CN1849500A - 可加热的红外传感器和带有这种红外传感器的红外温度计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有可电加热传感器外壳的红外传感器，其包括作为加热装置涂敷在陶瓷衬底(10)上的导体轨道形式的电加热轨道结构(14)，它的加热功率可借助于控制装置按照要求控制。陶瓷衬底(10)包括导热良好且电绝缘的陶瓷，例如氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷或者氮化铝陶瓷。陶瓷衬底可以依据相应的要求而具有任何形状，但是对称的基面是特别优选的，例如八角形基面，因为它们可以便宜地制造并且分割。陶瓷衬底(10)优选地构成传感器外壳的底部并且支持至少一个红外传感器元件，例如热电堆传感器(16)。此外它同样包括其他电导体轨道(12)，其例如用作分配的外壳盖(未示出)的接触面(12a)。通孔接点(22)用作在陶瓷衬底(10)的上面(10a)和下面(10b)之间的电连接。电加热轨道和导体轨道(14或12)优选地构成为厚膜轨道。所述的红外传感器特别适合用于耳内体温测量的红外温度计的测量尖端。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个安装在可电加热的传感器外壳中的红外传感器元件的红外传感器，以及一种包括这种红外传感器的红外温度计，特别是用于在耳朵中测量温度的体温计。
背景技术
例如从EP 1 081 475 A2中已知相应的红外传感器。已知的红外传感器包括一个或多个加热/冷却元件，其以热导性的方式连接于传感器外壳和/或传感器外壳的透热窗。加热/冷却元件例如可以包括以NTC电阻或PTC电阻的形式或者晶体管形式实现的加热元件或者以珀耳帖元件(Peltierelement)形式实现的加热和冷却元件。它们可以由例如聚酰亚胺薄膜的薄膜组成，在薄膜上涂敷类似于导体轨道的金属层，其中所述金属层例如包括铝、铜、金或者铬镍合金或者银石墨制品膏。传感器外壳和透热窗由高导热性的材料组成，例如外壳由铜组成并且窗由硅树脂组成，以便保持产生的温度梯度尽可能地低。这种已知红外传感器特别用于测量耳内温度的红外传感器的测量尖端。
发明内容
本发明的任务在于提供一种结构简单并且具有节省空间的电热装置的红外传感器。任务还在于提供一种具有这样红外传感器的红外温度计。
根据本发明，该任务通过如权利要求1所述的红外传感器和如权利要求9所述的红外温度计完成。本发明优选的实施例在各个从属权利要求中公开。
在根据本发明的红外传感器中，传感器外壳包括其上涂敷有电加热轨道结构的陶瓷衬底。因此电热装置实际上集成在传感器外壳中，从而取消如现有技术中其他的分开的加热元件并且相应地不再要求昂贵的电接触法。通过加热轨道结构的合适配置，优化传感器内部的热分布，其中加热轨道结构能够包括一个或多个根据相应要求构成的导体轨道形的加热轨道。陶瓷衬底优选地包括高热导性的陶瓷，例如氧化铝陶瓷或氧化铍陶瓷或者氮化铝陶瓷，从而最小化在传感器外壳中的不期望的温度梯度。陶瓷衬底同样具有高的电气绝缘电阻，使得至少一个加热轨道能够以节省空间的方式被容纳，也就是说，它可以延伸靠近于安装的电气或电子组件。通过电热功率的根据要求的控制可以达到额定外壳温度，如果需要同样可以稳定该温度。
除了导体轨道形的加热轨道结构，陶瓷衬底还可以包括电导体轨道和通孔接点，所述通孔接点用于安装在传感器外壳中的电子或电气元件的电连接或接触装置。电加热轨道和电导体轨道在这种情况下优选地构成为厚膜轨道，其以已知的类型和方式涂敷在陶瓷衬底上。通过有目的的改变用于电加热轨道的电阻膏的导电性，在这种情况下加热轨道的电阻按要求适合于传感器外壳的几何形状并且有利地可以调节各个要求的必要加热功率。厚膜混合电路技术也可以实现要求的通孔接点显著地小于下面的情况，例如用在TO外壳技术中的传统的玻璃密封或装玻璃情况，所以在相同的空间要求下能够向外引出非常多的电连接。装玻璃同样限制在TO外壳内部的空间，所以在这种情况下由于空间的原因很难集成加热器。相反本发明的厚膜加热轨道结构具有非常节省空间和有效的电热装置，其能够容易地涂敷在传感器外壳的合适陶瓷区并且因此以没有问题的方式集成在传感器外壳中。
