CN116168910A - 用于加工电阻器的方法、电阻器和加热装置 - Google Patents

用于加工电阻器的方法、电阻器和加热装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加工电阻器(1)的方法，每个电阻器均包括PTC陶瓷板(2)和覆盖陶瓷板(2)的相反面的金属电极层(3、4)。该方法包括以下步骤：通过向电极层(3、4)之一施加电势来测量要加工的电阻器(1)的电阻，使得电流从电极层(3、4)之一通过陶瓷板(2)流到陶瓷板(2)的相反面上的电极层(4、3)；将测得的电阻与目标电阻进行比较；如果测得的电阻低于目标电阻，则去除电极层(3、4)中的至少一个的一部分。本发明还涉及这种电阻器(1)和包括此类电阻器(1)的加热装置。

Description

用于加工电阻器的方法、电阻器和加热装置
技术领域
本发明涉及一种加工(confection)电阻器的方法，该电阻器包括PTC陶瓷板，该PTC陶瓷板的相反侧覆盖有金属电极层。本发明还涉及电阻器和加热装置。
背景技术
PTC(正温度特性)材料在高于临界温度时，其电阻率显着增加。由于温度升高超过临界温度会导致电阻显着增加并且因此相应地降低加热功率，所以包括这种材料制成的电阻器(例如，基于钛酸钡的电阻器)的加热装置固有地防止了过热。
这种电阻器的缺点是在给定温度下在一个电极层与相对电极层之间所测的电阻在不同批次之间变化很大，有时甚至同一个生产批次内也是如此。这给包含若干个此类电阻器的加热装置带来了例如电阻方面的问题，因此加热装置内的加热功率不得变化太大。
在现有技术中，通过测量每个电阻器的电阻并根据给定温度(20℃)下所测的电阻或根据电阻器的电阻-温度特性的最小电阻对电阻器进行分类来解决这个问题。例如，电阻大于1000Ω的电阻器可归类为D类，电阻为800Ω至1000Ω的电阻器可归类为C类，电阻为600Ω至800Ω的电阻器可归类为B类，电阻小于600Ω的电阻器可归类为A类。为了达到指定的加热功率，可以在加热装置中使用规定数量的A类和B类电阻器。对于给定的应用，例如用于加热车辆客厢的加热装置，A类和D类电阻器通常与理想电阻相差甚远，以至于无法使用并被丢弃。因此，无效的A类和D类电阻器显着增加了总体制造成本。
理想的是更经济地制造电阻变化较小的电阻器，但该问题目前尚未解决。
发明内容
本发明的一个目的是展示如何以较低的成本为加热装置(例如用于车辆客舱的空气加热器)提供合适的电阻器，每个电阻器均包括PTC陶瓷板和覆盖PTC陶瓷板的相反面的两个电极层。本发明的另一个目的是展示如何降低适用于加热车辆客厢的加热装置的制造成本。
这些目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求7的电阻器以及根据权利要求10的加热装置来解决。本发明的有利改进是从属权利要求的内容。
本发明提供了一种加工电阻器的方法，每个电阻器均包括PTC陶瓷板和覆盖该板的相反面的两个电极层，使得给定生产批次中有更多电阻器的电阻在有用规格内。因此，由于无法使用而必须丢弃的电阻器更少，并且可以降低生产成本。此外，还可以提供因电阻器的电阻彼此更相似而使得产热更加均匀的加热装置。
该方法包括测量从一个金属电极层通过陶瓷板流到相反的金属电极层的电流的电阻的步骤。然后，将该测得的电阻与目标电阻进行比较，并且如果测得的电阻低于目标电阻，则去除电极层中的至少一个的一部分。较小的电极层使得陶瓷板的一部分未被覆盖，从而导致由施加到金属电极层的电势引起的电流的电阻增加。
陶瓷板未被金属电极层覆盖的部分对总电流几乎没有贡献。金属电极所去除的部分越大，电流流过的陶瓷板的体积就越小。因此，通过去除金属电极的一部分，可以增大电阻器的电阻。
如果电阻器的测得的电阻低于目标电阻，则可以通过去除一个电极层或两个电极层的一部分来增加电阻。通过根据本发明来加工电阻器，由于电阻不在给定范围内而必须丢弃的电阻器更少。此外，加工后的电阻分布要窄得多。
