Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor, der mit einem Temperaturfühlerelement versehen ist, dessen elektrische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändern, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a temperature sensor which is provided with a temperature sensing element whose electrical properties change as a function of the temperature, and to a method for its production.
Die neuesten Fahrzeuge erfordern einen Temperatursensor zur Messung der Abgastemperatur. Ein derartiger Temperatursensor wird beispielsweise unter Verwendung eines Thermistorelementes erzeugt, dessen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur variiert. Dieser Temperatursensor in Thermistorbauart ist üblicherweise mit einem Thermistorelement versehen, das ein Elektrodenpaar, das mit einem Paar Elektrodendrähte verbunden ist, einen Hüllstift, in dem ein mit den jeweiligen Elektrodendrähten verbundenes Paar von Signaldrähten eingebaut ist, sowie eine am vorderen Ende des Thermistorelementes zu dessen Abdeckung angeordnete Abdeckung umfasst.The latest vehicles require a temperature sensor to measure exhaust gas temperature. Such a temperature sensor is produced, for example, using a thermistor element whose resistance varies as a function of the temperature. This thermistor-type temperature sensor is usually provided with a thermistor element having a pair of electrodes connected to a pair of electrode wires, an enveloping pin incorporating a pair of signal wires connected to the respective electrode wires, and a front end of the thermistor element for covering the same arranged cover includes.
Wenn die Elektrodendrähte mit dem Thermistorelement verbunden werden, wird die Oberfläche des Thermistorelementes zunächst mit Platinpaste überzogen, und die Elektrodendrähte werden sodann mit dem Thermistorelement verbunden. Nach diesen Schritten wird das Thermistorelement gebacken.When the electrode wires are connected to the thermistor element, the surface of the thermistor element is first coated with platinum paste, and the electrode wires are then connected to the thermistor element. After these steps, the thermistor element is baked.
Wenn jedoch der Temperatursensor in der Nähe des Fahrzeugmotors angeordnet sein muss, werden mit großer Wahrscheinlichkeit Vibrationen mit starken Amplituden auf den Temperatursensor übertragen. Falls dies passiert, wird das Thermistorelement ebenfalls zur Vibration gezwungen, wodurch das Risiko entsteht, dass die Verbindungsabschnitte zwischen dem Thermistorelement und den Elektrodendrähten abgetrennt werden. Zudem kann ein innerhalb der Abdeckung vorhandenes Reduktionsgas das Thermistorelement zur Änderung seiner Eigenschaften veranlassen, was auch seine Widerstandseigenschaften ändern kann.However, if the temperature sensor needs to be located in the vicinity of the vehicle engine, high amplitude vibrations are likely to be transmitted to the temperature sensor. If this happens, the thermistor element is also forced to vibrate, creating the risk of disconnecting the connecting portions between the thermistor element and the electrode wires. In addition, a reducing gas present within the cover may cause the thermistor element to change its characteristics, which may also change its resistance properties.
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten stellen die japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nr. 3-92735 und Nr. 2002-350241 einen Temperatursensor bereit, dessen Thermistorelement und Verbindungsabschnitte mit Elektrodendrähten durch eine Glasröhre versiegelt sind.In view of the difficulties described above, the Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 3-92735 and no. 2002-350241 a temperature sensor whose thermistor element and connecting sections are sealed with electrode wires through a glass tube.
Diese Glasröhre begegnet jedoch noch immer verschiedenen Problemen, die der Tatsache geschuldet sind, dass die Glasröhre sowohl das Thermistorelement als auch die Elektrodendrähte berührt. In der Praxis liegen die Probleme in der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Thermistorelement und den Elektrodendrähten begründet. Aufgrund dessen ist es schwierig, den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasröhre sowohl an den des Thermistorelementes als auch an den der Elektrodendrähte anzupassen. Wenn ein Temperatursensor auf Temperaturbereiche von der Umgebungstemperatur auf Temperaturen von über 1000 Grad ansprechen soll, kann eine Wärmeverspannung zwischen der Glasröhre und dem Thermistorelement oder zwischen der Glasröhre und den Elektrodendrähten auftreten.However, this glass tube still encounters various problems due to the fact that the glass tube touches both the thermistor element and the electrode wires. In practice, the problems are due to the difference in thermal expansion coefficient between the thermistor element and the electrode wires. Because of this, it is difficult to match the thermal expansion coefficient of the glass tube to both the thermistor element and the electrode wires. When a temperature sensor is to respond to temperature ranges from ambient temperature to temperatures in excess of 1000 degrees, thermal stress may occur between the glass tube and the thermistor element or between the glass tube and the electrode wires.
Genauer wird eine Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasröhre und des Thermistorelementes eine Verspannung in dem Thermistorelement verursachen. Diese Verspannung kann die elektrischen Eigenschaften des Thermistorelementes relativ zur Temperatur ändern.More specifically, a difference between the thermal expansion coefficients of the glass tube and the thermistor element will cause a strain in the thermistor element. This strain can change the electrical properties of the thermistor element relative to the temperature.
Darüber hinaus wird eine Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasröhre und der Elektrodendrähte einen Abstand zwischen der Glasröhre und den Elektrodendrähten erzeugen, was verursachen kann, dass das Reduktionsgases durch die räumliche Lücke in die Abdeckung eindringt und das Thermistorelement erreicht. Wenn der Temperatursensor einer höheren Temperaturumgebung von beispielsweise mehr als 1000°C ausgesetzt wird, kann insbesondere die innerhalb der Abdeckung versiegelte Luft die Innenwandoberfläche der Abdeckung oxidieren, wodurch sie in ein Reduktionsgas mit geringerer Sauerstoffkonzentration umgewandelt wird. Zudem ist das Thermistorelement aus Oxidhalbleitern zusammengesetzt. Falls in dem Kristallgitter des Thermistorelementes Sauerstofffehlstellen auftreten, ändert sich sein Widerstandswert. Wenn das Reduktionsgas das Thermistorelement erreicht, können sich auf diese Weise die elektrischen Eigenschaften des Thermistorelementes ändern, was die Zuverlässigkeit der abgetasteten Temperaturen verschlechtert.Moreover, a difference between the coefficients of thermal expansion of the glass tube and the electrode wires will create a gap between the glass tube and the electrode wires, which may cause the reducing gas to penetrate into the cover through the spatial gap and reach the thermistor element. In particular, when the temperature sensor is exposed to a higher temperature environment of, for example, more than 1000 ° C, the air sealed within the cover may oxidize the inner wall surface of the cover, thereby converting it into a reducing gas having a lower oxygen concentration. In addition, the thermistor element is composed of oxide semiconductors. If oxygen defects occur in the crystal lattice of the thermistor element, its resistance value changes. In this way, when the reducing gas reaches the thermistor element, the electrical characteristics of the thermistor element may change, which deteriorates the reliability of the sensed temperatures.
