器和用于组装这种温度传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，其包括用于将感测到的温度转换成电输出信号的温度感测元件。本发明还涉及一种用于组装这种温度传感器的方法。
背景技术
根据本发明的温度传感器尤其适用于监测高温。高温传感器在汽车上的一种应用是测量例如废气的温度。
这种温度传感器包括具有导电引线的温度敏感元件，以便将感测到的温度转换成电输出信号。电输出信号在温度敏感元件的导电引线处输出，导电引线连接到电缆，例如矿物绝缘电缆。这种矿物绝缘电缆包括导体线，其包围在金属外护套中，并且例如通过矿物粉末在电缆内部相对于彼此绝缘。在温度传感器中，导电引线连接到导体线，导体线在其终端处延伸超出电缆的外护套。
例如，在汽车应用环境中，要求温度传感器特别是温度感测元件和电缆之间的连接必须稳固并且能够承受振动、冲击和高温(例如达1000℃)。因此，这种温度传感器通常包括与要监测的介质接触的外部保护壳体，并且保护壳体的内壁与温度敏感元件的外表面之间的空间填充有陶瓷材料，比如水泥或粉末。
然而，仍需要稳固的温度传感器以及改善延伸超出电缆的外部金属护套的导体线的电绝缘。实际上，存在延伸超出电缆的导体线本身之间以及延伸的导体线与电缆的金属护套之间发生短路的风险。
发明内容
因此，本发明的目的是提高温度传感器中温度感测元件引线与电缆线之间的电连接的稳固性以及改善和简化延伸超出电缆的外护套的导体线的电绝缘。
该目的通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
因此，本发明的目的是通过根据权利要求1的温度传感器来解决的。根据权利要求1的温度传感器包括：温度感测元件，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括两个或更多个导电引线；矿物绝缘电缆，包括两个或更多个导体线，其被金属外护套包围，从而使两个或更多个导体线在电缆内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线在其终端处延伸超出外护套；温度感测元件的两个或更多个导电引线在一个或多个接合区域处连接到延伸超出外护套的两个或更多个导体线；温度传感器还包括电绝缘元件，其配置为使所述延伸的两个或更多个导体线至少部分地相对于彼此并且相对于电缆的金属外护套电绝缘；电绝缘元件包括：第一开口，用于至少容纳延伸超出外护套的两个或更多个导体线；以及第二开口，用于至少部分地容纳温度感测元件；其中，每个接合区域位于电绝缘元件内；电绝缘元件还包括至少一个孔，其延伸直至每个接合区域。
因此，电绝缘元件允许替换与常规温度传感器一起使用的陶瓷粉末填充物。由此，可以在没有任何粉末和流体的情况下实现电缆的延伸的导体线的电绝缘，这简化了温度传感器的结构和制造。
此外，电绝缘元件允许防止从电缆延伸出的导体线之间以及从电缆延伸出的导体线与电缆的金属护套之间的短路。
此外，通过电绝缘元件机械地确保在接合区域处的连接免受振动和冲击，从而允许提高温度传感器的稳固性。
电绝缘元件还提供用于定位导电引线和导体线的支撑和引导，使得接合区域位于电绝缘元件的孔处。因此，可以相对于电绝缘元件可靠地定位接合区域。因此，电绝缘元件能够改善温度传感器的可制造性。
根据各种有利实施例，可以进一步改善温度传感器。
根据一实施例，电绝缘元件可以具有基本细长的圆柱形形状，并且在一个端部处包括第一开口且在相对的纵向端部处包括第二开口。因此，电绝缘元件具有易于制造的形状，并且适于在每个端部容纳温度感测元件和电缆。
根据一实施例，至少一个孔垂直于电绝缘元件的纵向轴线延伸。至少一个孔提供通向接合区域的通道。孔的轴线垂直于电绝缘元件的纵向轴线的情况使得能够容易地进入接合区域，而不会受到沿纵向轴线嵌套在电绝缘元件中的温度感测元件或电缆的阻碍。
根据一实施例，电绝缘元件的朝向接合区域延伸的第一开口可以包括一个或多个分隔壁，以使延伸超出电缆的外护套的导体线彼此绝缘。因此，一个或多个分隔壁能够防止延伸超出电缆的外护套的导体线之间的短路，而不需要任何粉末和流体。
根据一实施例，在接合区域处，电绝缘元件的内表面包括两个或更多个凹槽，其中可以定位延伸超出电缆的外护套的两个或更多个导体线的终端。因此，除了引导导体线的终端并将其保持就位之外，凹槽还可以构造成用于将导体线的终端彼此电绝缘。
根据一实施例，在接合区域处，温度感测元件的导电引线可以与其相应的延伸超出电缆的外护套的导体线重叠。因此，在接合区域处，定位导电引线到导体线，使得可以通过将导电引线熔化并将其接合到导体线来将温度感测元件连接到电缆，例如通过激光焊接。
根据一实施例，在接合区域处，温度感测元件和电缆之间的连接可以通过激光焊接。因此，所述连接可以承受高温，并且所述连接不需要任何填充物或焊料。因此，激光焊接特别适于高温传感器。
根据一实施例，电缆和温度感测元件可以通过力配合、压配合或摩擦配合连接而被部分地嵌套并保持在电绝缘元件的相应的第一和第二开口中。因此，简化了温度感测元件和具有电绝缘的电缆的组装，并且不需要任何附加手段，比如粘合过程。
根据一实施例，电缆的嵌套在电绝缘元件中的部分可被制造成具有配置为用于通过形状配合连接而防止电缆和电绝缘元件之间旋转的几何形状。因此，通过减少绝缘元件围绕电缆的旋转，形状配合连接允许减小嵌套区域处的研磨力。
根据一实施例，电绝缘元件可以由陶瓷材料制成。陶瓷材料具有特别适合高温应用的热特性和性能。
根据一实施例，电绝缘元件可以一体地形成为一件式。因此，这种电绝缘元件易于制造并且避免了用于组装拆卸的部件的附加步骤。
