CN114787597A - 传感器装置和用于制造传感器装置的方法 - Google Patents

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Abstract

说明了一种用于测量温度的传感器装置（1），具有：‑传感器元件，其具有陶瓷基体（2）和至少两个电极（3），其中，电极（3）布置在陶瓷基体（2）的外侧处，‑用于电气地接触传感器元件的至少两个接触元件（4），其中，接触元件（4）在连接区域（7）中与电极（3）连接，‑玻璃外罩（6），其中，至少陶瓷基体（2）和连接区域（7）完全引入在玻璃外罩（6）中，其中，玻璃外罩（6）被压力张紧，并且其中，玻璃外罩（6）的、接触元件（4）的和传感器元件的膨胀系数为了压力张紧玻璃外罩（6）而相互协调。此外，说明了一种用于制造传感器装置的方法。

Description

传感器装置和用于制造传感器装置的方法
技术领域
本发明涉及一种传感器装置、尤其用于测量温度的传感器装置。本发明还涉及一种用于制造传感器装置的方法。
背景技术
在同时特别高的可靠性和低制造成本情况下的较高的使用温度方面对温度传感器不断提高的要求需要使用相互协调的新型的材料组合和制造技术。
带有低贵金属含量（Au、Pt）的迄今为止可用的利于成本的传感器在使用温度中受限并且就玻璃封装而言大多仅能够在至300℃的温度下使用。用于更高的使用温度的传感器要求使用贵金属、如例如铂。在使用带有铜周侧的FeNi导线时，则在较高的使用温度下导致了导线腐蚀并且因此导致了传感器的使用寿命受限。
按照现有技术，为了在各种应用中进行监控和调节，主要用陶瓷的热导体-热敏电阻元件（“负温度系数”/NTC热敏电阻）来测量温度。
为了足够的机械稳定性并且为了保护不受外部的影响以及为了避免由于腐蚀性介质而受到腐蚀，在传感器元件的情况下，这些传感器元件配设有由聚合物或玻璃制成的涂层。
为了NTC陶瓷的电接触，必须施加金属电极。按照现有技术，为此主要通过带有随后进行烧制的丝网印刷工艺来涂敷银浆和金浆。在此，银金属化主要用于与连接导线的钎焊连接并且金金属化主要用于应用中的金属的烧结膏接触。金金属化用于接触膏与连接导线的烧结。
然而，钎焊连接的使用温度受到焊料的熔化温度限制。高铅含量的焊料具有约300℃的熔化温度并且大多数无铅的焊料已经在低于230℃的温度时熔化。钎焊连接在频繁的温度变化负荷下不够可靠。许多钎焊材料倾向于在潮湿或湿润的环境中迁移。
对250℃至300℃或更高的较高使用温度而言，借助烧结膏的接触是常见的。此外，在制造过程中需要显著更高的温度，因为基于使用温度，需要使用玻璃包覆来取代聚合物包覆。然而，如此制造的传感器元件的这种类型与高成本相关联，因为电极和接触膏由金制成。此外，过程成本由于膏的施加和干燥以及紧接着的烧制而非常高。
导线到NTC陶瓷电极上的焊接并不是备选方案，因为会导致电极或陶瓷受损。与电极层厚度相比实心设计的导线需要极高的能量输入，以便熔化所述导线以建立连接。但这又会导致电极层与陶瓷的完全分离，并且与之相关联的热冲击可能导致陶瓷中的裂缝或负面地影响电气性能。
发明内容
本发明的任务是，说明一种传感器装置和一种用于制造传感器装置的方法，它们解决上述问题。
该任务通过按照独立权利要求所述的一种传感器装置和一种用于制造传感器装置的方法来解决。
按照一个方面说明了一种传感器装置。该传感器装置构造用于测量温度。该传感器装置针对高的使用温度进行构造。该传感器装置是一种高温传感器装置。该传感器装置的应用温度优选≥ 300℃和≤ 650℃。应用温度特别优选处在450℃与650℃之间。
传感器装置具有传感器元件。传感器元件优选具有NTC热敏电阻芯片。传感器元件具有陶瓷基体。陶瓷基体优选具有带有高的长期稳定性的陶瓷材料。基体尤其具有按EP 2326 604 B9所述的漂移稳定的钙钛矿陶瓷作为陶瓷材料。
传感器元件此外具有至少两个电极、优选正好两个电极。电极布置在陶瓷基体的外侧处、例如基体的对置的侧面处。电极优选具有金或银厚膜金属化结构。金或银厚膜金属化结构优选无铅地构造。
传感器装置具有至少两个接触元件、优选正好两个接触元件以电气地接触传感器元件。接触元件优选具有导线。接触元件在连接区域中与电极机械地和导电地连接。电极和接触元件通过金或银接触膏相互连接。
接触元件具有材料，该材料特别耐高温并且同时表现出了小的腐蚀倾向。此外，接触元件不具有或仅具有低的贵金属含量。由此能够提供一种特别利于成本的且耐高温的传感器装置。接触元件优选具有镍铁合金或者带有低含量的镍的银。接触元件特别优选由镍铁合金或者带有低含量的镍的银制成。