Auf dem vorliegenden technischen Gebiet offenbart außerdem die Druckschrift DE 10 2005 033 284 A1 einen Temperatursensor und Verfahren zu Herstellung desselben, und die Druckschrift EP 1 610 109 A1 einen Temperatursensor.The document also discloses in the present technical field DE 10 2005 033 284 A1 a temperature sensor and method for making the same, and the document EP 1 610 109 A1 a temperature sensor.
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme, und der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatursensor mit höherer Beständigkeit gegenüber höheren Temperaturen sowie ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Temperatursensor bereitzustellen.The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a temperature sensor having higher resistance to higher temperatures and a manufacturing method for such a temperature sensor.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß als eine Ausgestaltung ein Temperatursensor mit einem Thermistorelement bereitgestellt, das einen Thermistorchip aufweist, dessen elektrische Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern, einem Hüllstift, der ein Paar Signaldrähte enthält, das mit einem Paar Elektrodendrähte des Thermistorelementes in einem Zustand verbunden ist, bei dem ein Vorderende der Elektrodendrähte freigelegt ist, und einer Abdeckung, die einen oberen Teil des Thermistorelementes abdeckt, wobei das Thermistorelement den Thermistorchip und eine innere und eine äußere Schutzschicht umfasst, welche den Thermistorchip zusammen mit einem Teil der Elektrodendrähte versiegeln, und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Thermistorchips k1 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodendrähte k2 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der inneren Schutzschicht k3 ist, und der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schutzschicht k4 ist, wobei die Ungleichungen |k1– k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| gelten.To achieve this object, according to the present invention, as a configuration, there is provided a temperature sensor having a thermistor element having a thermistor chip whose electrical characteristics change with temperature, an enveloping pin containing a pair of signal wires connected to a pair of electrode wires of the thermistor element is connected in a state in which a front end of the electrode wires is exposed, and a cover which covers an upper part of the thermistor element, wherein the thermistor element comprises the Thermistorchip and an inner and an outer protective layer, which together the Thermistorchip with a part of the electrode wires, and the thermal expansion coefficient of the thermistor chip k1 is the coefficient of thermal expansion of the electrode wires k2, the coefficient of thermal expansion of the inner protective layer k3, and the coefficient of thermal expansion of the outer protective layer k4, the inequalities | k1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | be valid.
Als weitere Ausgestaltung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors mit einem Thermistorelement bereitgestellt, das einen Thermistorchip aufweist, dessen elektrische Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern, einem Hüllstift, der ein Paar Signaldrähte enthält, das mit einem Paar Elektrodendrähte des Thermistorelementes in einem Zustand verbunden ist, bei dem ein Vorderende der Elektrodendrähte freigelegt ist, und einer Abdeckung, die einen oberen Teil des Thermistorelementes abdeckt, wobei das Thermistorelement den Thermistorchip und eine innere und eine äußere Schutzschicht umfasst, welche den Thermistorchip zusammen mit einem Teil der Elektrodendrähte versiegeln, und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Thermistorchips k1 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodendrähte k2 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der inneren Schutzschicht k3 ist, und der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schutzschicht k4 ist, wobei die Ungleichungen |k1–k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| gelten, mit den Schritten: Verbinden des Thermistorelementes mit einem oberen Abschnitt des Hüllstifts; Einfügen des Thermistorelementes in das Innere der Abdeckung unter der Bedingung, dass die Abdeckung auf über 300°C erwärmt ist; Abkühlen der Abdeckung auf Raumtemperatur; und Verschweißen der Abdeckung mit einer Seite des Hüllstifts.As another aspect, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a temperature sensor comprising a thermistor element having a thermistor chip whose electrical characteristics change with temperature, an enveloping pin containing a pair of signal wires connected to a pair of electrode wires of the thermistor element in one state in which a front end of the electrode wires is exposed and a cover covering an upper part of the thermistor element, the thermistor element comprising the thermistor chip and inner and outer protective layers sealing the thermistor chip together with a part of the electrode wires, and the like Coefficient of thermal expansion of the thermistor chip k1 is the coefficient of thermal expansion of the electrode wires k2, the coefficient of thermal expansion of the inner protective layer k3, and the coefficient of thermal expansion of the outer protective layer k4, wherein the U equations | k1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | apply, comprising the steps of: connecting the thermistor element to an upper portion of the envelope pin; Inserting the thermistor element into the interior of the cover under the condition that the cover is heated above 300 ° C; Cooling the cover to room temperature; and welding the cover to one side of the envelope pin.