本发明的目的还通过根据权利要求12的温度传感器来解决。根据权利要求12的温度传感器包括：温度感测元件，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括一个或多个导电引线；矿物绝缘电缆，包括两个或更多个导体线，其被金属外护套包围，从而使两个或更多个导体线在电缆内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线在其终端处以预定长度延伸超出外护套；温度感测元件的两个或更多个导电引线在一个或多个接合区域处连接到延伸超出外护套的两个或更多个导体线，使得在温度传感器的非膨胀状态下，延伸超出外护套的两个或更多个导体线至少部分弯曲或折叠成Z字形；使得与在温度传感器的膨胀状态下相比，延伸超出外护套的两个或更多个导体线的预定长度在非膨胀状态下更小。
因此，连接可以承受由热膨胀引起的温度传感器的尺寸变化。实际上，延伸的两个或更多个导体线的预定长度构造成适应电缆终端与一个或多个接合区域之间的距离变化。因此，两个或更多个导体线的预定长度为温度传感器提供了应变释放。由于应变释放是由导体线本身提供的，因此无需添加任何部件(例如附加线)来确保应变释放功能。
根据一实施例，可以进一步改进上述温度传感器，其中温度感测元件与电缆之间的连接可以通过一个或多个中间线来实现，中间线的一个端部连接到温度感测元件的每个导电引线，并且另一相对端部连接到延伸超出电缆的外护套的每个导体线的终端。
本发明的目的还通过根据权利要求14的温度传感器来解决。根据权利要求14的温度传感器包括：温度感测元件，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括两个或更多个导电引线；矿物绝缘电缆，包括两个或更多个导体线，其被金属外护套包围，从而使两个或更多个导体线在电缆内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线在其终端处延伸超出外护套；温度感测元件的两个或更多个导电引线在接合区域处连接到延伸超出外护套的两个或更多个导体线；其中，温度感测元件和电缆之间的连接直接在每个导电引线和每个相应的导体线之间实现，使得在每个导电引线和每个相应的导体线之间仅具有一个接合区域。
因此，可以减少连接的数量，从而可以减少接合区域的数量，这可以提高温度传感器的稳固性，因为焊接数量减少了，从而提高连接的可靠性。此外，通过消除使用附加中间线的必要性，可以减少温度传感器的部件数量以及与中间线相关的处理步骤(例如，中间线的拉直步骤、焊接和切割步骤)。因此，可以改善这种温度传感器的制造。
本发明的目的还通过根据权利要求15的用于组装温度传感器的方法来解决。根据权利要求15的用于组装温度传感器的方法包括：a)提供温度感测元件，用于将感测到的温度转换为电输出信号；温度感测元件具有两个或更多个导电引线；b)提供矿物绝缘电缆，包括两个或更多个导体线，其被金属外护套包围，从而使两个或更多个导体线在电缆内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线在其终端处延伸超出外护套；c)提供电绝缘元件，包括第一开口和第二开口；d)将电缆插入电绝缘元件的第一开口中，从而使延伸超出外护套的两个或更多个导体线位于电绝缘元件的内部；e)将温度感测元件插入电绝缘元件的第二开口内，使得两个或更多个导电引线位于电绝缘元件的内部，并且在接合区域处与两个或更多个延伸的导体线重叠；以及然后e)通过电绝缘元件的延伸直至接合区域的孔在接合区域处将所述两个或更多个导电引线连接到所述两个或更多个导体线。
因此，该方法允许在将电缆连接到温度感测元件的步骤之前使电缆的延伸的导体线之间以及与电缆的金属护套电绝缘。因此，可以以减小延伸的导体线短路的风险来实现连接。
此外，电绝缘元件允许替换与常规温度传感器一起使用的陶瓷粉末填充物。由此，可以在没有任何粉末和流体的情况下实现电缆的延伸的导体线的电绝缘，这简化了温度传感器的处理和制造。
此外，电绝缘元件还提供用于定位导电引线和导体线的支撑和引导，因此允许在接合区域处的可靠设置。
还通过电绝缘元件来机械地确保在接合区域处的连接免受振动和冲击，从而允许进一步提高温度传感器的稳固性。因此，可以改善温度传感器的制造。
根据各种有利实施例，可以进一步改进用于组装温度传感器的方法。
根据一实施例，步骤d)可以包括将延伸的两个或更多个导体线定位在电绝缘元件的内表面的两个或更多个凹槽中。因此，凹槽允许引导导体线的终端并将其保持就位，并且还可以配置成用于将导体线的终端之间电绝缘。
根据一实施例，步骤e)可以包括通过将激光束引向电绝缘元件的延伸直至接合区域的孔并通过该孔注射惰性气体，由激光焊接将所述两个或更多个导电引线连接到所述两个或更多个导体线。因此，可以在已经设置了电绝缘元件的情况下实现用于将导电引线连接至导体线的激光焊接步骤。电绝缘元件的孔适于允许在接合区域处进行激光焊接。
根据一实施例，步骤d)和e)可以进一步包括通过力配合连接、压配合连接、摩擦配合连接和/或形状配合连接将电缆和温度感测元件相对于电绝缘元件的相应的第一和第二开口保持就位。因此，简化了温度感测元件和具有电绝缘的电缆的组装，并且不需要任何附加固定手段，比如粘合过程。
附图说明