此外，接触元件能够具有用于进一步抑制腐蚀的保护层。保护层构造在相应的接触元件的外侧处。保护层优选完全覆盖相应的接触元件的外侧。保护层能够具有Ni、Cu或Ag。用Ag包覆的接触元件尤其在直至650℃以上的温度时具有高度的长期稳定性。
传感器装置具有玻璃外罩。玻璃外罩施加在传感器元件和连接区域上方。传感器元件和连接区域优选被完全引入到玻璃外罩中。
玻璃外罩能够借助于在分散有玻璃粉末的膏中的浸漆来被涂覆或者通过柱状的玻璃预制件的熔化来实现。玻璃外罩用于保护和用于机械地稳定传感器元件和连接区域。
玻璃外罩是压力张紧的。玻璃外罩、接触元件和传感器元件的膨胀系数为了玻璃外罩的压力张紧而相互协调。膨胀系数优选在传感器装置的内部区域中比在传感器装置的外部区域中要大。换句话说，玻璃外罩具有比陶瓷基体和接触元件要小的膨胀系数。这导致了在传感器装置的内部中的拉应力，由此将压应力施加到玻璃外罩的表面上。
通过玻璃外罩的压力张紧，实现了玻璃外罩的和因此传感器装置的机械强度的提升。因此提供了一种特别稳定的和耐久的传感器装置。该传感器装置尤其相对于高的使用温度、优选至650℃的温度特别稳定或长期稳定。
按照一种实施例，玻璃外罩具有一种材料，该材料的熔化温度处在电极的材料的熔化温度之下。因此，在上釉过程期间能够避免电极和接触区域的熔化。因此确保了在不损坏电极的情况下能够实现制造。
玻璃外罩还优选具有一种材料，该材料的软化温度Tg处在传感器装置的应用温度之上。由此能够达到高的使用温度、优选至650℃的使用温度。
玻璃外罩优选具有再结晶的玻璃。玻璃外罩特别优选具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。因此，说明了一种带有下述设计的传感器装置，所述设计利用合适的材料组合能够在使用没有或仅有低的贵金属含量的导线的情况下实现了一种用于较高的使用温度的耐腐蚀和耐迁移的传感器。
按照一种实施例，传感器装置此外具有陶瓷帽。陶瓷帽能够例如具有氧化铝。陶瓷帽优选具有略大于玻璃外罩的膨胀系数的膨胀系数。陶瓷帽和玻璃外罩的膨胀系数的差异优选小于1 ppm。
传感器元件和连接区域优选完全引入在陶瓷帽中。此外，接触元件以及玻璃外罩至少部分地引入在陶瓷帽中。陶瓷帽与玻璃外罩至少部分地熔合。陶瓷帽提高了传感器装置在高的使用温度下的长期稳定性。
按照另一个方面说明了一种用于制造传感器装置的方法。优选地，通过所述方法来制造上面所说明的传感器装置。参考传感器装置或方法所公开的所有的特性也对应地参考相应的其他方面得以公开，反之亦然，即使相应的特性没有明确地在相应的方面的上下文中提到。所述方法具有下列步骤：
A）提供一种传感器元件，其具有陶瓷基体和至少两个电极。电极优选具有无铅的金或银厚膜金属化结构。传感器元件优选具有NTC热敏电阻芯片；
B）提供至少两个接触元件、优选两条导线。接触元件优选由镍铁合金或带有低含量的镍的银制成。此外，在接触元件上能够施加具有Ni、Cu或Ag的保护层；
将接触元件部分地浸入到接触膏中。接触膏优选具有银或金。在此，接触元件的浸入在接触膏中的区域（周侧区域）小于陶瓷基体的棱边长度。换句话说，接触元件未在陶瓷基体的整个棱边长度上与电极连接；
C）在连接区域中将接触元件压紧到电极处。在此，连接区域小于陶瓷基体的棱边长度；
D）烧结。在此，将准备好的传感器放入到炉中并且承受热分布（thermischenProfil）。在此能够涉及分批式炉或连续式炉；
E）将经烧结的系统（基体、电极、接触元件）以限定的速度部分地浸入到玻璃膏中（用玻璃膏浸漆）。经烧结的系统尤其如此浸入到玻璃膏中，使得传感器元件（基体、电极）和至少连接区域完全用玻璃膏包围，以便实现完整的玻璃外罩。玻璃膏优选具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃；
F）使经烧结的系统在玻璃膏中限定地侧向运动，并且紧接着以限定的速度将经烧结的系统从玻璃膏中拉出。这种处理方式用于实现一种尽可能无气泡的和无缺陷的玻璃外罩；
G）干燥。这个步骤优选包括在室温下的预干燥和紧接着在炉中在温度提高情况下的干燥。干燥必须小心地进行，以便确保无气泡的和无缺陷的玻璃外罩，并且使制造玻璃膏所需的添加剂能够逸出；
H）上釉。在此，玻璃外罩被加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度并且紧接着熔化。
通过所述方法实现了一种带有严密密封的玻璃封装的稳健和长期稳定的高温传感器装置。为了实现传感器头（带有连接区域的传感器元件）的压力张紧，除了选择合适的材料（膨胀系数）外，也特别重要的是，维持炉内的适当的温度分布。不仅在干燥时而且在玻璃熔化过程时均能够使用合适的分批式炉或连续式炉。