Als weitere Ausgestaltung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors mit einem Thermistorelement bereitgestellt, das einen Thermistorchip aufweist, dessen elektrische Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern, einem Hüllstift, der ein Paar Signaldrähte enthält, das mit einem Paar Elektrodendrähte des Thermistorelementes in einem Zustand verbunden ist, bei dem ein Vorderende der Elektrodendrähte freigelegt ist, und einer Abdeckung, die einen oberen Teil des Thermistorelementes abdeckt, wobei das Thermistorelement den Thermistorchip und eine innere und eine äußere Schutzschicht umfasst, welche den Thermistorchip zusammen mit einem Teil der Elektrodendrähte versiegeln, und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Thermistorchips k1 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodendrähte k2 ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der inneren Schutzschicht k3 ist, und der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schutzschicht k4 ist, wobei die Ungleichungen |k1–k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| gelten, und wobei ein Füllmaterial zwischen der Abdeckung und der äußeren Schutzschicht eingebracht ist, mit den Schritten: Verbinden des Thermistorelementes mit einem oberen Abschnitt des Hüllstifts; Einfügen des Thermistorelementes in das Innere der Abdeckung unter der Bedingung, dass das Füllmaterial in einem aufgeschlämmten Zustand eingebracht ist; Trocknen des Füllmaterials innerhalb der Abdeckung; Verschweißen der Abdeckung mit einer Seite des Hüllstifts; und Wärmeaushärten des Füllmaterials.As another aspect, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a temperature sensor comprising a thermistor element having a thermistor chip whose electrical characteristics change with temperature, an enveloping pin containing a pair of signal wires connected to a pair of electrode wires of the thermistor element in one state in which a front end of the electrode wires is exposed and a cover covering an upper part of the thermistor element, the thermistor element comprising the thermistor chip and inner and outer protective layers sealing the thermistor chip together with a part of the electrode wires, and the like Coefficient of thermal expansion of the thermistor chip k1 is the coefficient of thermal expansion of the electrode wires k2, the coefficient of thermal expansion of the inner protective layer k3, and the coefficient of thermal expansion of the outer protective layer k4, wherein the U equations | k1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | and wherein a filler material is interposed between the cover and the outer protective layer, comprising the steps of: connecting the thermistor element to an upper portion of the enveloping pin; Inserting the thermistor element into the interior of the cover under the condition that the filling material is placed in a slurried state; Drying the filler within the cover; Welding the cover to one side of the envelope pin; and heat curing the filler.
1 zeigt eine Schnittansicht eines in einem Temperatursensor eingebauten Thermistorchips gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 shows a sectional view of a built-in a temperature sensor thermistor chip according to a first embodiment of the invention;
2 zeigt eine Schnittansicht der Gesamtstruktur des Temperatursensors; 2 shows a sectional view of the overall structure of the temperature sensor;
3 zeigt eine Schnittansicht der detaillierten Struktur des vorderen Endabschnitts des Temperatursensors; 3 shows a sectional view of the detailed structure of the front end portion of the temperature sensor;
Die 4A–4E zeigen, wie ein in dem Thermistorchip eingebautes Thermistorelement erzeugt wird;The 4A - 4E show how a thermistor element built in the thermistor chip is generated;
5 zeigt eine Schnittansicht des vorderen Endabschnitts eines Temperatursensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 5 shows a sectional view of the front end portion of a temperature sensor according to a second embodiment of the invention;
Die 6A–6C zeigen die durch Prüfen einer inneren Schutzschicht erhaltenen Ergebnisse; undThe 6A - 6C show the results obtained by testing an inner protective layer; and
Die 7A–7C zeigen die durch Prüfen einer äußeren Schutzschicht erhaltenen Ergebnisse.The 7A - 7C show the results obtained by testing an outer protective layer.
(Erstes Ausführungsbeispiel)(First embodiment)
Bezug nehmend auf die 1–4 ist nachstehend ein erstes Ausführungsbeispiel des Temperatursensors und des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.Referring to the 1 - 4 Hereinafter, a first embodiment of the temperature sensor and the manufacturing method according to the invention will be described.
Gemäß den 1–3 ist ein Temperatursensor 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Thermistorelement 14 mit einem Thermistorchip 2 versehen, dessen elektrische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Zusätzlich zu diesem Thermistorchip 2 umfasst das Thermistorelement 14 eine innere Schutzschicht 51 und eine äußere Schutzschicht 52, welche den Thermistorchip 2 zusammen mit einem Teil eines Paars Elektrodendrähte 21, das an dem Thermistorelement 14 angebracht ist, versiegeln.According to the 1 - 3 is a temperature sensor 1 according to the present embodiment with a thermistor element 14 with a thermistor chip 2 whose electrical properties change as a function of the temperature. In addition to this thermistor chip 2 includes the thermistor element 14 an inner protective layer 51 and an outer protective layer 52 which the thermistor chip 2 along with a part of a Pair of electrode wires 21 attached to the thermistor element 14 is attached, seal.
Der Temperatursensor 1 ist außerdem mit einem Hüllstift 3 und einer Abdeckung 4 versehen. Der Hüllstift 3 enthält ein Paar Signaldrähte 31, das mit dem Paar Elektrodendrähte 21 des Thermistorelementes 14 in einem Zustand verbunden ist, bei dem das Paar Signaldrähte 31 von dessen vorderem Ende nach außen angeordnet ist. Die Abdeckung 4 ist an einem vorderen Ende des Thermistorelementes 14 angeordnet.The temperature sensor 1 is also with an enveloping pen 3 and a cover 4 Mistake. The enveloping pen 3 contains a pair of signal wires 31 that with the pair of electrode wires 21 of the thermistor element 14 connected in a state in which the pair of signal wires 31 is arranged from the front end to the outside. The cover 4 is at a front end of the thermistor element 14 arranged.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist k1 der Wärmeausdehnungskoeffizient des Thermistorchips 2, k2 der Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodendrähte 21, k3 der Wärmeausdehnungskoeffizient der inneren Schutzschicht 51, und k4 der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schutzschicht 52. Die Zusammenhänge zwischen diesen Koeffizienten k1–k4 sind zu
|k1–k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| eingestellt, wobei
|k1–k3| ≤ 5 × 10–7/°C und |k2–k4| ≤ 4 × 10–7/°C gilt.In the present embodiment, k1 is the thermal expansion coefficient of the thermistor chip 2 , k2 is the coefficient of thermal expansion of the electrode wires 21 , k3 is the coefficient of thermal expansion of the inner protective layer 51 , and k4 is the coefficient of thermal expansion of the outer protective layer 52 , The relationships between these coefficients k1-k4 are too
| K1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | adjusted, where
| K1-k3 | ≤ 5 × 10 -7 / ° C and | k2-k4 | ≤ 4 × 10 -7 / ° C applies.