附图并入说明书中并且形成说明书的一部分以图示本发明的多个实施例。这些附图与说明书一起用于解释本发明的原理。附图仅出于说明如何制造和使用本发明的优选和替代示例的目的，并且不应被解释为将本发明限制为仅示出和描述的实施例。此外，实施例的多个方面可以单独地或以不同的组合形成根据本发明的解决方案。因此，以下描述的实施例可以被单独考虑或以其任意组合考虑。如附图所示，从下面对本发明的各个实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，其中，相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：
图1a是根据本发明第一实施例的温度传感器的分解图；
图1b是组装的图1a所示温度传感器的侧视图；
图1c是图1a和1b所示的电绝缘元件的横截面的侧视图；
图2a是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器的方法的第一步骤的俯视图；
图2b是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器的方法的后续步骤的侧视图；
图2c是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器的方法的后续步骤的俯视图；
图2d是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器的方法的最终步骤的侧视图；
图3a是根据本发明第二实施例的处于非膨胀状态的温度传感器的分解图；
图3b是根据本发明第二实施例的处于膨胀状态的温度传感器的透视图。
具体实施方式
现在将参考附图并首先参考图1a来更详细地解释本发明。
图1a示出了根据本发明第一实施例的温度传感器100的透视分解图。
这种温度传感器例如可以用于测量汽车中的废气温度。
温度传感器100包括温度感测元件102，其可操作成将感测到的温度转换成电输出信号。
根据有利实施例，温度感测元件102包括作为实际温度检测器的Pt200传感器。铂传感器由于其潜在的精度和在高温范围内的长期稳定性而特别有利。如今，大多数铂感测元件都是薄膜电阻器形式的。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，根据本发明，也可以使用任何其他小型化的温度感测元件。例如，温度感测元件102可以包括电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻或基于硅的半导体温度传感器。
电输出信号在温度感测元件102的导电引线104a、104b处输出。导电引线104a、104b将连接到电缆106。
高温传感器在汽车上的一种应用是测量例如废气的温度。这意味着可能具有还原性或氧化性的侵蚀性气体环境，包含硫、氮、氢、氧及其各种化合物。这结合温度决定壳体和配件的材料。
因此，电缆106尤其是矿物绝缘电缆106。矿物绝缘电缆106包括被包围在金属外护套110中的两个导体线108a、108b。这两个导体线108a、108b通过粉末或填充的矿物112而在电缆106内部相对于彼此绝缘。外护套110保护内部导体线108a、108b免受热、化学或其他环境损害。外护套110可以是不锈钢或
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的。绝缘填充的矿物或粉末112可以例如由氧化镁(MgO)制成。氧化镁是合适的电绝缘材料，因为它在高温下化学和物理均稳定。
在电缆106的终端114处，两个导体线108a、108b沿着长度l延伸超出其外护套110。在下文中，术语“延伸的导体线108a、108b”是指长度为l的导体线108a、108b的延伸部。
延伸的两个导体线108a、108b的相应终端116a、116b将与温度感测元件102的导电引线104a、104b连接。
根据第一实施例，电缆106包括两个导体线108a、108b，以与温度感测元件102的两个相应的导电引线104a、104b连接。然而，电缆106的导体线数量以及温度感测元件102的导电引线数量不限于两个，而是可以是一个或多个。
根据本发明第一实施例，温度传感器100还包括电绝缘元件200。
电绝缘元件200由陶瓷材料制成，并且沿其纵向轴线A具有基本细长的圆柱形形状。根据本发明第一实施例，电绝缘元件200一体地形成为一件式。在变型中，电绝缘元件可以是至少两个部分的组件。
电绝缘元件200在其纵向端部202、204的每个处包括相应的开口206、208。第一开口206构造成用于容纳延伸超出外护套110的两个导体线108a、108b以及至少部分地容纳电缆106的外护套。第二开口208构造成用于容纳导电引线104a、104b以及至少部分地容纳温度感测元件102。将相对于图1b更详细地描述电绝缘元件200的开口206、208。
电绝缘元件200还包括孔210，其沿着垂直于元件200的纵向轴线A的轴线B从细长的电绝缘元件200的侧表面212延伸穿过元件200的内部214。孔210部分地在绝缘元件200的内部214延伸，直到包括元件200的纵向轴线A的底表面216。孔210的两个侧壁218、220允许部分地封闭相应的第一开口206和第二开口208。尽管孔210的侧壁220基本垂直于电绝缘元件200的侧表面212，但侧壁218具有从电绝缘元件200的侧表面212朝向底表面216下降的平缓倾斜。
图1b是处于组装状态的图1a所示的温度传感器100的侧视图。与已经在图1a中描述和说明的附图标记相同的元件将不再详细描述，但将参考其上面的描述。
在下文中，对导电引线104a和导体线108a的终端116a的描述整体适用于在图1b的侧视图中不可见的导电引线104b和导体线108b的终端116b。