按照另一个方面说明了一种用于制造传感器装置的方法。优选地，通过所述方法来制造上面所说明的传感器装置。参考传感器装置或方法所公开的所有的特性也对应地参考相应的其他方面得以公开，反之亦然，即使相应的特性没有明确地在相应的方面的上下文中提到。所述方法具有下列步骤：
A）提供一种传感器元件，其具有陶瓷基体和至少两个电极。电极优选具有无铅的金或银厚膜金属化结构。传感器元件优选具有NTC热敏电阻芯片；
B）提供至少两个接触元件、优选两条导线。接触元件优选由镍铁合金或带有低含量的镍的银制成。此外，在接触元件上能够施加具有Ni、Cu或Ag的保护层；
将接触元件部分地浸入到接触膏中。接触膏优选具有银或金。在此，接触元件的浸入在接触膏中的区域（周侧区域）小于陶瓷基体的棱边长度。换句话说，接触元件没有在陶瓷基体的整个棱边长度上与电极连接；
C）在连接区域中将接触元件压紧到电极处。在此，连接区域小于陶瓷基体的棱边长度；
D）烧结。在此，将准备好的传感器放入到炉中并且承受热分布。在此能够涉及分批式炉或连续式炉；
E）将玻璃预制件、优选经压制的玻璃小管套装到经烧结的系统上。玻璃预制件被如此套装到经烧结的系统上，使得传感器元件和至少连接区域完全引入到玻璃预制件中。玻璃预制件尤其如此定位，使得带有陶瓷基体和连接部位的传感器头被玻璃预制件覆盖。玻璃预制件优选具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃；
F）熔化玻璃预制件以形成玻璃外罩。在此，炉中的温度分布包含多个步骤。为了小心地蒸发有机的添加剂，在接下来较高的温度下玻璃进行真正熔化之前，在较低的温度下设置特定的保持时间。在此，熔化通过将玻璃预制件加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度来进行。
为了实现传感器头的压力张紧，在该方法中除了选出合适的材料外还特别重要的是，维持炉内的合适的温度分布。不仅在干燥时而且在玻璃熔化过程时均能够使用分批式炉或连续式炉。
按照另一个方面说明了一种用于制造传感器装置的方法。优选地，通过该方法制造上面所说明的传感器装置。参考传感器装置或方法所公开的所有的特性也对应地参考相应的其他方面得以公开，反之亦然，即使相应的特性没有明确地在相应的方面的上下文中提到。所述方法具有下列步骤：
A）提供一种传感器元件，其具有陶瓷基体和至少两个电极。电极优选具有无铅的金或银厚膜金属化结构。传感器元件优选具有NTC热敏电阻芯片；
B）提供至少两个接触元件、优选两条导线。接触元件优选由镍铁合金或带有低含量的镍的银制成。此外，在接触元件上能够施加具有Ni、Cu或Ag的保护层；
将接触元件部分地浸入到接触膏中。接触膏优选具有银或金。在此，接触元件的浸入在接触膏中的区域（周侧区域）小于陶瓷基体的棱边长度。换句话说，接触元件没有在陶瓷基体的整个棱边长度上与电极连接；
C）在连接区域中将接触元件压紧到电极处。在此，连接区域小于陶瓷基体的棱边长度；
D）烧结。在此，将准备好的传感器放入到炉中并且承受热分布。在此，能够涉及分批式炉或连续式炉；
E）提供陶瓷帽。陶瓷帽优选具有氧化铝。陶瓷帽具有用于容纳经烧结的系统的内部区域。此外，陶瓷帽具有用于容纳接触元件的至少两个贯通引导部；
将经烧结的系统部分地引入到陶瓷帽中。在这个步骤中，接触元件优选从陶瓷帽的第一侧（上侧）导引通过陶瓷帽的内部区域并且引入到留空部中，从而接触元件至少部分地从陶瓷帽的第二侧（下侧）伸出；
F）用玻璃膏以限定的速度部分地填充陶瓷帽。玻璃膏优选具有再结晶的Ba、Zn或硅酸盐玻璃。在此，优选用玻璃膏填充陶瓷帽的内部区域至三分之一。紧接着，能够以预先确定的速度进行陶瓷帽的限定的侧向运动，以在陶瓷帽的内部区域中均匀地分配玻璃膏；
G）将经烧结的系统以限定的速度进一步引入到部分地用玻璃膏填充的陶瓷帽中。在此，经烧结的系统被如此引入，使得传感器元件和连接区域完全布置在陶瓷帽中；
H）以预先确定的速度来限定地侧向运动，以用玻璃膏润湿传感器元件和连接区域；
I）用玻璃膏继续填充陶瓷帽。尤其如此用玻璃膏填充陶瓷帽，使得传感器元件和至少连接区域完全被玻璃膏包围，以形成玻璃外罩；
J）干燥。这个步骤优选包括在室温下的预干燥和紧接着在炉中在温度提高的情况下的干燥。干燥必须充分小心地进行，以便确保无气泡的和无缺陷的玻璃外罩，并且使制造玻璃膏所需的添加剂能够逸出；
K）借助于将玻璃外罩加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度进行上釉，并且紧接着熔化玻璃外罩。
通过上面所说明的方法实现了一种严密密封的玻璃外罩。所产生的传感器装置在高温下特别耐腐蚀以及长期稳定。
附图说明
接下来说明的附图不应理解为按真实比例。更确切地说，为了更好地示出，能够将各个尺寸放大、缩小又或者变形地示出。
彼此相同的或承担相同的功能的元件用相同的附图标记来标注。其中：