Der Thermistorchip 2 ist aus Thermistormaterialien zusammengesetzt, und die Elektrodendrähte 21 sind aus Platin oder einer Platin basierten Legierung zusammengesetzt. Die innere Schutzschicht 51 ist aus einem Material zusammengesetzt, das den Thermistorchip 2 bei hohen Temperaturen von 1000°C oder mehr schützt. Derartige Materialien sind beispielsweise anorganische Materialien, amorphe Gläser, kristalline Gläser und andere. Wenn jedes dieser verschiedenen Materialarten einen gewünschten Bereich von Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, ist es möglich, jede Materialart alleine zu verwenden. Anstelle einer derartigen alleinigen Verwendung ist es auch möglich, gemischte Materialien wie etwa eine Kombination aus amorphem Glas und kristallinem Glas, Glas mit einer Beigabe von anorganischem Pulver oder anderem zu verwenden, solange derartige Mischungen einen gewünschten Bereich an Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.The thermistor chip 2 is composed of thermistor materials, and the electrode wires 21 are composed of platinum or a platinum based alloy. The inner protective layer 51 is made of a material that contains the thermistor chip 2 protects at high temperatures of 1000 ° C or more. Such materials include, for example, inorganic materials, amorphous glasses, crystalline glasses and others. When each of these different types of materials has a desired range of coefficients of thermal expansion, it is possible to use any type of material alone. Instead of such sole use, it is also possible to use mixed materials such as a combination of amorphous glass and crystalline glass, glass with an addition of inorganic powder or others, as long as such mixtures have a desired range of coefficients of thermal expansion.
Das Pulver aus anorganischem Material, das dem Glas beigefügt ist, ist beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y2O3), Chromoxid (Cr2O3), Zirkonoxid (ZrO2), das den Thermistorchip 2 zusammensetzende Thermistormaterial oder anderes. Es ist außerdem bevorzugt, dass die innere Schutzschicht 51 aus Materialien zusammengesetzt ist, deren Wärmeausdehnungskoeffizient durch Hinzufügen von 40 Gewichtsprozent oder mehr eines den Thermistorchip 2 zusammensetzenden Thermistormaterials zu einem bei höheren Temperaturen stabilen kristallinen Glas eingestellt wird, um seinen Wärmeausdehnungskoeffizienten einzustellen.The powder of inorganic material added to the glass is, for example, alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), yttria (Y 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) the thermistor chip 2 composing thermistor material or otherwise. It is also preferred that the inner protective layer 51 is composed of materials whose coefficient of thermal expansion by adding 40 wt% or more of the thermistor chip 2 is set to a higher temperature stable crystalline glass to adjust its thermal expansion coefficient.
Wie die innere Schutzschicht 51 ist die äußere Schutzschicht 52 aus einem Material zusammengesetzt, das den Thermistorchip 2 bei hohen Temperaturen von 1000°C oder mehr schützt. Derartige Materialien sind beispielsweise anorganische Materialien, amorphe Gläser, kristalline Gläser und andere. Wenn jedes der verschiedenen Materialarten einen gewünschten Bereich an Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, kann eine alleinige Verwendung jeder Materialart möglich sein. Anstelle einer derartigen alleinigen Verwendung ist es auch möglich, gemischte Materialien wie etwa eine Kombination aus amorphem Glas und kristallinem Glas, Glas mit einer Beigabe von Pulver eines anorganischen Materials oder anderes zu verwenden, solange derartige Mischungen einen gewünschten Bereich an Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.Like the inner protective layer 51 is the outer protective layer 52 composed of a material that contains the thermistor chip 2 protects at high temperatures of 1000 ° C or more. Such materials include, for example, inorganic materials, amorphous glasses, crystalline glasses and others. If each of the different types of material has a desired range of coefficients of thermal expansion, use of each type of material alone may be possible. Instead of such a sole use, it is also possible to use mixed materials such as a combination of amorphous glass and crystalline glass, glass with an addition of powder of an inorganic material or otherwise as long as such mixtures have a desired range of thermal expansion coefficient.
Das Pulver aus anorganischem Material, das dem Glas beigegeben wird, ist beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y2O3), Chromoxid (Cr2O3), Zirkonoxid (ZrO2), das den Thermistorchip 2 zusammensetzende Thermistormaterial oder anderes. Noch bevorzugter ist die äußere Schutzschicht 52 aus kristallinem Glas zusammengesetzt, das bei höheren Temperaturen stabil ist, und dem Yttriumoxid mit 30 Gewichtsprozent oder weniger hinzugefügt ist.The powder of inorganic material to be added to the glass is, for example, alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), yttria (Y 2 O 3 ), chromia (Cr 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) the thermistor chip 2 composing thermistor material or otherwise. Even more preferred is the outer protective layer 52 composed of crystalline glass which is stable at higher temperatures and added to the yttria at 30 weight percent or less.
Es wird bevorzugt, dass das kristalline Glas beispielsweise aus Siliziumoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid zusammengesetzt ist. Noch bevorzugter ist das kristalline Glas aus 30–60 Gewichtsprozent SiO2, 10–30 Gewichtsprozent CrO, 5–25 Gewichtsprozent MgO und 0–15 Gewichtsprozent Al2O3 zusammengesetzt.It is preferable that the crystalline glass is composed of, for example, silica, calcium oxide, magnesium oxide and alumina. More preferably, the crystalline glass is composed of 30-60 wt% SiO 2 , 10-30 wt% CrO, 5-25 wt% MgO, and 0-15 wt% Al 2 O 3 .
Der Hauptbestandteil eines Materials, das die innere Schutzschicht 51 zusammensetzt, kann von der Art dasselbe sein, wie der eines Materials, das die äußere Schutzschicht 52 zusammensetzt. In einem derartigen Fall ergibt sich ein verbessertes Verbindungsverhalten zwischen der inneren Schutzschicht 51 und der äußeren Schutzschicht 52, womit vermieden wird, dass zwischen der inneren und der äußeren Schutzschicht 51 und 52 Abblättern und/oder eine Rissbildung verursacht wird.The main component of a material that has the inner protective layer 51 may be of the same type as that of a material containing the outer protective layer 52 composed. In such a case, there is an improved bonding performance between the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52 , which avoids that between the inner and the outer protective layer 51 and 52 Peeling and / or cracking is caused.