在温度传感器100的组装状态下，将温度感测元件102的导电引线104a定位成在接合区域120处与电缆106的导体线108a的终端116a重叠。温度感测元件102和电缆106之间的连接将在接合区域120处实现。该连接可以通过焊接特别是通过激光焊接来实现。
接合区域120位于电绝缘元件200的内部214中并且在底表面216上方。因此，孔210延伸直至接合区域120。因此，在组装状态下，可以从电绝缘元件200的外部通过工具和/或操作者接近接合区域120。结果，根据第一实施例，可以在机械地组装温度传感器100之后实现温度感测元件102和电缆106之间的连接。
根据第一实施例，在接合区域120处感测元件102和电缆106之间的连接直接在每个导电引线104a、104b(在图1b中不可见)与每个相应的导体线108a、108b(在图1b中不可见)之间实现。因此，只有一个接合区域120和一个孔210。因此，与常规温度传感器(其中一个或多个中间附加线用于将温度感测元件102与电缆106连接)不同，可以减少连接的数量且因此减少接合区域的数量。这允许提高温度传感器100的稳固性，减少焊接数量，从而提高连接的可靠性。此外，通过消除使用附加中间线的必要性，可以减少温度传感器100的部件数量以及与中间线相关的处理步骤(例如中间线的拉直步骤、焊接和切割步骤)。因此，可以改善这种温度传感器的制造。
然而，在一变型中，温度感测元件102和电缆106之间的连接是通过一个或多个中间线(未示出)实现的，中间线的一个端部连接到温度感测元件102的每个导电引线104a、104b，另一相对的端部连接到延伸超出电缆106的外护套110的每个导体线108a、108b的终端116a、116b，电绝缘元件200将包括一个以上的孔210，使得可通过穿过电绝缘元件200的侧表面212的相应孔接近每个接合区域。
开口206、208的形状分别适于电缆106和温度感测元件102的要至少部分地插入电绝缘元件200中的部分的形状。因此，温度感测元件102和电缆106适于通过形状配合、力配合、压配合或摩擦配合连接而部分地嵌套并保持在电绝缘元件200的相应的第一开口206和第二开口208中。因此，电绝缘元件200与电缆106和温度感测元件202的组装是简单且快速的，而不需要任何工具或紧固装置。
从图1b可以看出，第一开口206的尺寸即第一开口206的中空横截面C适于容纳延伸的两个导体线108a的Z字形构造(108b不可见，但也可以折叠成Z字形构造)。在所述Z字形构造中，每个延伸的导体线108a、108b弯曲成在每个延伸的导体线108a、108b的连续部分之间形成不同于0°和180°的角度a、b、c。根据变型，延伸的导体线108a、108b只能折叠一次，以沿其预定长度l具有与0°和180°不同的一个角度a。在另一变型中，延伸的导体线108a、108b可被折叠多次，以沿其预定长度l具有一个以上的角度。在另一变型中，每个延伸的导体线108a、108b被折叠成具有弹簧形状。
延伸的导体线108a、108b的折叠不限于图1b所示的构造，其表示延伸的导体线108a、108b的所述Z字形构造的示例。
由于围绕和/或附接到温度传感器100的元件由不同的材料(例如金属、陶瓷)制成，因此这些元件具有不同的热膨胀系数，从而导致它们不以类似的方式膨胀。
根据第一实施例，延伸的导体线108a、108b在温度传感器100的未膨胀状态下以Z字形构造折叠，使得延伸超出外护套110的导体线108a、108b的预定长度l在未膨胀状态下比在温度传感器100的膨胀状态下要小(参见图3b)。因此，在接合区域120处的连接可以承受由热膨胀引起的温度传感器100或安装有温度传感器100的任何元件的尺寸变化。实际上，延伸的导体线108a、108b的预定长度l配置为适应电缆106的终端114和接合区域120之间的距离变化。因此，导体线108a、108b的预定长度l向温度传感器100提供应变释放。由于应变释放是由导体线108a、108b本身提供的，因此不需要添加任何部件例如附加导体线来确保应变释放功能。
图1c表示图1a和1b所示的电绝缘元件200的横截面的侧视图。因此，与已经在图1a和1b中描述和说明的附图标记相同的元件将不再详细描述，但将参考其上面的描述。
图1c示出了从其端部202观察的电绝缘元件200的侧视图且因此示出了电绝缘元件200的第一开口206。如上所述，第一开口206配置为用于容纳电缆106及其延伸的导体线108a、108b(在图1c中未示出)。电绝缘元件200的第一开口206包括分隔壁222，其平行于纵向轴线A的方向延伸，以将中空的第一开口206分隔成两个隔室206a、206b。每个隔室206a、206b配置为容纳电缆106(在图1c中未示出)的每个导体线108a、108b。根据第一实施例，分隔壁222与电绝缘元件200以诸如陶瓷的电绝缘材料一体地形成。分隔壁222能够在不需要任何粉末和流体的情况下防止延伸超出电缆106的外护套110的导体线108a、108b之间的短路。因此，可以与常规温度传感器一起使用而在没有任何粉末和流体的情况下实现电缆106的延伸的导体线108a、108b的电绝缘，这简化了温度传感器100的结构和制造。
根据变型(在图1c中未示出)，第一开口206可以是在电绝缘元件200的端部202处的倒角开口，以便改善电缆106到第一开口206中的装配。
根据第一实施例，分隔壁222不是延伸直到电绝缘元件200的端部202。因此，第一开口206没有从端部202开始被分隔成两个隔室206a、206b，而是在电绝缘元件200内部更远，例如在图1b中用双箭头表示的横截面处。例如，分隔壁222不在第一开口206的倒角区域中延伸。
在其中多于两个导体线延伸超出电缆106的变型中，电绝缘元件200的第一开口206包括多个分隔壁，从而允许确保每个导体线彼此的电绝缘。