图1示出了按照第一种实施例的传感器装置的剖面图；
图2示出了在制造按图1的传感器装置中的中间级的剖面图；
图3示出了按图1的传感器装置的剖面图；
图4示出了按另一种实施例的传感器装置的剖面图；
图5a至5c示出了用于制造按图4的传感器装置的方法；
图6a至6e示出了用于制造按图4的传感器装置的备选的方法。
具体实施方式
图1示出了传感器装置1的第一种实施例，该传感器装置构造用于测量温度。传感器装置1构造用于在高温时使用。传感器装置1的应用温度为≥ 300℃和≤ 650℃。传感器装置1是高温传感器装置。
传感器装置1具有传感器元件或传感器芯片。传感器元件优选是NTC热敏电阻芯片。传感器元件具有陶瓷基体2。该陶瓷基体2具有带有高长期稳定性的陶瓷材料。该陶瓷材料具有按照文献EP 2 326 604 B9所述的漂移稳定的钙钛矿陶瓷。陶瓷基体2尤其具有通式为
Figure 67440DEST_PATH_IMAGE002
的陶瓷材料，其中，SE代表一种或多种稀土金属，MII代表氧化态的一种或多种金属+II。L代表Al和/或Ga，R代表选自Fe、Zn、Ge、Sn的一种或多种金属，并且适用于：0 ＜ x ＜ 1；0 ＜ y ＜ 1；0.5 ＜ z ＜1；y+z ＜ 1；0.1 ＜ 1-y-z ＜0.2。
陶瓷基体2具有侧面2a（为此也参看图3）。侧面2a彼此对置地布置。相应的侧面具有棱边长度l（图3）。棱边长度l为 ＜ 2 mm，优选＜ 1 mm。陶瓷基体2具有宽度b（图3）。宽度b为 ＜ 1 mm，优选＜0.5 mm。传感器元件或陶瓷基体2优选具有＜ 1 mm ×＜ 1 mm ×0.500 mm的尺寸。传感器装置1具有总长度L（沿着纵轴线X的延展），如由图3能够看到的那样。
传感器元件此外具有两个电极3。电极3构造在传感器元件的外表面处。电极3尤其构造在陶瓷基体2的对置的侧面2a处。电极3具有金或银厚膜金属化结构。金或银厚膜金属化结构是无铅的。
传感器装置1具有两个接触元件4以电气地接触传感器元件。在这个实施例中，接触元件4具有导线。但也能够设想到其他接触元件4。
接触元件4具有耐腐蚀的组分。接触元件4例如具有铁镍合金或带有低含量的镍的银。在这个实施例中，接触元件4具有NiFe。
接触元件4还具有保护层（未明确示出）以进一步抑制腐蚀。保护层能够具有Ni、Cu或Ag。相应的接触元件4优选具有在0.1 mm与0.5 mm之间、优选在0.2 mm与0.3 mm之间的直径。
接触元件4与电极3在连接区域7中电气地和机械地连接。电极3和接触元件4通过金或银接触膏5相互连接。接触元件4与电极3烧结。
连接区域7小于相应的侧面2a的棱边长度l。换句话说，接触元件4仅覆盖电极3或侧面2a的部分区域。接触元件4能够在连接区域7中展平地构造，以便提高相应的接触元件4的横截面。
传感器装置1还具有玻璃外罩6。玻璃外罩6在这个实施例中完全包围陶瓷基体2或传感器元件以及连接区域7。玻璃外罩6尤其完全包围传感器装置1的头部（传感器头13，为此也参看图3）。在此，传感器头13包括传感器元件以及接触元件4的至少一个部分区域，如由图3能够看到的那样。
包括玻璃外罩6在内的传感器头13的宽度B（垂直于纵轴线X的延展）为0.7 mm至2.5 mm（图3）。玻璃外罩6的最小的纵向延展A（沿着纵轴线X的延展）处在0.5至2.5 mm的范围内，如由图3能够看到的那样。在此，能够在玻璃外罩6的下侧6b处出现玻璃外罩6的凹入6c，如由图3能够看到的那样。
在陶瓷基体2的上侧与玻璃外罩6的上侧6a之间的上方的间距D1优选至少为0.1mm。在陶瓷基体2的下侧与玻璃外罩6的下侧6b之间的下方的间距D2同样优选至少为0.1 mm（图3）。
玻璃外罩6形成了传感器头13的外部的包覆。玻璃外罩6构造用于保护和机械地稳定传感器装置1。玻璃外罩6具有一种材料，该材料的熔化温度处在电极材料的熔化温度之下。玻璃外罩6的熔化温度优选处在700℃与900℃之间。此外，玻璃外罩的材料具有在传感器装置1的应用温度之上的软化温度Tg。软化温度Tg优选在应用温度之上至少25℃。
玻璃外罩6具有再结晶的玻璃。玻璃外罩6尤其具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。传感器头13的玻璃外罩6在外部的周侧中具有压力张紧。接触元件4和传感器元件的陶瓷基体2的膨胀系数为了达到玻璃外罩6的压力张紧而相互协调。
玻璃外罩6优选具有比接触元件4和陶瓷基体2要小的膨胀系数α。换句话说，传感器装置1在内部区域中具有比在外部区域中更高的膨胀系数。接触元件4优选具有膨胀系数α，其中，7 [10-6 K-1] ≤ α ≤ 12 [10-6 K-1]。在接触元件具有带有低含量的镍的银的实施例中，接触元件4的膨胀系数α约为19 [10-6 K-1]。