Gemäß 2 umfasst der Temperatursensor 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schutzröhre 11, die näher am rückwärtigen Ende als die Abdeckung 4 angeordnet ist, und die den Hüllstift 3 mit einem rückwärtigen Ende 302 einschließt. Der Temperatursensor 1 weist ein rückwärtiges Ende 112 auf, an dem die Schutzröhre 11 mit dem rückwärtigen Ende 302 des Hüllstifts 3 gesichert ist. Das rückwärtige Ende 112 der Schutzröhre 11 ist mit dem rückwärtigen Ende 302 des Hüllstifts 3 anhand einer umlaufenden Schweißnaht verbunden. Die Schutzröhre 11 weist ein Vorderende 111 auf, das nicht an dem Hüllstift 3 gesichert ist. Das Vorderende 111 ist jedoch so erzeugt, dass es in die äußere Oberfläche des Hüllstifts 3 eingreift oder dazu in Kontakt steht, wobei dazwischen nahezu kein Freiraum existiert.According to 2 includes the temperature sensor 1 according to the present embodiment, a protective tube 11 closer to the rear end than the cover 4 is arranged, and the the enveloping pin 3 with a back end 302 includes. The temperature sensor 1 has a back end 112 on, on which the protective tube 11 with the back end 302 of the envelope 3 is secured. The back end 112 the protective tube 11 is with the back end 302 of the envelope 3 connected by a circumferential weld. The protective tube 11 has a front end 111 not on that sheath pin 3 is secured. The front end 111 however, it is generated to be in the outer surface of the envelope 3 engages or is in contact, with almost no space between them.
Die Schutzröhre 11 ist als eine zylindrische Röhre erzeugt, deren Vorderende 111 und rückwärtiges Ende 112 kleinere Durchmesser aufweisen, als der eines die beiden Enden 111 und 112 verbindenden Abschnitts. Daher verbleibt innerhalb des Verbindungsabschnitts der Schutzröhre 11 ein Freiraum zwischen der Schutzröhre 11 und dem Hüllstift 3.The protective tube 11 is produced as a cylindrical tube whose front end 111 and back end 112 smaller diameter than one of the two ends 111 and 112 connecting section. Therefore, it remains within the connection portion of the protective tube 11 a space between the protective tube 11 and the enveloping pin 3 ,
Auf dem äußeren Umfang der Schutzröhre 11 ist eine Rippe 12 ausgebildet, wie in 2 gezeigt ist. Die Rippe 12 hält den Hüllstift 3 über die Schutzröhre 11.On the outer circumference of the protective tube 11 is a rib 12 trained as in 2 is shown. The rib 12 Holds the pencil 3 over the protective tube 11 ,
Die Rippe 12 umfasst einen Berührabschnitt 121, einen ersten Erstreckungsabschnitt 122, und einen zweiten Erstreckungsabschnitt 123. Von diesen ist der Berührabschnitt 121 mit der Innenwandvorderendfläche eines Anlötteils zur Anbringung an einem Verbrennungsmotor in Berührung zu bringen. Der erste Erstreckungsabschnitt 122 ist zur rückwärtigen Erstreckung ausgebildet, und weist einen kleineren Außendurchmesser als der Berührabschnitt 121 auf, während der zweite Erstreckungsabschnitt 123 zur rückwärtigen Erstreckung von dem ersten Erstreckungsabschnitt 122 ausgebildet ist, und einen kleineren Außendurchmesser als der erste Erstreckungsabschnitt 122 aufweist. Die Schutzröhre 11 ist durch den Berührab- schnitt 121 und den ersten und zweiten Erstreckungsabschnitt 122 und 123 fest eingesetzt.The rib 12 includes a touch section 121 , a first extension section 122 , and a second extension section 123 , Of these is the Berührabschnitt 121 with the Innenwandvorderendfläche a Anlötteils for attachment to an internal combustion engine in contact. The first extension section 122 is formed to the rearward extent, and has a smaller outer diameter than the Berührabschnitt 121 on, during the second extension section 123 for rearward extension of the first extension portion 122 is formed, and a smaller outer diameter than the first extension portion 122 having. The protective tube 11 is through the Berührab- cut 121 and the first and second extension portions 122 and 123 firmly inserted.
Außerdem ist eine Schutzröhre 13 bereitgestellt, welche den Hüllstift 3, die Schutzröhre 11 und einen Teil der externen Leiter 17 schützt. Ein Ende dieser Schutzröhre 13 ist auf der äußeren Umlaufoberfläche des ersten Erstreckungsabschnitts 122 verschweißt.There is also a protective tube 13 provided, which the envelope pin 3 , the protective tube 11 and part of the external ladder 17 protects. An end to this protective tube 13 is on the outer circumferential surface of the first extension portion 122 welded.
Die Rippe 12 ist auf der Schutzröhre 11 an einer gegebenen Umlaufposition des zweiten Erstreckungsabschnitts 123 mit einer umlaufenden Schweißnaht gesichert.The rib 12 is on the protective tube 11 at a given revolving position of the second extending portion 123 secured with a circumferential weld.
Der Hüllstift 3 umfasst einen Vorderendabschnitt 301, auf deren äußerer Umlaufoberfläche die Abdeckung 4 mit einer umlaufenden Schweißnaht gesichert ist.The enveloping pen 3 includes a front end portion 301 , on the outer circumferential surface of the cover 4 secured with a circumferential weld.
Die Schutzröhre 11, der Hüllstift 3 und die Abdeckung 4 sind aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel basierten wärmebeständigen Legierung zusammengesetzt. Darüber hinaus sind die Rippe 12 und die Schutzröhre 13 ebenfalls aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel-basierten wärmebeständigen Legierung zusammengesetzt.The protective tube 11 , the envelope pen 3 and the cover 4 are made of stainless steel or a nickel-based heat-resistant alloy. In addition, the rib 12 and the protective tube 13 also composed of stainless steel or a nickel-based heat-resistant alloy.