在本发明的有利改进中，如果测得的电阻低于目标电阻，则去除金属电极层的边缘部分。例如，可以以如下方式去除金属电极层的边缘部分，即使得陶瓷板的条形边缘部分不再被金属电极覆盖。通过去除金属电极层的两个条形部分，例如与矩形陶瓷板的相对边缘相邻的条形部分，可以获得良好的效果。
在另一个有利的改进中，电极层覆盖电阻器表面的40％至90％。优选地，电极层覆盖电阻器的表面的至多80％，例如70％或更少。优选地，电极层覆盖电阻器的表面的至少50％，例如55％或更多。
在另一个有利的改进中，两个金属电极层是一致的。这意味着从两个金属电极层中去除相同的一个或多个部分。因此，电极层之一垂直于由该电极层限定的平面的的几何投影与另一电极层匹配。然后在使用中，在陶瓷板被金属电极层覆盖的部分中更均匀地产生热量。优选地，根据本发明的电阻器的两个电极层的尺寸相差小于20％，例如相差10％或更小。
在本发明的另一有利改进中，通过激光烧蚀去除金属电极层的部分。通过这种方式，可以快速、彻底且经济高效地完成去除。然而，也可以使用其他方法来去除金属电极层的部分，例如机械方法，尤其是研磨方法，或化学方法，尤其是蚀刻。
在加工流程之前，一个生产批次中所有电阻器的机械尺寸在制造公差范围内都是一致的，并且所有金属电极层覆盖区域的尺寸均相同。在加工流程之后，各种电阻器的金属电极层的尺寸明显不同。在一些电阻器中，金属电极层可能仍完全覆盖陶瓷板的表面，而在其他电阻器中，金属电极层的不同尺寸部分可能已被去除。因此，根据本发明的加热装置包括多个电阻器，每个电阻器均包括PTC陶瓷板和覆盖该板的相反面的金属电极层，其中在至少一些电阻器中，该板的第一面和/或第二面仅部分地被相应的电极层覆盖，例如最大的电极层可以比最小的电极层大至少10％，例如，比最小的电极层大20％。
附图说明
下面参考实施例和附图描述本发明的进一步细节和优点。
图1示意性地示出了电阻器示例的剖面；
图2示出了这种电阻器的电阻-温度特性的一个示例；
图3示出了此类电阻器的最小电阻Rmin的分布示例；
图4示出了加工此类电阻器的方法的流程图；
图5示意性地示出了制成后的电阻器示例的剖面；
图6示意性地示出了制成后的此类电阻器的最小电阻Rmin的分布以及如图3所示的制成之前此类电阻器的最小电阻Rmin的分布的示例；
图7示出了加热装置的一个实施例；
图8示出了图7的加热装置的子组件；以及
图9示出了图8所示的子组件的一些部件。
具体实施方式
图1示意性地示出了电阻器1的剖面，该电阻器包括PTC陶瓷板2和覆盖陶瓷板2的相反面的金属电极层3、4。陶瓷板可以例如基于钛酸钡，而电极层3、4可以例如基于铝。
图2示出了图1所示的电阻器的电阻-温度特性的示例。横坐标表示以摄氏度为单位的温度T，纵坐标表示以欧姆为单位的电阻R。PTC陶瓷的电阻-温度特性总体如图2所示。温度升高最初会导致电阻R缓慢降低，直到达到最小电阻Rmin，在所示示例中，温度TRmin约为150℃。温度进一步升高导致电阻增加，这种增加起初相当缓慢，一旦达到临界温度Tref，就会急剧加速。在所示示例中，临界温度约为195℃。
电阻最小时的温度TRmin和电阻随温度升高而开始迅速升高时的温度Tref都取决于PTC陶瓷的组成，并且可以通过例如向钛酸钡添加掺杂剂来改变。
给定温度下(例如25℃)的电阻以及电阻最小时的温度TRmin，在不同生产批次之间，甚至在同一生产批次内都会很大差异。图3示出了此类电阻器的最小电阻Rmin的典型分布。在图3中，横坐标表示以欧姆为单位的电阻在，纵坐标表示以百分比为单位的概率密度。可以看出，电阻分布的波及范围很大，以至于某些电阻器的电阻是其他电阻器的电阻的两倍以上。对于许多应用而言，电阻的如此大的差异是有问题的。因此，对该电阻器进行加工是为了使这种分布变窄。如下所述，通过加工，可以增加电阻相对较低的电阻器的电阻率。
图4示出了加工这种电阻器的方法的流程图。在第一步中，例如在定义的温度(如25℃)或最小电阻Rmin下测量电阻器的电阻。然后根据这些测量值对电阻器进行分类，例如将电阻低于600Ω的电阻器归类为A类，将电阻为600Ω至800Ω的电阻器归类为B类，将电阻为800Ω到1000Ω的电阻器归类为C类，以及将电阻为1000Ω以上的电阻器归类为D类。
