CN212363460U - 接触式温度传感器 - Google Patents

Abstract

接触式温度传感器，包括带引线的传感器芯片和封装传感器芯片的壳体，引线延伸出壳体用于传递传感器芯片的电信号；其特征在于，壳体具有下表面，从横截面上看，下表面包括用于接触式检测发热体表面温度的下工作表面以及从下工作表面出发分别向左右两个侧边倾斜向上延伸的左倾斜延伸面和右倾斜延伸面，下工作表面与左倾斜延伸面和右倾斜延伸面共同定义了一个呈梯形的热传导区，传感器芯片布置结合到呈梯形的热传导区;根据上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：通过设置呈梯形的热传导区，传感器芯片布置结合到呈梯形的热传导区，引导热量优先进入到热传导区并优先传递给传感器芯片，提高了响应的速度和精度。

Description

接触式温度传感器

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，特别涉及用于检测电线圈发热体表面温度的接触式温度传感器结构。

背景技术

为了保证具有发热体的产品例如具有电线圈的电源适配器、变压器、整流器等能够正常安全地运行，一般需要控制发热体运行在设定的温度范围内以防止发热体因超出设定温度而造成损坏。常见的用于检测发热体表面温度的方式有接触式检测与非接触式检测，其中接触式检测因其结构简单、检测稳定以及成本较低的优点而广受用户欢迎。

市面上常见的接触式温度传感器多为方形或圆柱形，通常是由感应芯片、绝缘层以及环氧树脂组成，绝缘套管与绝缘壳体是常见的绝缘层材质，所述感应芯片可以先包裹绝缘套管，或者感应芯片直接设置于绝缘壳体中，然后通过环氧树脂把所述感应芯片封装固定于壳体中，使所述感应芯片与所述被检测元件形成绝缘隔离。为了取得良好的电气安全距离，绝缘层的厚度要足够厚才能使所述感应芯片与所述被检测元件保持足够大的绝缘距离，但绝缘性能好的材料，其导热性能一般较差，过厚的绝缘层会不利温度传感器快速、精确地实现温度检测。为了提高温度检测的精确性，后来人们使用了薄型的绝缘材料对所述感应芯片进行封装，但为了便于温度传感器的安装以及提高电极引线的绝缘效果，在绝缘层外一般套装体积较大且导热性能良好的外壳体，但这个导热较好的所述外壳体会导致其自身形成较大的热容量，当被检测元件的热量传递到所述外壳体后会快速扩散到所述外壳体元件的其它部位，然后再传递到设置于所述外壳体中部的所述感应芯片，这样不利于感应芯片的响应速度，严重影响控制器的控制精确度，严重时还会造成发热体超出设定温度运行而造成损坏。

发明内容

针对现有温度传感器检测精度不准确、响应速度慢的技术问题，本发明提出一种接触式温度传感器。该温度传感器包括带引线的传感器芯片和封装所述传感器芯片的壳体，所述引线延伸出所述壳体用于传递所述传感器芯片的电信号；其特征在于，所述壳体具有下表面，从横截面上看，所述下表面包括用于接触式检测发热体表面温度的下工作表面以及从所述下工作表面出发分别向左右两个侧边倾斜向上延伸的左倾斜延伸面和右倾斜延伸面，所述下工作表面与所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面共同定义了一个呈梯形的热传导区，所述传感器芯片布置结合到所述呈梯形的热传导区。

其中，所述引线，是指连接在所述传感器芯片上并用于传递所述传感器芯片的电信号连接线，连接在所述传感器芯片上的部分所述引线与所述传感器芯片一起封装于所述壳体中，而为了向外传递电信号，所述引线还包括露在所述壳体外的外露部分；为了保护所述引线，所述引线外还套有引线套管，所述引线套管可以只套在所述引线露在所述壳体外的外露部分，也可以既套在所述引线露在所述壳体外的外露部分又套在所述引线封装于所述壳体中的部分；进一步的，为了防止露在所述壳体外的所述引线在使用时因摩擦而损伤，还可以在所述引线套管外再增加外引线套管。

