CN1158416A - 电阻温度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电阻温度计，其测量电阻呈电阻层状，电阻层的厚度为0.1至0.10μm，基本上由铂族金属组成，这种电阻层涂敷在由基本上是钛酸镁制的载体基底的电绝缘表面上，基底的热膨胀系数为8.5-10.5ppm/k；电阻层也设有电绝缘覆盖层。这种温度计即使在超过500℃的高温也能长期稳定工作，且可采用商用基片。

Description

电阻温度计
本发明涉及一种电阻温度计，其测量电阻呈电阻层状，电阻层的厚度为0.1至10μm，基本上由铂族金属组成，这种电阻层涂敷在载体基底的电绝缘表面，基底的热膨胀系数在8.5-10.5ppm/k的范围内，电阻层也设有电绝缘覆盖层。
从DE 24 50 511可知，一种有铂电阻层的电阻温度计，此电阻层涂敷在一由氧化铝载体基底组成的基底上，基底上涂布一薄的中间层。这层中间层由镧、钇、铈、钛和铁的组合的氧化物和/或上述金属的氧化物的混合物组成，它们对于氧化铝载体基底和铂电阻层之间的热膨胀的失配具有调节的功能。但出现的问题在于氧化物的化学计量的不足或过度使它们在高温下丧失其电绝缘性质，从而影响用这种电阻温度计测得的数值。
此外，从DE 25 27 739可知，有一种供电阻温度计用的电气测量电阻的制造方法，其中在陶瓷材料的载体基底上的测量电阻包括一由溅射产生的铂薄膜，这种铂薄膜呈预定形状且含有预定的温度系数。此法中的陶瓷用作载体基底，其热膨胀系数与温度计铂的不同，即小于±30％。这种被汽相淀积所产生的铂薄膜电阻层所覆盖的基片的陶瓷基本材料在氧气氛中加热到使基片包含的铬小于15ppm、铁小于30ppm、铅小于45ppm和硅小于700ppm，其形状可和铂起反应。同时有上述所有金属时，这些金属引起的污染总和不超过20ppm，从而镀有厚度为0.1至10μm的铂基片在氧的气氛中和温度在1000℃至1400℃范围里加热至少60分钟。基片由氧化铝、氧化铍、氧化钍、氧化镁组成，或由硅酸镁组成。在镀敷期间，在500℃至900℃的温度范围里加热基片。最好用氧化铝陶瓷作基片，铂层厚度为1至5μm。
在DE 40 26 061中，公开了一种专供电阻温度计用的有预定温度系数的电气测量电阻的制造方法，通过汽相淀积，将作为电阻层的铂薄膜溅射或涂覆到基片上，这是用丝网印制法和烧制将含硫代树脂酸铑涂敷于其上，使铑均匀地渗透入铂电阻层。在使用金属基片时，铂薄膜侧基片设有玻璃陶瓷制的电绝缘中间层。
从DE 43 00 084可知，具有厚度为0.1至10μm的铂测量电阻器的电阻温度计。电阻层被涂敷到载体基底电绝缘表面上，该基底包括热膨胀系数在8.5至10.5ppm/k范围内的旨在避免涂敷的敏感电阻层的机械应力，使得电阻特性和悬浮的测量电阻器情况一样。这种测量电阻器用作-200℃至500℃范围内具有高精确性的温度传感器，从而可达到按DIN IEC(国际电工委员会德国工业标准)751的预定参考特性的尽可能小的差值。在这种处理过程中，电绝缘表面或由电绝缘基片的表面形成，或由玻璃或陶瓷层的电绝缘表面形成。在一最佳实施例中，介绍了使用了有电绝缘玻璃层的钛基片。此外，还介绍了使金属基片和由氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁或镁铅尖晶石的薄层在表面处电绝缘。
该法的缺点一方面是制造时需用花费的处理方法(例如金属基片的预清洁和/或在氮气中烧制玻璃层)，另一方面，由于薄的中间层从下面的金属基片的污染很容易到达敏感的铂层，故最大使用温度限制在500℃。但在已知的陶瓷基片时也存在“毒化”铂层的危险，因为由于温度计外壳里的还原气氛，污染(例如来自外壳材料)能够到达铂层，并可在那儿(由催化剂)和铂起反应，使得电阻特性会强烈改变。这时，就不能再保证这种电阻温度计的用处了。
本发明的目的是要提供一种电阻温度计，它即使在较高的温度范围中，即在500℃以上，也能有长时间的稳定性，并能同时保持该已知实施例的优点。按照DIN IEC 751的铂测量电阻器的电阻特性可以在-200℃至+850℃的范围里尽可能精确地复制出来。此外，也说明了可使用商场上买得到的基片。
根据本发明，问题是这样解决的，即选择一种主要由钛酸镁组成的材料作为铂测量电阻器用的基片。这种材料以最佳方式适用于平均热膨胀系数为8.9ppm/k的铂膨胀系数。因此，加热和冷却时产生的应力最小，可按在-200℃和+850℃之间的DIN IEC 751预定的特性复制出来。在500℃以上的温度下长期存储后，也可以复制出这种特性。此外，钛酸镁是商场上买得到的材料，它至今都用在高频器件或陶瓷电容器，但不认知作为电阻温度计的基底基片。它在生产铂薄膜测量电阻时能满足制造工序参数的所有要求(强度、尺寸、处理温度等)。