陶瓷基体2的膨胀系数优选为6.5 [10-6 K-1] ≤ α ≤ 8.5 [10-6 K-1]。玻璃外罩的膨胀系数优选＜ 7 [10-6 K-1]、例如6.9 [10-6 K-1]。
因为在传感器装置1的内部中存在比外部区域中更高的膨胀系数，所以通过传感器元件和接触元件4在内部区域中施加拉应力到玻璃外罩6上。在内部的这种拉应力作为压应力作用到玻璃外罩6的表面上。玻璃外罩6的压力张紧导致了玻璃外罩的更高的强度或更硬的表面并且因此导致了玻璃外罩6的经修正的断裂特性。因此，在玻璃外罩6的表面处的较高的机械的负荷由于压力张紧而不一定触发断裂。由此能够实现非常稳健的设计，其针对至650℃的高的使用温度是长时间稳定的。
按图1的传感器装置1通过两种可行的制造方法来制造（变型方案1：浸漆；变型方案2：玻璃预制），但它们在一些过程步骤中是一致的。
接下来首先说明传感器装置的借助变型方案1（浸漆）的制造。
在第一步骤A）中，提供带有陶瓷基体2和至少两个电极3的传感器元件。带有金或银厚膜金属化结构作为电极3的漂移稳定的陶瓷基体2紧接着被夹紧在高精度的装置中。
在下一个步骤B）中，提供两个接触元件4。接触元件4紧接着部分地浸入到接触膏5中。接触元件4尤其视陶瓷基体2的电极3的类型而定浸入到金或银接触膏中，其中，相应的接触元件4的用膏5润湿的周侧面必须小于传感器元件的或陶瓷基体2的棱边长度l。
在下一个步骤C）中，接触元件4在连接区域7中压紧到电极处。换句话说，接触元件4的用接触膏5涂层的端部区域在所述装置中借助机械的预应力被压到传感器元件处。
在进一步的步骤D）中进行热处理（烧结）。在此，将所述装置放入到炉中并且承受热分布。在此能够涉及分批式炉或连续式炉。
烧结之后，在下一个步骤E）中用玻璃膏12进行浸漆（变型方案1）。在此，首先提供玻璃膏12。玻璃粉末分散在玻璃膏12中。玻璃粉末具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。玻璃粉末、接触元件4和基体2的膨胀系数如上面所说明的那样相互协调。
经烧结的系统以限定的速度部分地浸入到用玻璃膏12填充的贮存器中，从而传感器元件和至少连接区域7完全用玻璃膏12包围以构成玻璃外罩6。传感器头13尤其必须完全被玻璃膏12包围。
为了确保对传感器头13的无气泡的包覆，在步骤F）中使经烧结的系统在玻璃膏12中轻微地限定地侧向运动。侧向运动在此指的是垂直于传感器装置1的纵轴线X的运动。紧接着以限定的速度将经烧结的系统从玻璃膏12中拉出。
紧随其后的是干燥步骤G）。干燥必须足够小心地进行，以便确保无气泡的和无缺陷的玻璃外罩6并且使制造玻璃膏12所需的添加剂能够逸出。玻璃膏12例如首先在室温下干燥4个小时时长。紧接着，玻璃膏12能够在50℃时干燥另外的30分钟。
在紧接着的上釉步骤H）中，玻璃外罩6借助限定的特征曲线（Profils）被带到处在玻璃软化点之上的温度并且熔化。以这种方式实现了一种严密密封的玻璃外罩6。
为了实现传感器头13的上面所说明的压力张紧，除了选择合适的材料外，也特别重要的是，维持炉中的相匹配的温度分布。不仅在干燥时而且在玻璃熔化过程时均能够使用合适的分批式炉或连续式炉。
接下来说明按图1的传感器装置1的借助变型方案2（玻璃预制）的制造。
首先执行已经在上文中说明的步骤A）至D）。换句话说，按变型方案2的制造的步骤A）至D）与按变型方案1的上面所说明的制造的步骤A）至D）一致。
在烧结步骤之后，在步骤E）中将玻璃预制件14（柱状的玻璃小管）套装到经烧结的系统上。在此，如此定位经烧结的系统，使得带有传感器元件和连接区域7的传感器头13被玻璃预制件14覆盖、即完全布置在玻璃预制件14的内部区域中，如由图2能够看到的那样。
玻璃预制件14具有柱状的形状。玻璃预制件14被预烧结。玻璃预制件14向上和向下敞开（敞开的上侧14a和敞开的下侧14b）。传感器元件和至少连接区域7被完全引入到柱状的玻璃预制件14中。传感器元件和连接区域7尤其完全布置在玻璃预制件14的内部区域中。接触元件4至少部分地从玻璃预制件14的下侧14b伸出，如由图2能够看到的那样。
紧接着在步骤F）中，玻璃预制件14在炉中熔化以形成玻璃外罩6（参看图1）。熔化借助将玻璃预制件14加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度进行。
在炉中的温度分布在此包含多个步骤。为了小心地蒸发能够在压制预制件14时包含的有机的添加剂，在接下来较高的温度下玻璃进行真正熔化之前，在较低的温度下设置特定的保持时间。
为了实现传感器头13的压力张紧，除了选择合适的材料外，也重要的是，维持炉内的相匹配的温度分布。不仅在干燥时而且在玻璃熔化过程时均能够使用合适的分批式炉或连续式炉。