下面将参照图2a至2d描述根据第一实施例的用于组装温度传感器100的方法。与已经在图1a-c中描述和说明的附图标记相同的元件将不再详细描述，但将参考其上面的描述。
图2a是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器100的方法的第一步骤的俯视图。
根据有利变型在图2a中示出的电缆106，其中，电缆106的要嵌套在电绝缘元件200中的部分122具有六边形横截面。第一开口206具有圆形横截面，电缆106的部分122配置成用于通过形状配合连接防止电缆106和电绝缘元件200之间的旋转。结果，可以减小由于电缆106在开口206内的旋转而施加到电缆106的嵌套部分122上的研磨力。
图2a的顶视图允许通过孔210示出电绝缘元件200的底表面216。如图2a所示，底表面包括两个凹槽216a、216b，其横截面适于导体线108a、108b的尺寸。凹槽216a、216b构造成用于引导导体线108a、108b的终端116a、116b并将其保持就位，如图2b-2d所示。此外，凹槽216a、216b还允许在底表面216处使导体线108a、108b的终端116a、116b彼此电绝缘。
在用于组装温度传感器100的方法的第一步骤，将电缆106的两个导体线108a、108b和电缆106插入电绝缘元件200的第一开口206中。
图2b是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器100的方法的第二步骤的侧视图。
在下文中，对导体线108a的终端116a的描述整体上适用于在图2b的侧视图中不可见的导体线108b的终端116b。
在图2b所示的步骤中，将导体线108a的终端116a插入由分隔壁222界定的开口206的隔室206a中。终端116a移动直到电气绝缘元件200的孔210的底表面216并且位于凹槽216a中。折叠成Z字形构造的延伸的导体线108a的部分容纳在电绝缘元件200的第一开口206中。电缆106的具有六边形横截面的部分122嵌套在电绝缘元件200的第一开口206中，直到分隔壁端部223被止挡，并通过形状配合连接保持就位。
电绝缘元件200及其在第一开口206中的分隔壁222使得能够在不需要任何粉末和流体的情况下防止延伸超出电缆106的外护套110的导体线108a、108b之间的短路。因此，可以与常规温度传感器一起使用而在没有任何粉末和流体的情况下实现电缆106的延伸的导体线108a、108b的电绝缘，这简化了温度传感器100的结构和制造。
图2c是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器100的方法的第三步骤的侧视图。
在图2c所示的步骤，温度感测元件102通过第二开口208被部分地插入电绝缘元件200中。温度感测元件102被插入使得其导电引线104a、104b与在先前的步骤中已经插入电绝缘元件200的内部214的电缆106的导体线108a、108b的终端116a、116b重叠。
温度感测元件102的导电引线104a、104b与电缆106的导体线108a、108b的终端116a、116b重叠的区域限定了接合区域120。温度感测元件102与电缆106之间的连接将在接合区域120处实现。
图2d是根据本发明第一实施例的用于组装温度传感器100的方法的第四步骤的侧视图。
在图2d表示的步骤中，分别通过力配合和形状配合连接将电绝缘元件200与温度感测元件102和电缆106机械地组装。因此，通过电绝缘元件200将温度感测元件102的导电引线104a、104b和电缆106的导体线108a、108b的终端116a、116b保持就位。因此，例如，在通过焊接将导电引线104a、104b与终端116a、116b连接之前，可以稳定地保持接合区域120。
此外，由于孔210延伸到接合区域120，可以从电绝缘元件200的外部通过工具和/或操作者触达接合区域120。
因此，根据本发明的方法允许在电缆106的导体线108a、108b已经被电绝缘，并且在组件特别是接合区域120被稳定地保持就位(均是利用电绝缘元件200)之后，通过激光焊接来实现连接。
在图2d所示的步骤中，通过将激光束D引向接合区域120并通过电绝缘元件200的孔210注射惰性气体(未示出)来实现在接合区域120处的连接。因此，每个导电引线104a、104b在接合区域120处连接到导体线108a、108b的每个终端116a、116b。电绝缘元件200的底表面216上的凹槽216a、216b允许分开每个连接，因此避免任何短路。
总之，根据第一实施例的本发明允许借助于电绝缘元件200代替与常规温度传感器一起使用的陶瓷粉末填充物。由此，可以在没有任何粉末和流体的情况下实现电缆106的延伸的导体线108a、108b的电绝缘，这简化了温度传感器100的结构和制造。
此外，电绝缘元件200允许防止从电缆106伸出的导体线108a、108b之间以及从电缆106伸出的导体线108a、108b与电缆106的金属护套110之间的短路。
电绝缘元件200还提供用于定位导电引线104a、104b和导体线108a、108b的支撑和引导，使得接合区域120位于电绝缘元件200的孔210处。因此，接合区域120相对于电绝缘元件200可以可靠地定位。因此，电绝缘元件能够改善温度传感器100的制造性能。
图3a和图3b示出了根据本发明第二实施例的温度传感器300。
图3a示出了处于非膨胀状态的温度传感器300，而图3b示出了处于膨胀状态的温度传感器300。