然后对A类和B类石材(Stones)进行加工，以通过去除其金属电极表面3和/或4的一部分来提高其电阻。去除的金属电极3、4的面积越大，电阻增加得越多。通过将测得的电阻与目标电阻进行比较，确定被金属电极层3、4覆盖的陶瓷板的表面积要减去多少。然后例如通过激光烧蚀来减去金属电极层3、4的一个或多个部分。
例如，可以减少与陶瓷板边缘相邻的条形部分。图5示意性地示出了通过去除金属电极层3、4的一部分而制成的电阻器1。在图5中，金属电极层3、4的相应部分均已去除，但如果只去除一个电极层的一部分，而另一个电极层仍然完全覆盖陶瓷板2的表面，也可以实现电阻的增加。在加工期间，将电极层3、4的面积减少至少10％，通常减少15％或更多，例如，减少20％或更多，甚至25％或更多。因此，在大多数制成的电阻器中，陶瓷板2的第一面和/或第二面的面积的至多90％被相应的电极层3、4覆盖。在制成之后，陶瓷板2的第一面和/或第二面的面积的40％至90％通常被相应的电极层3、4覆盖。在制成之后，在大多数石材中，陶瓷板2的第一面和/或第二面的面积的50％至70％可以被相应的电极层3、4覆盖。
图6中示意性地示出了制成之前和制成之后的最小电阻Rmin的分布。实线与图3相同，表示电阻的概率分布。虚线示意性地示出了制成后电阻的概率分布。在所示的示例中，进对A类和B类电阻器，例如，最小电阻Rmin低于800Ω的电阻器进行加工，以例如通过以900Ω为目标最小电阻将其最小电阻率提高到800Ω到1000Ω的有用范围内。
如图6中两条曲线的比较所示，加工过程中大大增加了最小电阻Rmin在600Ω至1000Ω范围内的电阻器的百分比，如下面结合图7至图9所述，这是加热装置的可用范围。因此，加工电阻器大大减少了浪费并降低了总体生产成本。当然，不同的应用还可能需要其他电阻值的电阻器，但任何应用通常都会设置一个可用电阻范围，该范围仅由部分生产的电阻器满足，无需加工。
图6示出了一个示例，其中加工过程的目标电阻很好地设置为具有概率分布，使得只有大约三分之二的电阻器最初具有低于目标电阻的电阻。然而，也可将目标电阻设置得更高，以便大部分电阻器最初的电阻都低于目标电阻。甚至可以将目标电阻设置得非常之高，以至于所有或几乎所有的电阻器都要经过去除其一部分金属电极层的加工过程。
图7示出了用于加热汽车客厢内部的加热装置。在使用中，气流流过加热装置并由此被加热。加热装置包括若干子组件，即如图8所示的加热棒10。图9示出了加热棒10的分解图。
加热棒10包括设有多个翅片的管11。翅片可以是管的组成部分，例如翅片可以通过切削制造，或作为单独的部分(例如固定到管11的片材)来提供。管11内部是电阻器1，例如，七个电阻器1，其为如上所解释的那样加工的电阻器。电阻器1由框架12保持并且与布置在电阻器1上方和下方的金属片13电接触，使得金属片13接触电阻器1的金属电极层3、4(参见图1和图5)。
由于电阻器1已经经过了根据图4的加工过程，所以金属电极层3、4的一些部分已经被去除并且接触片13也接触电阻器1的陶瓷板2未被金属电极层3、4覆盖的区域。尽管金属片13在这些地方直接接触陶瓷板2，但是陶瓷板2和金属接触片之间直接产生的电接触可以忽略不计。在使用中，几乎所有从一个接触片13流到另一个接触片的电流都流过电极层3、4。因此，通常不需要在陶瓷板2的已去除电极层3、4的部分上设置电绝缘。
接触片13在背离电阻器1的一侧覆盖有电绝缘陶瓷条14，例如氧化铝。此外，包括电阻器1、框架12、接触片13和绝缘条14的封装可以包裹在电绝缘膜15中。管11的端部可以用插入管11中的塞子16封闭。
由于以上所述的加热装置包括通过根据图4的工艺制成的电阻器1，所以这些电阻器1的电极层3、4的尺寸不同。所有电阻器1在制造公差范围内具有相同的机械尺寸。即，所有电阻器1的陶瓷板2具有基本相同的尺寸。在这些电阻器中的一些电阻器中，电极层3、4可能完全覆盖陶瓷板2的相反面，但在一些电阻器中，电极层3、4的一部分已被去除，使得面向接触片13的侧面的一些部分没有电极层3、4。