Der Hüllstift 3 weist einen äußeren Röhrenabschnitt 34 auf. Die Schutzröhre 11 weist eine größere Dicke als der äußere Röhrenabschnitt 34 des Hüllstifts 3 auf. Zudem weist die Schutzröhre 11 eine höhere Steifigkeit als der Röhrenabschnitt 34 des Hüllstifts 3 auf.The enveloping pen 3 has an outer tube section 34 on. The protective tube 11 has a greater thickness than the outer tube portion 34 of the envelope 3 on. In addition, the protective tube 11 a higher rigidity than the tube section 34 of the envelope 3 on.
Gemäß 2 umfasst der Hüllstift 3 zusätzlich zu dem den isolierenden Abschnitt 33 abdeckenden vorstehend beschriebenen äußeren Röhrenabschnitt 34 zwei Signalleitungen 31 aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel-basierten wärmebeständigen Legierung und einen zum Abdecken der Signalleitungen 31 angeordneten Isolationsabschnitt 33 aus einem isolierenden Pulver wie etwa Magnesiumoxid. Der äußere Röhrenabschnitt 34 ist aus rostfreiem Stahl ausgebildet. Der Hüllstift 3 weist eine zylindrische Form auf, und sein äußerer Röhrenabschnitt 34 weist ebenfalls eine zylindrische Form auf. Die Signalleitungen 31 sind zur Erstreckung aus dem Vorderende bzw. dem rückwärtigen Ende aus dem isolierenden Abschnitt 33 (und dem äußeren Röhrenabschnitt 34) angeordnet. Die vorderen Enden der Signalleitungen 31 sind mit den Elektrodendrähten 21 des Thermistorelementes 14 verbunden, und die rückwärtigen Enden der Signalleitungen 31 sind mit den externen Zuleitungsdrähten 17 elektrisch verbunden.According to 2 includes the enveloping pin 3 in addition to the insulating section 33 covering the above-described outer tube portion 34 two signal lines 31 made of stainless steel or a nickel-based heat-resistant alloy and for covering the signal lines 31 arranged isolation section 33 from an insulating powder such as magnesium oxide. The outer tube section 34 is made of stainless steel. The enveloping pen 3 has a cylindrical shape, and its outer tube portion 34 also has a cylindrical shape. The signal lines 31 are to the extent of the front end and the rear end of the insulating portion 33 (and the outer tube section 34 ) arranged. The front ends of the signal lines 31 are with the electrode wires 21 of the thermistor element 14 connected, and the rear ends of the signal lines 31 are with the external lead wires 17 electrically connected.
Die äußere Schutzschicht 52 kommt stets in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C. Noch bevorzugter kommt die äußere Schutzschicht 52 stets in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 1000°C.The outer protective layer 52 always comes into contact with the inner surface of the cover 4 in a temperature range from ambient to 850 ° C. More preferably, the outer protective layer comes 52 always in contact with the inner surface of the cover 4 in a temperature range from ambient to 1000 ° C.
Zusätzlich weist die äußere Schutzschicht 52 keine chemischen Reaktionen mit der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C auf. Noch bevorzugter weist die äußere Schutzschicht 52 keine chemischen Reaktionen mit der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 1000°C auf.In addition, the outer protective layer indicates 52 no chemical reactions with the cover 4 in a temperature range from ambient to 850 ° C. More preferably, the outer protective layer 52 no chemical reactions with the cover 4 in a temperature range from ambient to 1000 ° C.
Die Elektrodendrähte 21 sind mit der äußeren Oberfläche des Thermistorchips 2 elektrisch verbunden. Dieses Element 2 ist als ein im Wesentlichen rechteckiges Festkörperelement ausgebildet, das ein Paar zueinander parallele Oberflächen aufweist. Auf diesen Oberflächen ist das Elektrodenpaar ausgebildet. Die Elektrodendrähte 21 sind mit den Elektroden jeweils elektrisch verbunden.The electrode wires 21 are with the outer surface of the thermistor chip 2 electrically connected. This element 2 is formed as a substantially rectangular solid body having a pair of parallel surfaces. On these surfaces, the electrode pair is formed. The electrode wires 21 are each electrically connected to the electrodes.
Nachstehend ist ein Beispiel zur Herstellung des Temperatursensors 1 beschrieben.Below is an example of manufacturing the temperature sensor 1 described.
Bei dem ersten Schritt wird der Thermistorchip 2 gemäß den nachstehend beschriebenen Abläufen erzeugt. 75–85 mol% Yttriumoxid, 3–8 mol% Chromoxid, 5–15 mol% Manganoxid und 0,5–1,0 mol% Kalziumoxid werden abgewogen und miteinander durch eine Kugelmühle vermischt. Das gemischte Material wird dann bei einer Temperatur von 1100°C vorgebacken. Dem resultierenden vorgebackenen Pulver werden ein Bindemittel und ein Weichmacher hinzugefügt, und es wird dann einem Knetvorgang durch eine Knetmaschine unterzogen. Das geknetete Material wird durch eine Vakuumextrusionsmaschine gepresst, so dass eine gepresste Schicht mit einer Dicke von 1 mm erzeugt wird.The first step is the thermistor chip 2 as described below Generated sequences. 75-85 mol% of yttria, 3-8 mol% of chromium oxide, 5-15 mol% of manganese oxide and 0.5-1.0 mol% of calcium oxide are weighed and mixed with each other by a ball mill. The mixed material is then prebaked at a temperature of 1100 ° C. A binder and a plasticizer are added to the resulting pre-baked powder, and it is then subjected to kneading by a kneading machine. The kneaded material is pressed by a vacuum extrusion machine to produce a pressed layer having a thickness of 1 mm.