其中，所述下表面，除了包括设置于所述壳体上用于与所述发热体表面相接触下的工作表面，还包括分置于所述下工作表面两侧并倾斜向上延伸的所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面；从横截面上看，所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面均为斜面，这相当于切减了所述壳体左下角与右下角两侧的部分材料，这减少了从所述发热体表面传递而来的热量向所述壳体左下角与右下角两侧传递，使热量沿着所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面之间的壳体向上传递。所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面本身，从横截面上看既可以是直线状的也可呈稍微的弧形状。

其中，所述热传导区，是指由所述下工作表面与所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面共同界定的呈梯形的空间区域，所述热传导区能够用于传递热量；所述发热体的热量在所述下工作表面与所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面的引导下，会首先经过所述热传导区再向上传递到所述壳体的其它部分，另外，所述热传导区大致呈上宽下窄的梯形，所述发热体的热量跟随所述热传导区的形状形成向上并呈扩散状传递的路径。

其中，所述传感器芯片布置结合到所述呈梯形的热传导区，定义了所述传感器芯片布置的位置，至少部分所述传感器芯片伸入到所述热传导区或接触到所述热传导区，让从所述发热体辐射出来的热量以尽可能短的路线传递给所述传感器芯片。

根据上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：通过设置呈梯形的热传导区，所述传感器芯片布置结合到所述呈梯形的热传导区，引导热量优先进入到所述热传导区并优先传递给所述传感器芯片，提高了响应的速度和精度。

为了进一步提高所述传感器芯片的响应速度，所述左倾斜延伸面或/和所述右倾斜延伸面分别具有一级台阶。其中，所述台阶设置于所述左倾斜延伸面或所述右倾斜延伸面上，包括有与所述下工作表面基本平行的朝向所述被检测的发热体表面的台阶平面以及沿所述台阶平面出发向所述下工作表面倾斜向下延伸的台阶侧面；所述台阶设置方式包括以下两种情况，第一种是台阶只设置在所述左倾斜延伸面或所述右倾斜延伸面的其中之一的表面上，第二种是所述台阶同时分别设置在所述左倾斜延伸面和所述右倾斜延伸面上。通过在所述左倾斜延伸面或/和所述右倾斜延伸面设置所述台阶，让所述梯形的热传导区靠近所述下工作表面的一端形成顶部梯形凸块。这样，在进一步减少所述壳体用料的同时，由所述发热体的热量通过所述下工作表面首先传递到所述热传导区的顶部梯形凸块，再由所述顶部梯形凸块以更为集中的方向传递向靠近所述热传导区的所述传感器芯片，从而提高所述传感器芯片检测响应速度。

为了便于所述壳体的安装与固定，所述壳体还具有上表面，所述上表面平行于所述下工作表面。这样，通过向所述上表面施加作压紧用力就能够方便地把所述壳体紧压固定在所述发热体的表面上，同时也让所述壳体的下工作表面与所述发热体的表面更好地贴合，有利于热量传递。

进一步的，所述上表面的宽度等于所述下表面的宽度。其中，所述下表面的宽度是指所述下工作表面、左倾斜延伸面以及所述右倾斜延伸面向所述下工作表面所在平面的投影的总宽度，通过较大的所述上表面宽度有利于与其它紧固零件相配合以压紧固定所述壳体。

进一步的，为了减少所述壳体的热容量，所述壳体的宽度大于高度从而呈扁平状。所述壳体在保证有足够的强度与安全绝缘距离的条件下，尽量的减少所述壳体的用料有利于减少所述壳体的热容量，这样，有利于保证所述传感器芯片的检测响应速度。

为了便于所述传感器芯片的安装，进一步的，所述壳体呈长条状其前端封闭，所述引线从所述壳体的后端延伸出来，所述传感器芯片布置在靠近所述壳体前端的位置。其中，呈长条状的所述壳体能够很好的固定与保护所述传感器芯片以及连接在所述传感器芯片上的部分引线，而所述壳体的前端封闭则能够让所述传感器芯片定位设置在靠近所述壳体的前端部的位置，这样的有益效果在于，第一方面，有利于所述传感器芯片的安装；第二方面，很好地固定了所述传感器芯片的位置，有利于在固定所述壳体时让所述传感器芯片靠近希望的测温点；第三方面，让所述引线从所述壳体的后端延伸出来能够让所述引线远离温度较高的测温点，有利于保护引线。