本发明的红外传感器特别适合用于红外温度计。所以例如它安装在用于耳内体温测量的传统红外体温计的测量尖端。在这种情况下，它直接设置在测量尖端的前端，以便通过加热红外传感器使该前端达到期望的温度。当相应的要被测量温度的测量尖端被插入到用户的耳道中时，在该位置上的热平衡实际上没有被破坏，所以很大程度上避免测量误差。测量尖端可以具有已知的形式和已知的结构，特别是它同样可以构造成可弯曲的。
其上具有涂敷加热轨道结构的陶瓷衬底优选地构成为传感器外壳的外壳底部，其中至少一个用于将测量的红外辐射转换为电输出信号的红外传感器，例如热电堆传感器，以及其他电子和电气元件安装在所述外壳底部。用于这些元件的电导体轨道和电加热轨道既可以实现在外壳底部的上面也可以实现在它的下面，其中在上面和下面之间的电连接通过在外壳底部中的通孔接点进行。各个轨道的几何形状优选地能够适合于外壳底部的上面和下面的几何形状。通过利用陶瓷衬底代替金属合金，例如能够构造比传统的TO外壳底部明显薄很多的外壳底部。
在这种情况下，陶瓷衬底优选地具有非常对称的基面，例如圆的、椭圆的、长方形的、六边形或者八边形基面，因为不同于TO外壳技术，它在能封装到外壳中的元件和盖的装配时能够成本合算地被利用。当然，陶瓷衬底根据相应的要求也可以具有其他形状。
为了根据要求控制加热轨道的电热功率并且为了精确地调节外壳温度，根据本发明的红外传感器或者根据本发明包括这种红外传感器的红外温度计优选地还包括合适的控制装置。该控制装置可以基于例如至少一个电加热轨道或至少一个红外传感器元件的特定参数确定红外传感器的温度。如果需要，红外传感器的温度同样也能够从至少一个单独的温度传感器的测量信号中确定。控制装置控制或调节用于加热或用于保持温度恒定所各自要求的电能供应。为此目的，可调节的温度额定值能够被预先确定。控制装置和至少一个电加热轨道能够连接于电源，例如电池。
但是，利用用于加热外壳到期望的温度的并且其上涂敷有加热轨道结构的陶瓷衬底的根据本发明的思想不限制于该具体应用范围，而是有利地可以用于多个封装在外壳中要被调节温度的电子或电气元件中。
在这方面一个显著的例子是前述的TO外壳，其中由钢或者诸如COVAR合金(18％Co、28％Ni和54％Fe)这样的其他金属合金制成的传统外壳底部用作为底部材料。因为这些底部材料仅具有相当低的热导性，可能要求的加热过程仅相对慢且不均匀地进行。相反其上涂敷有电加热轨道和导体轨道结构的合适陶瓷衬底作为底部材料不仅允许非常快的加热过程，而且导致在外壳上更均匀的温度分布。由于加热器实际上以非常节省空间的方式集成在外壳中，与TO外壳的区别在于，不要求必须借助于合适的方法被接触的单独加热元件。
附图说明
本发明的其他特征和优点不仅从相应的权利要求中单独和/或组合地给出，而且从下列参考相应的附图的本发明的一个优选实施例的说明中给出，在附图中相同的组件通过相同的附图标记表示。示意性附图示出：
图1根据本发明的传感器外壳的示意性外壳底部的俯视图；以及
图2根据图1的外壳底部的仰视图。
具体实施方式
在图1中所示的外壳底部10由电绝缘且导热良好的陶瓷衬底组成。陶瓷衬底例如包括氧化铝陶瓷或氧化铍陶瓷或者氮化铝陶瓷或类似物。
外壳底部10具有八角的基面，所以保证便宜地有效加工和分割。如果需要，外壳底部也可以根据使用目的而具有其他任意的形状，其中由于上述的原因特别在实际中可以使用圆的、椭圆的、长方形或者六边形的基面。