对于中间层，本发明是通过在基片和电阻层之间涂敷一层由氧化铝或氧化镁制成的中间层来解决问题的。经已证明，如所提供的基片表面质量不能满足随后涂敷铂薄膜的技术(蒸发溅射)时，在上述钛酸镁基片上涂敷Al2O3或MgO中间层是有好处的。此外，涂敷中间层也改善了电阻层的粘接性。该电阻层最好由铂组成。
由于这两种措施(选择适用的基片和必要时采用中间层)就可以在其他说明的效果外，保证敏感性铂层对来自基底污染有最佳的保护和适用于热膨胀性能。
为了使铂薄膜不受例如由温度计外壳材料引起的有害影响，这铂层设有覆盖层，正如铂层的基底一样，这一覆盖层在其热膨胀性能上也要尽可能地接近铂的热膨胀系数，以使由这种化合物引起的电阻特性的改变保持尽可能的小。
硼硅玻璃使用于覆盖层，它是通过网印方法涂上去的，且经过烧制，这种做法是有好处的。这种玻璃覆盖层的厚度在10μm至100μm范围内。一般可采用30μm的层厚。
为保证特强的保护，将厚度在0.1μm和1mm之间的陶瓷薄层涂敷到铂电阻层作为覆盖层，并通过冷固化的陶瓷粘接剂或玻璃焊剂加以附着。所述硼硅玻璃，作为例子，可用作玻璃焊剂。陶瓷薄层由与基片相同的材料，即钛酸镁，组成是有好处的。
下面要通过附图1和2来详细说明本发明的主题。
图1为电阻温度计用的测量电阻器，其中电阻层直接涂敷到电绝缘基片的表面上。
图2为一测量电阻在电阻层和基片之间的中间层。
根据图1，立方状物体1有一表面2适用于待涂敷的测量电阻4的形态而用作基片。在本实施例中，表面2以20nm至200nm的粗糙幅度形成。基片1由钛酸镁MgTiO3组成。但也可涂敷氧化铝作材料。将一部分的铂族，最好为铂组成的电阻层4涂敷到基片1的表面2。电阻层4是用阴极溅射和/或蒸发涂敷的，结果呈弯曲状结构。该相对敏感(和催化活性)的铂层4由覆盖层5保护。
为了在高温下应用，使用了厚度为0.1mm至1mm的陶瓷叠层作为覆盖层5。在这种情况下，陶瓷叠层厚0.3mm，且由钛酸镁组成。通过用硬玻璃焊剂将陶瓷叠层附着在基片层4上。在使用温度500℃下，也可用具有低熔点的玻璃焊剂或陶瓷焊接剂粘附覆盖叠层5。
在陶瓷叠层处，也可以用硼硅玻璃来形成覆盖层5，它是用网印法涂敷的。烧制后，硼硅玻璃层厚30μm。
在基片1的一侧，接触表面8、9与弯曲的电阻层4相连接。这些接触表面8、9可认为是厚层焊接区，且被涂敷到电阻层4的连接触点6、7。在接触表面8、9处，外连接引线10、11以焊接或键合法连接。连接区由玻璃陶瓷材料制的外覆盖层14加以电绝缘和去应力，这种覆盖层涂敷到接触表面8、9，并部分地涂敷到覆盖层5。业已证明硼硅玻璃是适用的玻璃陶瓷材料，经发现其厚度在0.5mm至3mm范围内。对于高温区(＞600℃)的应用，接触表面8、9区中的覆盖叠层12再加到覆盖层14。这是用硬玻璃焊剂(等同于覆盖层14的硼硅玻璃)来进行的。
根据图2，电绝缘中间层3被涂敷到基片1的表面2。这一中间层3由阴极溅射法涂敷。但也可以用蒸发或厚膜法(树脂酸盐的网印法)涂敷。中间层3能调节基片1的表面缺陷，又能在其膨胀性能上适用于涂敷于其上的电阻层4。中间层由氧化铝或氧化镁组成。它也可以用作基片1和待涂敷的电阻层4之间的粘接剂。应用钛酸镁制的基片时，经证明使用氧化铝作中间层是特别方便的。
电阻温度计的其他结构物相应于图1的实施例，即图中的覆盖层5，连接接触表面6、7，接触表面8、9，连接引线10、11，接触表面层14和覆盖叠层12。

Claims (7)

1.一种带有电阻层状的测量电阻的电阻温度计，该电阻层厚0.1至10μm，基本上由铂族金属组成，它被涂敷在热膨胀系数为8.5至10.5ppm/k范围内的载体基底的电绝缘表面上，它还设有电绝缘覆盖层，其特征在于，基本上由钛酸镁制的基片(1)被用作载体基底。
2.根据权利要求1的电阻温度计，其特征在于，最好将氧化铝或氧化镁制的中间层(3)涂敷在基片(1)和电阻层(4)之间。
3.根据权利要求1或2的电阻温度计，其特征在于，覆盖层(5)由硼硅玻璃组成。
4.根据权利要求3的电阻温度计，其特征在于，硼硅玻璃的厚度在10μm至100μm的范围里。
5.根据权利要求1或2的电阻温度计，其特征在于，覆盖层(5)是基片(1)材料制的陶瓷叠层。
6.根据权利要求5的电阻温度计，其特征在于，陶瓷叠层的厚度为0.1至1mm。
7.根据权利要求5或6的电阻温度计，其特征在于，作为覆盖层(5)的陶瓷叠层用陶瓷键合剂或玻璃焊剂附着在电阻层(4)和基片(1)上。
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