图4示出了按照第二种实施例的传感器装置1。按图4的传感器装置1与按图1的上面所说明的传感器装置1的区别主要在于玻璃外罩6的形状和制造或陶瓷帽8的存在。关于另外的组件（带有陶瓷基体2和电极3的传感器元件、接触元件4）的特征以及玻璃外罩6的组分，参考结合图1的说明。
按图4的传感器装置1具有陶瓷帽8。陶瓷帽8能够例如具有氧化铝。陶瓷帽8具有略大于玻璃外罩6的膨胀系数的膨胀系数。陶瓷帽8和玻璃外罩6的膨胀系数的差优选小于1[10-6 K-1]。
传感器元件和连接区域7完全引入在陶瓷帽8中。此外，接触元件4以及玻璃外罩6至少部分地引入在陶瓷帽8中。陶瓷帽8与玻璃外罩6至少部分地熔合。陶瓷帽8提高了传感器装置1在高的使用温度下的长期稳定性。
陶瓷帽8具有套筒形构造的上部件11以及板形构造的下部件10。陶瓷帽8具有敞开的端部（上侧8a）和闭合的端部（下侧8b）。闭合的端部用下部件10封闭。上部件11和下部件10一体式构造。下部件10具有两个留空部或贯通引导部9。陶瓷帽8优选具有氧化铝。
按图4的传感器装置1通过两种可能的制造方法（变型方案1：玻璃预制；变型方案2：玻璃膏）来制造，但它们在一些过程步骤中是一致的。
接下来首先说明用变型方案1（玻璃预制）制造传感器装置，其借助图5a至5c示出。
在步骤A）至D）中提供传感器元件并且连接接触元件4。步骤A）至D）与上面所说明的用于制造按图1的传感器装置的方法相类似。
在进一步的步骤E）中，提供上面所说明的陶瓷帽8（图5a）。
在下一个步骤F）中，提供玻璃预制件14。玻璃预制件14具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。玻璃预制件14具有柱状的形状。玻璃预制件14被预烧结。玻璃预制件14向上和向下敞开（敞开的上侧14a和敞开的下侧14b，图2）。玻璃预制件14具有外部的直径，其略小于陶瓷帽8的内部的直径。
玻璃预制件14从陶瓷帽8的敞开的端部8a起引入到陶瓷帽8中（图5a）。玻璃预制件14如此引入到陶瓷帽8中，使得玻璃预制件14安放在陶瓷帽8的下部件10上。玻璃预制件14具有这样的高度，使得该玻璃预制件部分地从陶瓷帽8的敞开的端部8a伸出。
在进一步的步骤G）中，传感器元件和至少连接区域7完全带入到柱状的玻璃预制件14中。传感器元件和连接区域7尤其完全布置在玻璃预制件14的内部区域中。
在此，接触元件4首先从陶瓷帽8的敞开的上侧8a起引入到陶瓷帽8的贯通引导部9中（图5b）。接触元件4至少部分地从玻璃预制件14的下侧14b伸出并且从陶瓷帽8的下侧8b伸出，如由图5b能够看到的那样。
传感器装置1紧接着完全移入到套筒形的上部件11中，从而传感器元件和接触区域7完全布置在玻璃预制件14中（图5c）。
在进一步的步骤H）中，所述装置经受热处理以形成玻璃外罩6。在此，玻璃预制件14熔化并且在这种相互关系中陶瓷帽8与玻璃预制件14至少部分地熔合。熔化通过将玻璃预制件14加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度来进行。在此，玻璃材料至少部分地进入到陶瓷帽8的贯通引导部9中并且完全封闭在贯通引导部9与接触元件4之间的可能的环形间隙（图4）。
炉内的温度分布包含多个步骤。为了小心地蒸发能够在压制预制件14时包含的有机的添加剂，在接下来较高的温度下玻璃进行真正熔化之前，在较低的温度下设置特定的保持时间。
通过熔化过程，玻璃材料理想地贴靠在陶瓷帽8中并且润湿它的内壁。通过热处理，玻璃材料的体积的一部分消失，从而玻璃外罩6在热处理之后完全布置在陶瓷帽8中（图4）。
通过陶瓷帽8还提高了传感器装置1的稳健性。
接下来说明用变型方案2（玻璃膏）制造按图4的传感器装置，如由图6a至6e能够看到的那样。
在步骤A）至D）中提供传感器元件并且连接接触元件4。步骤A）至D）与上面所说明的方法相类似。
在步骤E）中提供陶瓷帽8（图6a）。经烧结的系统从陶瓷帽8的上侧8a起部分地引入到陶瓷帽8中。如由图6b能够看到的那样，在此首先将接触元件4引入到贯通引导部9中，并且经烧结的系统沿着陶瓷帽8的下部件10的方向移动。
在步骤F）中，陶瓷帽8以限定的速度部分地用玻璃膏12填充。陶瓷帽8的套筒形的上部件11例如用玻璃膏12填充至三分之一（图6c）。玻璃膏12具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。
紧接着，陶瓷帽8能够用限定的速度进行轻微地侧向运动，以便在陶瓷帽8中均匀地分配玻璃膏12。