这种温度传感器300可以例如用于测量汽车中的废气温度。
温度传感器300包括温度感测元件302，其可操作成将感测到的温度转换成电输出信号。
根据有利实施例，温度感测元件302包括作为实际温度检测器的Pt200传感器。铂传感器由于其潜在的精度和在高温范围内的长期稳定性而特别有利。如今，大多数铂感测元件都是薄膜电阻器形式的。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，根据本发明，也可以使用任何其他小型化的温度感测元件。例如，温度感测元件302可以包括电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻或基于硅的半导体温度传感器。
电输出信号在温度感测元件302的导电引线304a、304b处输出。导电引线304a、304b将连接到电缆306。
高温传感器在汽车上的一种应用是测量例如废气的温度。这意味着可能具有还原性或氧化性的侵蚀性气体环境，包含硫、氮、氢、氧及其各种化合物。这结合温度决定壳体和配件的材料。
因此，电缆306尤其是矿物绝缘电缆306。矿物绝缘电缆306包括被包围在金属外护套310中的两个导体线308a、308b。这两个导体线308a、308b通过粉末或填充的矿物312而在电缆306内部相对于彼此绝缘。外护套310保护内部导体线308a、308b免受热、化学或其他环境损害。外护套310可以是不锈钢或
Figure BDA0003011510930000131
的。绝缘填充的矿物或粉末312可以例如由氧化镁(MgO)制成。氧化镁是合适的电绝缘材料，因为它在高温下化学和物理均稳定。
在电缆306的终端314处，两个导体线308a、308b沿着长度l延伸超出其外护套310。在下文中，术语“延伸的导体线308a、308b”是指长度为l的导体线308a、308b的延伸部。
延伸的两个导体线308a、308b的相应终端316a、316b在相应的接合区域320a、320b处与温度感测元件302的导电引线304a、304b连接。
根据第二实施例，电缆306包括两个导体线308a、308b，以与温度感测元件302的两个相应的导电引线304a、304b连接。然而，电缆306的导体线数量以及温度感测元件302的导电引线数量不限于两个，而是可以是一个或多个。
根据第二实施例，如图3a所示，在温度传感器300的非膨胀状态下，延伸的导体线308a、308b以Z字形构造折叠。在所述Z字形构造中，每个延伸的导体线308a、308b弯曲成在每个延伸的导体线308a、308b的连续部分之间形成不同于0°和180°的角度a、b、c。根据变型，延伸的导体线308a、308b只折叠一次，以沿其预定长度l具有与0°和180°不同的一个角度a。在另一变型中，延伸的导体线308a、308b可折叠多次，以沿其预定长度l具有一个以上的角度。在另一变型中，每个延伸的导体线308a、308b被折叠成具有弹簧形状。因此，延伸的导体线308a、308b的折叠不限于图3a所示的构造，其表示延伸的导体线308a、308b的所述Z字形构造的示例。
由于围绕和/或附接到温度传感器300的元件由不同的材料(例如金属、陶瓷)制成，因此这些元件具有不同的热膨胀系数，从而导致它们不以类似的方式膨胀。
因此，延伸超出电缆的外护套310的导体线308a、308b的预定长度l在非膨胀状态下比在图3b中所示的温度传感器300的膨胀状态下要小。在图3b中，在膨胀状态下，膨胀导体线308a、308b的长度L大于预定长度l。
因此，在接合区域320处的连接可以承受由热膨胀引起的温度传感器300或安装有温度传感器300的任何元件的尺寸变化。例如，温度传感器300的保护性壳体(未示出)的热膨胀可将温度感测元件302拉离电缆306的终端314，如图3b中的箭头F所示。因此，延伸的导体线308a、308b的预定长度l配置为适应电缆306的终端314和接合区域320之间的距离变化。因此，导体线308a、308b的预定长度l向温度传感器300提供应变释放。由于应变释放是由导体线308a、308b本身提供的，因此不需要添加任何部件例如附加导体线来确保应变释放功能。
此外，根据第二实施例，在接合区域320a，320b处温度感测元件302与电缆306之间的连接直接在每个导电引线304a、304b与每个相应的导体线308a、308b之间实现。因此，与常规温度传感器(其中一个或多个中间附加线用于将温度感测元件302与电缆306连接)不同，可以减少连接的数量且因此减少接合区域的数量。这允许随着焊接数量的减少而提高温度传感器300的稳固性，从而提高连接的可靠性。此外，通过消除使用附加中间线的必要性，可以减少温度传感器300的部件数量以及与中间线相关的处理步骤(例如中间线的拉直步骤、焊接和切割步骤)。
总之，本发明的第二实施例允许改进这种温度传感器的制造和可靠性。
本发明的第二实施例可以与第一实施例和/或与以上关于图1a-c和2a-2d所述的任何变型组合。
尽管已经相对于特定示例描述了实施例，但本发明不限于此，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。因此，各个实施例和示例不旨在限于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求书范围内的修改和替代，并且各个特征可以彼此自由地组合以获得根据本发明的其他实施例或示例。
附图标记列表
100：温度传感器
102：温度感测元件
104a、104b：导电引线
106：电缆、矿物绝缘电缆
108a、108b：导体线
110：金属护套