Dann wird die gepresste Schicht geschnitten, so dass eine Schicht mit einer vorbestimmten Größe von 80 mm × 80 mm erzeugt wird.Then, the pressed layer is cut so that a layer having a predetermined size of 80 mm × 80 mm is produced.
Die Schicht mit vorbestimmter Größe wird dann bei 1600°C gebacken, mit dem Ergebnis, dass ein plattenförmiger Thermistorsinterkörper 20 gemäß 4A hergestellt wird.The predetermined size layer is then baked at 1600 ° C, with the result that a plate-shaped thermistor sintered body 20 according to 4A will be produced.
Nach dem Backvorgang wird der Thermistorsinterkörper 20 ausgeheilt, um ihn von Verspannungen zu befreien.After the baking process, the thermistor sintered body 20 healed to relieve tension.
Beide Oberflächen des Thermistorsinterkörpers 20 werden geschliffen, um dem Thermistorsinterkörper eine Plattendicke von 0,35 mm zu verleihen.Both surfaces of the thermistor sintered body 20 are ground to give the thermistor sintered body a plate thickness of 0.35 mm.
Dann wird auf jeder der beiden Oberflächen des Thermistorsinterkörpers 20 eine Schicht von etwa 10 μm aus Platinpaste durch einen Dickschichtdruckvorgang ausgebildet, und der Körper wird bei 1300°C zur Ausbildung der Elektroden gebacken. Die Platinpaste ist kommerziell erhältlich, und ihre Platinkorngröße liegt bei ungefähr 0,8 μm. Zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit der Elektroden kann der Platinpaste anorganisches Pulver hinzugefügt werden.Then, on each of the two surfaces of the thermistor sintered body 20 formed a layer of about 10 microns of platinum paste by a thick-film printing process, and the body is baked at 1300 ° C to form the electrodes. The platinum paste is commercially available and its platinum grain size is about 0.8 μm. To increase the bonding strength of the electrodes, inorganic powder may be added to the platinum paste.
Gemäß 4B wird der Thermistorsinterkörper 20, der mit den auf seine beiden Oberflächen gebackenen Elektroden versehen ist, in einen quadratischen Chip von 0,5 mm × 0,5 mm unter Verwendung einer Chipschneidemaschine geschnitten.According to 4B becomes the thermistor sintered body 20 provided with the electrodes baked on both its surfaces, cut into a 0.5 mm x 0.5 mm square chip using a dicing machine.
Wie bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird die Platinpaste auf die beiden Elektroden des in Chipform geschnittenen Thermistorchips (thermostatisches Element) 2 geschichtet. Die Elektrodendrähte 21, die jeweils aus Platin sind und einen Durchmesser von 0,25 mm aufweisen, werden auf die Elektrodenoberflächen geklebt und dann bei einer Temperatur von 1250°C gebacken. Folglich werden die Elektrodendrähte 21 gemäß 4C mit dem Thermistorchip 2 verbunden.As with the process described above, the platinum paste is applied to the two electrodes of the chip-cut thermistor chip (thermostatic element). 2 layered. The electrode wires 21 , which are each made of platinum and have a diameter of 0.25 mm, are adhered to the electrode surfaces and then baked at a temperature of 1250 ° C. As a result, the electrode wires become 21 according to 4C with the thermistor chip 2 connected.
Dann wird eine Paste hergestellt, die durch Mischen mit einem Lösungsmittel von kristallinem Glaspulver erzeugt wird, das aus 30–60 Gewichtsprozent SiO2, 10–30 Gewichtsprozent CaO, 5–25 Gewichtsprozent MgO und 0–15 Gewichtsprozent Al2O3 besteht. Der mit den Elektrodendrähten 21 ausgerüstete Thermistorchip 2 wird in die präparierte Paste eingetaucht, damit er mit einer vorbestimmten Menge von Glaspaste an dem Element versehen ist. Nach Trocknen des mit der Paste beschichteten Elementes 2 wird dieses Element 2 bei einer Temperatur von 1200°C wärmebehandelt, was eine Glaskristallisation und ein Backen des Elementes gleichzeitig ermöglicht. Daher wird gemäß 4D die innere Schutzschicht 51 ausgebildet.Then, a paste prepared by mixing with a solvent of crystalline glass powder consisting of 30-60 wt% SiO 2 , 10-30 wt% CaO, 5-25 wt% MgO, and 0-15 wt% Al 2 O 3 is prepared. The one with the electrode wires 21 equipped thermistor chip 2 is dipped in the prepared paste so that it is provided with a predetermined amount of glass paste on the element. After drying the element coated with the paste 2 becomes this element 2 heat treated at a temperature of 1200 ° C, which allows glass crystallization and baking of the element simultaneously. Therefore, according to 4D the inner protective layer 51 educated.
Damit eine Anpassung des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Glaspaste und dem Thermistorchip 2 erhalten wird, wird die Glaspaste durch Beigabe desselben Pulvers wie das des Thermistormaterials erzeugt.Thus, an adjustment of the coefficient of linear expansion between the glass paste and the Thermistorchip 2 is obtained, the glass paste is produced by adding the same powder as that of the thermistor material.
Bei der Glaspaste, die auf dieselbe oder ähnliche Weise wie gemäß vorstehender Beschreibung erzeugt wird, wird darüber hinaus der durch die innere proaktive Schicht 51 beschichtete Thermistorchip 2 so eingetaucht, dass eine vorbestimmte Dicke (Menge) von Glaspaste auf der inneren Schutzschicht 51 aufgebracht ist. Dieses Element 2 wird dann einem Trocknungsvorgang und danach einem Backvorgang (Wärmeverarbeitung) bei 1200°C unterzogen, wodurch die äußere Schutzschicht 52 gemäß 4E erzeugt wird.Moreover, in the glass paste produced in the same or similar manner as described above, the inner proactive layer becomes 51 coated thermistor chip 2 So dipped that a predetermined thickness (amount) of glass paste on the inner protective layer 51 is applied. This element 2 is then subjected to a drying process and then a baking process (heat processing) at 1200 ° C, whereby the outer protective layer 52 according to 4E is produced.