进一步的，所述壳体后端还设置有定位板，所述引线穿过所述定位板延伸出来并定位在所述定位板上。这样，设置在所述壳体后端定位板，不但有利于所述壳体安装时的定位，还能够用于固定从所述壳体后端延伸出来的引线以让所述引线远离所述发热体表面以及减少所述引线的摆动所产生的摩擦。

进一步的，所述壳体内填充有导热材料。所述导热材料有利于把所述壳体传递而来的热量快速地传递到所述传感器芯片上，大大提高了所述传感器芯片的响应速度。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可以应用到接触式温度传感器中。

附图说明

图1 是应用本发明技术方案的接触式温度传感器的轴侧方向结构示意图；

图2 是应用本发明技术方案的接触式温度传感器的府视方向结构示意图，显示所述传感器芯片与壳体的结构关系；

图3是图2中的A-A方向的剖面结构示意图，显示所述壳体的结构以及热传递路径示意图；

图4是图3中的M部的局部放大图，显示热传导区结构的尺寸关系图。

具体实施方式

下面结合附图对应用本发明技术方案的接触式温度传感器的结构作进一步的说明。

本发明提出一种接触式温度传感器，如图1与图2所示，一般地，所述接触式温度传感器布置于发热体1的表面上，所述接触式温度传感器通过感应由所述发热体1表面传递而来的热量并转变为代表不同温度值的电信号，并通过所述引线3向外传导。所述接触式温度传感器包括带引线3的传感器芯片4和封装所述传感器芯片4的壳体2。其中，所述传感器芯片4包括密封封装的芯片主体41以及电极引脚42，所述电极引脚42与所述引线3相连接。其中，所述壳体2由耐高温、电气绝缘性良好并具有良好导热能力的工程塑料制成的薄形壳体，所述壳体2与所述传感器芯片4的封装方式一般包括以下两种：第一种为一体成形注塑方式，所述传感器芯片4与所述壳体2为一体成形注塑，所述壳体2能够完全密封地包裹住所述传感器芯片4；第二种为先注塑好壳体2，所述壳体2上设置有的容纳所述传感器芯片4的腔体，所述传感器芯片4先放置到所述腔体中，再向所述腔体中灌入封装材料（如环氧树脂胶）进行密封固化。所述引线3延伸出所述壳体2用于传递所述传感器芯片4的电信号，其中所述引线3连接在所述传感器芯片4上，故部分所述引线3与所述传感器芯片4一起封装于所述壳体2中，而壳体2或封装材料具有较好的绝缘性能，故所述引线3与所述传感器芯片4的连接电极部在具有足够的安全距离的情况下可以直接通过封装材料进行绝缘隔离。然而，为了保证电信号通所述引线3能够进行正常的信号传送，在所述引线3露在所述壳体2外的外露部分套接引线套管31，或者在所述引线3露在所述壳体2外的外露部分以及在所述引线3封装于所述壳体2中的部分均套接引线套管31，这样能够很好地让所述引线3形成绝缘隔离，保障信号传送的有效性。

为了便于所述传感器芯片4的安装，进一步的，所述壳体2呈长条状其前端封闭，所述引线3从所述壳体2的后端延伸出来，所述传感器芯片4布置在靠近所述壳体2前端的位置。其中，呈长条状的所述壳体2能够很好地固定与保护所述传感器芯片4以及连接在所述传感器芯片4上的部分引线3，而所述壳体2的前端封闭则能够让所述传感器芯片4定位设置在靠近所述壳体2的前端部的位置。另一方面，让所述引线3从所述壳体2的后端延伸出来能够让所述引线3远离温度较高的测温点，有利于保护引线3。进一步的，所述引线3与所述壳体2的后端部容易产生摩擦，或者所述引线3在固定时也容易与固定部件产生摩擦，这样，可以在所述引线3外增加外引线套管32以保护所述引线3。