在步骤G）中，经烧结的系统以限定的速度进一步引入到陶瓷帽8中。在此，玻璃膏12至少部分地进入陶瓷帽8的贯通引导部9中并且在此完全封闭贯通引导部9与接触元件4之间的可能的环形间隙（图6d、6e、4）。在最终位置中，传感器元件以及连接区域7完全布置在陶瓷帽8内（图6d）。
在步骤H）中，以限定的速度进行限定的侧向运动以用玻璃膏12润湿传感器元件和连接区域7并且以避免玻璃膏12中的气泡形成。
紧接着在步骤I）中，用玻璃膏12完全填充陶瓷帽8，从而传感器元件和至少连接区域7完全被玻璃膏12包围（图6e）。完全填充在此以限定的速度进行。
在步骤J）中，玻璃膏12被干燥。干燥必须足够小心地进行，以便确保无气泡的和无缺陷的玻璃外罩6。此外，使制造玻璃膏12所需的添加剂能够逸出。玻璃膏12例如能够首先在室温下干燥4小时时长。紧接着将玻璃膏12在50℃时干燥另外的30分钟。
最后进行上釉步骤K）。在此，玻璃外罩6被带到处在玻璃软化温度Tg之上的温度，使得玻璃外罩6部分地与陶瓷帽8熔合。
通过所说明的方法实现了一种严密密封的、经压力张紧的玻璃外罩6。所产生的传感器装置1在高温下特别稳健、耐腐蚀以及长时间稳定。
对在此所给出的主题的说明并不局限于各个特殊的实施方式。更确切地说，只要技术上合理的话，各个实施方式的特征能够任意地相互组合。
附图标记列表：
1 传感器装置
2 基体
2a 基体的侧面
3 电极
4 接触元件
5 接触膏
6 玻璃外罩
6a 上侧
6b 下侧
6c 凹入
7 连接区域
8 陶瓷帽
8a 陶瓷帽的上侧
8b 陶瓷帽的下侧
9 贯通引导部
10 下部件
11 上部件
12 膏
13 传感器头
14 玻璃预制件
14a 上侧
14b 下侧
X 纵轴线
L 传感器装置的长度
B 传感器头的宽度
b 陶瓷基体的宽度
l 陶瓷基体的棱边长度
D1 间距
D2 间距
A 延展。

Claims (25)

1.用于测量温度的传感器装置（1），具有：
- 传感器元件，其具有陶瓷基体（2）和至少两个电极（3），其中，所述电极（3）布置在所述陶瓷基体（2）的外侧处，
- 用于电气地接触所述传感器元件的至少两个接触元件（4），其中，所述接触元件（4）在连接区域（7）中与所述电极（3）连接，
- 玻璃外罩（6），其中，至少所述陶瓷基体（2）和所述连接区域（7）完全引入到所述玻璃外罩（6）中，
其中，所述玻璃外罩（6）被压力张紧，并且其中，所述玻璃外罩（6）的、所述接触元件（4）的和所述传感器元件的膨胀系数为了压力张紧所述玻璃外罩（6）而相互协调。
2.根据权利要求1所述的传感器装置（1），
其中，所述玻璃外罩（6）具有比所述陶瓷基体（2）和所述接触元件（4）要小的膨胀系数。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置（1），
其中，所述电极（3）具有无铅的金或银厚膜金属化结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述接触元件（4）具有镍铁合金或带有低含量的镍的银。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述接触元件（4）具有保护层，其中，所述保护层具有Ni、Cu或Ag。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述玻璃外罩（6）具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述玻璃外罩（6）具有一种材料，所述材料的熔化温度处在所述电极（3）的材料的熔化温度之下。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述玻璃外罩（6）具有一种材料，所述材料的软化温度Tg处在所述传感器装置（1）的应用温度之上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其中，所述传感器装置（1）构造用于高的使用温度，并且其中，所述传感器装置（1）的应用温度≥ 300℃和≤ 650℃。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（1），
其还具有陶瓷帽（8），其中，所述陶瓷帽（8）与所述玻璃外罩（6）至少部分地熔合。
11.用于制造传感器装置（1）的方法，具有下列步骤：
A）提供传感器元件，所述传感器元件具有陶瓷基体（2）和至少两个电极（3）；
B）提供至少两个接触元件（4），并且将所述接触元件（4）部分地浸入到接触膏（5）中；
C）在连接区域（7）中将所述接触元件（4）压紧到所述电极（3）处；
D）烧结；
E）将经烧结的系统以限定的速度部分地浸入到玻璃膏（12）中，从而所述传感器元件和至少所述连接区域（7）完全用玻璃膏（12）包围以形成玻璃外罩（6）；