112：矿物粉末
114：电缆106的终端
116a、116b：导体线的终端
120：接合区域
122：部分电缆106
200：电绝缘元件
202、204：端部
206：第一开口
206a、206b：隔室
208：第二开口
210：孔
212：侧壁
214：内部
216：底表面
216a、216b：凹槽
218、220：侧壁
222：分隔壁
223：分隔壁端部
300：温度传感器
302：温度感测元件
304a、104b：导电引线
306：电缆、矿物绝缘电缆
308a，308b：导体线
310、金属护套
312：矿物粉末
314：电缆306的终端
316a、316b：导体线的终端
320a、320b：接合区域
A：纵向轴线
B：孔轴线
C：横截面第一开口
a、b、c：角度
D：激光束
F：箭头膨胀
l：预定长度
L：膨胀状态下的长度

Claims (18)

1.一种温度传感器(100)，包括：
温度感测元件(102)，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括两个或更多个导电引线(104a-b)；
矿物绝缘电缆(106)，包括两个或更多个导体线(108a-b)，其被金属外护套(110)包围，使两个或更多个导体线(108a-b)在电缆(106)内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线(108a-b)在其终端(114)处延伸超出外护套(110)；
所述温度感测元件(102)的两个或更多个导电引线(104a-b)在一个或多个接合区域(120)处连接到延伸超出外护套(110)的两个或更多个导体线(108a-b)；
所述温度传感器(100)还包括电绝缘元件(200)，其配置为使延伸的两个或更多个导体线(108a-b)至少部分地相对于彼此并且相对于电缆(106)的金属外护套(110)电绝缘；
所述电绝缘元件(200)包括：第一开口(206)，用于至少容纳延伸超出外护套(110)的两个或更多个导体线(108a-b)；以及第二开口(208)，用于至少部分地容纳温度感测元件(102)；其中，每个接合区域(120)位于所述电绝缘元件(200)内；
所述电绝缘元件(200)还包括至少一个孔(210)，其延伸直至每个接合区域(120)。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中，所述电绝缘元件(200)具有基本细长的圆柱形形状，并且在一个端部(202)处包括第一开口(206)且在相对的纵向端部(204)处包括第二开口(208)。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其中，所述至少一个孔(210)垂直(B)于所述电绝缘元件(200)的纵向轴线(A)延伸。
4.根据权利要求2或3所述的温度传感器，其中，所述电绝缘元件(200)的朝向所述接合区域(120)延伸的第一开口(206)包括一个或多个分隔壁(222)，使延伸超出所述电缆(106)的外护套(110)的导体线(108a-b)彼此绝缘。
5.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，在所述接合区域(120)处，所述电绝缘元件(200)的内表面(216)包括两个或更多个凹槽(216a-b)，其中定位延伸超出所述电缆(106)的外护套(110)的两个或更多个导体线(108a-b)的终端(116a-b)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，在所述接合区域(120)处，所述温度感测元件(102)的导电引线(104a-b)与其相应的延伸超出所述电缆(106)的外护套(110)的导体线(108a-b)重叠。
7.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，在所述接合区域(120)处，所述温度感测元件(102)与所述电缆(106)之间的连接被激光焊接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，所述电缆(106)和所述温度感测元件(102)通过力配合、压配合或摩擦配合连接而被部分地嵌套并保持在所述电绝缘元件(200)的相应的第一开口(206)和第二开口(208)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，所述电缆(106)的嵌套在所述电绝缘元件(200)中的部分(122)被制造成具有配置为用于通过形状配合连接而防止电缆(106)和电绝缘元件(200)之间旋转的几何形状。
10.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，所述电绝缘元件(200)由陶瓷材料制成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中，所述电绝缘元件(200)一体地形成为一件式。
12.一种温度传感器(100、300)，包括：
温度感测元件(102、302)，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括一个或多个导电引线(104a-b、304a-b)；