如图1～图4所示，所述壳体2具有下表面29，从横截面上看，所述下表面29包括用于接触式检测发热体1表面温度的下工作表面21以及从所述下工作表面21出发分别向左右两个侧边倾斜向上延伸的左倾斜延伸面22和右倾斜延伸面23。其中，所述下工作表面21是与所述发热体1表面相接触的表面，由所述发热1的热量通过所述下工作表面21向上传递，这种热量传递结构简单而且稳定，有利于热量的传递。而由于设置有所述左倾斜延伸面22和右倾斜延伸面23，这相当于切减了所述壳体2左下角与右下角两侧的部分材料，这减少了从所述发热体1表面传递而来的热量向所述壳体2左右两侧传递，使得热量主要沿着所述左倾斜延伸面22和右倾斜延伸面23之间的壳体向上传递，这样减短热量传递的路径，有利于控制热量向指定的方向传递。所述下工作表面21与所述左倾斜延伸面22和右倾斜延伸面23共同定义了一个呈梯形的热传导区24。其中所述热传导区24由所述下工作表面21、所述左倾斜延伸面22和右倾斜延伸面23共同界定的空间区域，该空间区域能够传递热量，所述下工作表面21与所述发热体1表面相接触，所述发热体1的热量会首先传递到所述热传导区24再向上传递到所述壳体2的其它部分。如图3所示，所述热传导区24大致呈上宽下窄的梯形，所述发热体1的热量跟随所述热传导区的形状形成向上呈扩散状的传递路径。进一步的，所述传感器芯片4布置结合到所述呈梯形的热传导区24，这样由所述发热体1传递上来的热量通过所述热传导区24直接传递到所述传感器芯片4上，减短了所述传感器芯片4与所述发热体1之间的热传递距离，从而大大提高所述传感器芯片4的响应速度。

为了进一步提高所述传感器芯片4的响应速度，所述左倾斜延伸面22或/和所述右倾斜延伸面23分别具有一级台阶（221，231）。所述台阶（221，231）的设置可以是包括以下两种情况，第一种是所述台阶221只设置在所述左倾斜延伸面22，或所述台阶231只设置在所述右倾斜延伸面23的其中之一的表面上；第二种是所述台阶（221，231）同时分别设置在所述左倾斜延伸面22或所述右倾斜延伸面23上。如图3所示，在本实施例中，设置在所述左倾斜延伸面22上的所述台阶221包括有与所述下工作表面21基本平行且朝向所述被检测的发热体1的左台阶平面2211以及沿所述左台阶平面2211出发向所述下工作表面21倾斜向下延伸的左台阶侧面2212，所述左台阶侧面2212与所述左倾斜延伸面22基本平行；设置在所述右倾斜延伸面23上的所述台阶231包括有与所述下工作表面21基本平行且朝向所述被检测的发热体1的右台阶平面2311以及沿所述右台阶平面2311出发向所述下工作表面21倾斜向下延伸的右台阶侧面2312，所述右台阶侧面2312与所述左倾斜延伸面23基本平行。当然，在其它实施例中所述台阶（221，231）的设置形状是多样的。所述台阶（221，231）让所述梯形的热传导区24呈凸字形，并在下工作表面21的一端形成顶部梯形凸块，这样，由所述发热体1的热量通过所述下工作表面21首先传递到所述热传导区24的顶部梯形凸块，再由所述顶部梯形凸块以更为集中的传递路径向靠近所述热传导区24的所述传感器芯片4传递，从而提高所述传感器芯片4检测响应速度。