通常，这种加热装置的最大电极层3、4的面积比最小电极层3、4的面积大至少10％。在一些实施例中，最大电极层的面积甚至可以是最小电极层的面积的120％或更多。
附图标记
1 电阻器
2 PTC陶瓷板
3 电极层
4 电极层
10 加热装置
11 管
12 框架
13 电极片
14 绝缘条
15 绝缘膜
16 塞子。

Claims (14)

1.一种用于加工电阻器(1)的方法，每个电阻器均包括PTC陶瓷板(2)和覆盖所述陶瓷板(2)的相反面的金属电极层(3、4)，
所述方法包括以下步骤：
通过向所述电极层(3、4)之一施加电势来测量要加工的电阻器(1)的电阻，使得电流从所述电极层(3、4)之一通过所述陶瓷板(2)流到所述陶瓷板(2)的所述相反面上的所述电极层(4、3)；
将测得的电阻与目标电阻进行比较；以及
如果所述测得的电阻低于所述目标电阻，则去除所述电极层(3、4)中的至少一个的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述测得的电阻低于所述目标电阻，则所述电极层(3、4)中的至少一个的被去除的部分是边缘部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述测得的电阻低于所述目标电阻，则两个电极层(3、4)均被去除一部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述两个电极层(3、4)是一致的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标电阻和所述测得的电阻之间的差异越大，去除的部分的面积越大。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过激光烧蚀去除所述电极层(3、4)中的所述部分。
7.一种电阻器，包括PTC陶瓷板(2)、覆盖所述陶瓷板(2)的第一面的第一金属电极层(3)和覆盖所述陶瓷板(2)的第二面的第二金属电极层(4)，所述第二面与所述第一面相反，其特征在于，所述第一金属电极层(3)和/或第二金属电极层(4)仅覆盖所述PTC陶瓷板的对应面的一部分。
8.根据权利要求7所述的电阻器，其中，所述第一面和/或所述第二面的面积的至多90％被相应的电极层(3、4)覆盖，优选地所述第一面和/或所述第二面的面积的至多80％被相应的电极层(3、4)覆盖。
9.根据权利要求7或8所述的电阻器，其中，所述第一面和/或所述第二面的面积的40％至90％被相应的电极层(3、4)覆盖，优选地所述第一面和/或所述第二面的面积的至少50％被相应的电极层(3、4)覆盖。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的电阻器，其中，较大电极层(3、4)的面积比较小电极层(4、3)的面积大至多15％，优选比较小电极层(4、3)的面积大至多10％。
11.一种加热装置，包括多个电阻器(1)，每个所述电阻器包括PTC陶瓷板(2)、覆盖所述陶瓷板(2)的第一面的第一金属电极层(3)和覆盖所述陶瓷板(2)的第二面的第二金属电极层(4)，
其中各个电阻器(1)的所述第一面的面积在制造公差范围内是一致的，其特征在于
在至少一些所述电阻器(1)中，所述第一面和/或所述第二面仅部分地被相应的电极层(3、4)覆盖。
12.根据权利要求11所述的加热装置，其中，所述装置的所有电阻器(1)中的最大电极层(3、4)的面积比最小电极层(3、4)的面积大至少10％，优选比最小电极层(3、4)的面积大至少15％。
13.根据权利要求11或12所述的加热装置，其中，所述电阻器(1)由电绝缘材料制成的框架(12)保持。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的加热装置，其中，所述电阻器(1)设置在至少一个加热棒(10)内，所述加热棒(10)连接至至少一个传热翅片。
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