F）使所述经烧结的系统在所述玻璃膏（12）中限定地侧向运动，并且紧接着以限定的速度将所述经烧结的系统从所述玻璃膏（12）中拉出；
G）干燥；
H）上釉。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，步骤G）首先包括在室温时干燥和紧接着在炉内在温度提高的情况下的干燥。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其中，在步骤H）中，借助将所述玻璃外罩（6）加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度并且使所述玻璃外罩（6）熔化来进行上釉。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，
其中，所述玻璃外罩（6）具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，
其中，在步骤B）中，所述接触元件（4）的浸入在所述接触膏（5）中的区域小于所述陶瓷基体（2）的棱边长度（l）。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，
其中，所述电极（3）具有无铅的金或银厚膜金属化结构。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，
其中，所述接触元件（4）具有镍铁合金或带有低含量的镍的银，并且/或者其中，所述接触元件（4）具有保护层，其中，所述保护层具有Ni、Cu或Ag。
18.用于制造传感器装置（1）的方法，具有下列步骤：
A）提供传感器元件，所述传感器元件具有陶瓷基体（2）和至少两个电极（3）；
B）提供至少两个接触元件（4）并且将所述接触元件（4）部分地浸入到接触膏（5）中；
C）在连接区域（7）中将所述接触元件（4）压紧到所述电极（3）处；
D）烧结；
E）将玻璃预制件（14）套装到经烧结的系统上，从而所述传感器元件和至少所述连接区域（7）完全引入在所述玻璃预制件（14）中；
F）使所述玻璃预制件（14）熔化以形成玻璃外罩（6）。
19.根据权利要求18所述的方法，
其中，在步骤F）中，借助将所述玻璃预制件（14）加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度来进行熔化。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，
其中，所述玻璃外罩（6）具有再结晶的钡锌硅酸盐玻璃。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，
其中，在步骤B）中，所述接触元件（4）的浸入在所述接触膏（5）中的区域小于所述陶瓷基体（2）的棱边长度（l）。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，
其中，所述接触元件（4）具有镍铁合金或带有低含量的镍的银，并且/或者其中，所述接触元件（4）具有保护层，其中，所述保护层具有Ni、Cu或Ag。
23.用于制造传感器装置（1）的方法，具有下列步骤：
A）提供传感器元件，所述传感器元件具有陶瓷基体（2）和至少两个电极（3）；
B）提供至少两个接触元件（4）并且将所述接触元件（4）部分地浸入到接触膏（5）中；
C）在连接区域（7）中将所述接触元件（3）压紧到所述电极（3）处；
D）烧结；
E）提供陶瓷帽（8）并且将经烧结的系统部分地引入到所述陶瓷帽（8）中；
F）用玻璃膏（12）以限定的速度部分地填充所述陶瓷帽（8）；
G）将所述经烧结的系统以限定的速度进一步引入到部分地用玻璃膏（12）所填充的陶瓷帽（8）中，从而所述传感器元件和所述连接区域（7）完全布置在所述陶瓷帽（8）中；
H）用预先确定的速度限定地侧向运动以用所述玻璃膏（12）润湿所述传感器元件和所述连接区域（7）；
I）用所述玻璃膏（12）进一步填充所述陶瓷帽（8），从而所述传感器元件和至少所述连接区域（7）完全被所述玻璃膏（12）包围以形成玻璃外罩（6）；
J）干燥；
K）上釉。
24.根据权利要求23所述的方法，
其中，在步骤K）中，借助将所述玻璃外罩（6）加热到处在玻璃软化温度Tg之上的温度并且使所述玻璃外罩（6）熔化来进行上釉。
25.根据权利要求23或24所述的方法，
其中，在步骤G）之前，所述陶瓷帽（8）以预先确定的速度限定地侧向运动以在所述陶瓷帽（8）中分配所述玻璃膏（12）。
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