为了便于对所述壳体2进行固定，所述壳体2还具有上表面25，所述上表面25平行于所述下工作表面21。这样，通过向所述上表面25施加压紧作用力就能够把所述壳体2压紧在所述发热体1上，从而让所述壳体2的下工作表面21与所述发热体1的表面更好地贴合。进一步的，所述上表面25的宽度等于所述下表面29的宽度。其中，所述下表面29的宽度是指所述下工作表面21、左倾斜延伸面22以及所述右倾斜延伸面23向所述下工作表面21所在平面的投影的总宽度，通过较大的所述上表面25宽度有利于让其它紧固零件压紧固定所述壳体2。在其中一种实施例中，在所述上表面25上通过设置有压紧弹簧或弹片把所述壳体2压紧在所述这发热体1的表面上。

进一步的，为了减少所述壳体2的热容量，所述壳体2的宽度大于高度从而呈扁平状。所述壳体2在保证有足够的强度与安全绝缘距离的条件下，尽量的减少所述壳体2的用料，使所述壳体2形成薄形的外壳有利于减少所述壳体2的热容量，这样，有利于保证所述传感器芯片4的检测响应速度。

进一步的，所述壳体2后端还设置有定位板26，所述引线3穿过所述定位板26延伸出来并定位在所述定位板26上。这样，设置在所述壳体2后端定位板26，不但可以用于定位或固定所述壳体2，还能够用于固定从所述壳体2后端延伸出来的引线3以让所述引线3远离所述发热体1表面以及减少所述引线3与所述定位板26之间的摩擦。

进一步的，所述壳体2内填充有导热材料。所述导热材料有利于把所述壳体2传递而来的热量快速地传递到所述传感器芯片4上，大大提高了所述传感器芯片4的响应速度。

为了让所述壳体2形成较薄的外壳并让所述传感器芯片4具有足够的绝缘安全距离，进一步提高所述温度传感器的响应速度以及测量精度，如图4所示，本实施例对所述壳体上呈凸形热传导区24各结构面与所述传感器芯片4之间的位置尺寸关系作如下优化设计：

1）其中所述传感器芯片4（含封装树脂）的封装尺寸为a；

2）所述下工作表面21与所述发热体1表面相接触的宽度b与所述传感器芯片4的封装尺寸a的关系：0.5a<b<1.5a；

3）所述下工作表面21与所述传感器芯片4之间的垂直最短距离h与所述传感器芯片4的封装尺寸a的关系：0.3mm<h<1/3a；

4）所述左台阶侧面2212与所述传感器芯片4之间的垂直最短距离为h1，所述右台阶侧面2312与所述传感器芯片4之间的垂直最短距离为h2，h1、h2与h的关系：0.5h<（h1或h2）<2h；

5）所述下工作表面21与所述左台阶平面2211或右台阶平面2311之间的距离c与h的关系：0.5h<c<2h；

6）所述左台阶平面2211或右台阶平面2311的宽度d与b的关系：0<d<2b。

Claims (8)

1.接触式温度传感器，包括带引线的传感器芯片和封装所述传感器芯片的壳体，所述引线延伸出所述壳体用于传递所述传感器芯片的电信号；其特征在于，所述壳体具有下表面，从横截面上看，所述下表面包括用于接触式检测发热体表面温度的下工作表面以及从所述下工作表面出发分别向左右两个侧边倾斜向上延伸的左倾斜延伸面和右倾斜延伸面，所述下工作表面与所述左倾斜延伸面和右倾斜延伸面共同定义了一个呈梯形的热传导区，所述传感器芯片布置结合到所述呈梯形的热传导区。

2.根据权利要求1所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述左倾斜延伸面或/和所述右倾斜延伸面分别具有一级台阶。

3.根据权利要求1所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述壳体还具有上表面，所述上表面平行于所述下工作表面。

4.根据权利要求3所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述上表面的宽度等于所述下表面的宽度。

5.根据权利要求3所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述壳体的宽度大于高度从而呈扁平状。

6.根据权利要求1到5任一所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述壳体呈长条状其前端封闭，所述引线从所述壳体的后端延伸出来，所述传感器芯片布置在靠近所述壳体前端的位置。

7.根据权利要求6所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述壳体后端还设置有定位板，所述引线穿过所述定位板延伸出来并定位在所述定位板上。

8.根据权利要求1到5任一所述的接触式温度传感器，其特征在于，所述壳体内填充有导热材料。

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