在外壳底部10的上面10a上构造有环状导体轨道12a作为分配的相应成形的外壳盖(在图中未示出)的接触表面，该外壳盖具有透热窗。在外壳底部10和分配的外壳盖之间的连接在这里例如通过胶合实现。为了优化热传导可以使用具有特别高导热性的粘合剂。
略微小的同心设置的环状加热轨道14与接触条12a隔开延伸。该轨道与控制装置(未示出)电连接，控制装置能够按照要求控制加热轨道14的电热功率。在这种情况下各个要求的加热功率由电池(同样未示出)供电。
加热轨道14包围设置在外壳底部10中心的红外传感器16(优选是热电堆传感器)和其他电子元件，所述电子元件包括电子电路18和多个印刷的导体轨道12，所述导体轨道通过引线接合20互相连接。此外同样还设有多个通孔接点22，作为对于在图2中示出的外壳底部10的下面10b的真空密封电连接。
热电堆传感器16连接于用于获得并且计算它的温度信号的测量电子组件(未示出)。测量电子组件同样计算优选地包括加热轨道14的另一个温度传感器的信号。计算的温度信号能够以测量的温度值的形式显示在显示装置(未示出)上。
在图2中所示的外壳底部10的下面10b同样包括相应数量的通孔接点22，其连接于分配的印刷的导体轨道12。这些导体轨道在部分区域构成为连接垫24。这些连接垫利用传统的技术例如软焊或胶合连接于分配的电路板。
电加热轨道14和电导体轨道12构造为印刷的厚膜结构，其中电导体轨道12或电连接包括具有相当低电阻的厚膜膏并且电加热轨道14包括具有较高电阻的厚膜膏。在根据本发明的红外传感器的一个优选的实施例中，加热导体轨道14没有设置在上面10a上，而是设在外壳底部的下面10b上。然而同样可以在外壳底部10的上面10a上以及下面10b上涂敷电加热轨道或导体轨道14或12。
示出的其上设置有电气或电子组件的外壳底部10与相应的外壳盖(未示出)一起形成红外传感器，例如用于安装在用于测量在耳中温度的红外体温计的测量尖端。外壳底部作为从传感器外壳的内部向外的电信号的真空密封的引线。
Claims (11)
1.一种红外传感器，具有至少一个安装在可电加热的传感器外壳中的红外传感器元件(16)，其特征在于，
传感器外壳包括陶瓷衬底(10)，其具有至少一个导体轨道状的电加热轨道(14)。
2.如权利要求1所述的红外传感器，其中陶瓷衬底(10)包括导热良好且电绝缘的陶瓷。
3.如权利要求2所述的红外传感器，其中陶瓷(10)包括氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷或者氮化铝陶瓷。
4.如前述权利要求中任一项所述的红外传感器，其中陶瓷衬底(10)构成传感器外壳的底部。
5.如前述权利要求中任一项所述的红外传感器，其中电加热轨道(14)构成为厚膜轨道。
6.如前述权利要求中任一项所述的红外传感器，其中陶瓷衬底(10)包括电导体轨道(12)和通孔接点(22)。
7.如权利要求6所述的红外传感器，其中电导体轨道(12)构成为厚膜轨道。
8.如前述权利要求中任一项所述的红外传感器，其中它包括至少一个温度传感器和/或可将至少一个红外传感器元件(16)用作温度传感器。
9.一种红外温度计，其具有如前述权利要求中任一项所述的红外传感器，特别用于在耳中的体温测量。
10.如权利要求9所述的红外温度计或者如权利要求1-8中任一项所述的红外传感器，其特征在于，用于控制至少一个电加热轨道(14)的电热功率的控制装置。
11.如权利要求10所述的红外温度计或者红外传感器，其中控制装置可以基于至少一个电加热轨道(14)或至少一个红外传感器元件(16)或至少一个温度传感器的确定参数确定红外传感器的温度。
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