矿物绝缘电缆(106、306)，包括两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)，其被金属外护套(110、310)包围，从而使两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)在电缆(106)内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)在其终端(114、314)处以预定长度(l)延伸超出外护套(110、310)；
所述温度感测元件(102、302)的两个或更多个导电引线(104a-b、304a-b)在一个或多个接合区域(120、320a-b)处连接到延伸超出外护套(110、310)的两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)，
使得在所述温度传感器(100、300)的非膨胀状态下，延伸超出外护套(110、310)的两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)至少部分弯曲或折叠成Z字形；
使得与在所述温度传感器(100、300)的膨胀状态下相比，延伸超出外护套(110、310)的两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)的预定长度(l)在非膨胀状态下更小。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的温度传感器(100、300)，其中，所述温度感测元件(102、302)与所述电缆(106、306)之间的连接通过一个或多个中间线来实现，所述中间线的一个端部连接到温度感测元件(102、302)的每个导电引线，并且
另一相对端部连接到延伸超出电缆(106、306)的外护套(110、310)的每个导体线的终端(116a-b、316a-b)。
14.一种温度传感器(100、300)，特别是根据权利要求1至12中任一项所述的温度传感器，包括：
温度感测元件(102、302)，用于将感测到的温度转换为电输出信号，并包括两个或更多个导电引线(104a-b、304a-b)；
矿物绝缘电缆(106、306)，包括两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)，其被金属外护套(110、310)包围，从而使两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)在电缆(106)内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)在其终端(114、314)处延伸超出外护套(110、310)；
所述温度感测元件(102、302)的两个或更多个导电引线(104a-b、304a-b)在接合区域(120、320a-b)处连接到延伸超出外护套(110、310)的两个或更多个导体线(108a-b、308a-b)；
其中，所述温度感测元件(102、302)和电缆(106、306)之间的连接在每个导电引线(104a-b、304a-b)和每个相应的导体线(108a-b、308a-b)之间直接地实现，
使得在每个导电引线(104a-b、304a-b)和每个相应的导体线(108a-b、308a-b)之间仅具有一个接合区域(120、320a-b)。
15.一种用于组装温度传感器(100)的方法，包括：
a)提供温度感测元件(102)，用于将感测到的温度转换为电输出信号；温度感测元件(102)具有两个或更多个导电引线(104a-b)；
b)提供矿物绝缘电缆(106)，包括两个或更多个导体线(108a-b)，其被金属外护套(110)包围，从而使两个或更多个导体线(108a-b)在电缆(106)内部相对于彼此绝缘，并且其中，两个或更多个导体线(108a-b)在其终端(114)处延伸超出外护套(110)；
c)提供电绝缘元件(200)，包括第一开口(206)和第二开口(208)；
d)将电缆(106)插入电绝缘元件(200)的第一开口(206)中，使延伸超出外护套(110)的两个或更多个导体线(108a-b)位于电绝缘元件(200)的内部(214)；
e)将温度感测元件(102)插入电绝缘元件(200)的第二开口(208)内，使得所述两个或更多个导电引线(104a-b)位于电绝缘元件(200)的内部(214)，并且在接合区域(120)处与所述两个或更多个延伸的导体线(108a-b)重叠；以及然后
e)通过电绝缘元件(200)的延伸直至接合区域(120)的孔(210)在接合区域(120)处将所述两个或更多个导电引线(104a-b)连接到所述两个或更多个导体线(108a-b)。
16.根据权利要求15所述的用于组装温度传感器的方法，其中，步骤d)包括将延伸的两个或更多个导体线(108a-b)定位在所述电绝缘元件(200)的内表面(216)的两个或更多个凹槽(216a-b)中。
17.根据权利要求15或16所述的用于组装温度传感器的方法，其中，步骤e)包括通过将激光束引向电绝缘元件(200)的延伸直至接合区域(120)的孔(210)并通过该孔注射惰性气体由激光焊接将所述两个或更多个导电引线(104a-b)连接到所述两个或更多个导体线(108a-b)。
18.根据权利要求15、16或17所述的用于组装温度传感器的方法，其中，步骤d)和e)还包括通过力配合连接、压配合连接、摩擦配合连接和/或形状配合连接将电缆(106)和温度感测元件(102)相对于电绝缘元件(200)的相应的第一开口(206)和第二开口(208)保持就位。
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