Damit der lineare Ausdehnungskoeffizient der Glaspaste nahezu gleich dem des Thermistorchips 2 ist, wird der Glaspaste während einem ihrer Herstellungsschritte Yttriumoxidpulver als ein Bestandteil des Thermistormaterials hinzugefügt.So that the linear expansion coefficient of the glass paste is almost equal to that of the thermistor chip 2 During one of its manufacturing steps, yttria powder is added to the glass paste as a constituent of the thermistor material.
Sodann wird das durch Beschichten des Thermistorchips 2 mit den inneren und äußeren Schutzschichten 51 und 52 gemäß vorstehender Beschreibung erzeugte Thermistorelement 14 mit dem Vorderendabschnitt des Hüllstifts 3 verbunden.This is then done by coating the thermistor chip 2 with the inner and outer protective layers 51 and 52 thermistor element produced as described above 14 with the leading end portion of the envelope 3 connected.
Mit der auf eine Temperatur von 300°C oder mehr erwärmten Abdeckung 4 wird das Thermistorelement 14 dann in das Innere der Abdeckung 4 eingefügt. Nach dieser Einfügung wird die Abdeckung 4 auf Umgebungstemperatur herabgekühlt. Die Abdeckung 4 wird dann mit der äußeren Seitenoberfläche des Vorderendabschnitts des Hüllstifts 3 verschweißt.With the cover heated to a temperature of 300 ° C or more 4 becomes the thermistor element 14 then inside the cover 4 inserted. After this insertion becomes the cover 4 cooled down to ambient temperature. The cover 4 then becomes with the outer side surface of the front end portion of the Hüllstifts 3 welded.
Durch die vorstehend beschriebenen verschiedenen Schritte kann der Temperatursensor 1 hergestellt werden. Nachstehend sind die vorteilhaften Betriebsweisen und Wirkungen des Temperatursensors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.Through the various steps described above, the temperature sensor 1 getting produced. Below are the advantageous operations and effects of temperature sensor 1 described according to the present embodiment.
Das Thermistorelement 14 des Temperatursensors 1 weist die inneren und äußeren Schutzschichten 51 und 52 auf, welche den Thermistorchip 2 zusammen mit einem Teil der Elektrodendrähte 21 versiegeln. Zusätzlich zu dieser Versiegelungsstruktur werden die Wärmeausdehnungskoeffizienten k3 und k4 der inneren und äußeren Schutzschichten 51 und 52 und die Wärmeausdehnungskoeffizienten k1 und k2 des Thermistorchips 2 und der Elektrodendrähte 21 unter Erfüllung des Zusammenhangs
|k1–k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| eingestellt.The thermistor element 14 of the temperature sensor 1 has the inner and outer protective layers 51 and 52 on which the thermistor chip 2 together with a part of the electrode wires 21 to seal. In addition to this sealing structure, the thermal expansion coefficients k3 and k4 of the inner and outer protective layers become 51 and 52 and the thermal expansion coefficients k1 and k2 of the thermistor chip 2 and the electrode wires 21 in fulfillment of the context
| K1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | set.
Genauer wird der Wärmeausdehnungskoeffizient k3 der inneren Schutzschicht 51 näher bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten k1 des Thermistorchips 2 ausgebildet, während der Wärmeausdehnungskoeffizient k4 der äußeren Schutzschicht 52 näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten k3 der Elektrodendrähte 21 ausgebildet ist. Daher ist es möglich, die zwischen dem Thermistorchip 2 und der dieses Element 2 unmittelbar einschließenden inneren Schutzschicht 51 verursachte Wärmeverspannung zu unterdrücken. Es ist außerdem möglich, die Ausbildung einer räumlichen Lücke zwischen den Elektrodendrähten 21 und der äußeren Schutzschicht 52 zu vermeiden, welche die innere Schutzschicht 51 einschließt und eng an der äußeren Umlaufoberfläche eines Teils der Elektrodendrähte anhaftet.More specifically, the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer becomes 51 closer to the thermal expansion coefficient k1 of the thermistor chip 2 formed while the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer 52 closer to the thermal expansion coefficient k3 of the electrode wires 21 is trained. Therefore, it is possible that between the thermistor chip 2 and this element 2 Immediately enclosing inner protective layer 51 to suppress caused heat stress. It is also possible to form a spatial gap between the electrode wires 21 and the outer protective layer 52 to avoid which the inner protective layer 51 and closely adheres to the outer circumferential surface of a portion of the electrode wires.
Folglich kann der Einfluss der in dem unter großen Temperaturänderungen leidenden Thermistorchip 2 verursachten Wärmeverspannung verringert werden, wodurch es möglich wird, Änderungen in den elektrischen Eigenschaften des Thermistorchips 2 zu vermeiden oder zu verringern. Darüber hinaus ist es möglich, ein Verursachen der räumlichen Lücke zwischen der äußeren Schutzschicht 52 und den Elektrodendrähten 21 zu unterdrücken. Somit wird vermieden, dass das Reduktionsgas in der Abdeckung in den Thermistorchip 2 eindringt, wodurch dies ebenfalls dazu führt, dass Änderungen in den elektrischen Eigenschaften des Thermistorchips 2 verringert werden.Thus, the influence of the thermistor chip suffering from large temperature changes can be influenced 2 caused thermal stress can be reduced, thereby making it possible changes in the electrical properties of the thermistor chip 2 to avoid or reduce. In addition, it is possible to cause the spatial gap between the outer protective layer 52 and the electrode wires 21 to suppress. Thus, it is avoided that the reducing gas in the cover in the Thermistorchip 2 which also causes changes in the electrical properties of the thermistor chip 2 be reduced.
Daher ist es möglich, dem Thermistorchip 2 des Temperatursensors 1, der großen Temperaturänderungen im Bereich von der Umgebungstemperatur zu höheren Temperaturen ausgesetzt ist, eine höhere Beständigkeit zu verleihen.Therefore, it is possible to the thermistor chip 2 of the temperature sensor 1 which is subjected to large temperature changes in the range from the ambient temperature to higher temperatures, to give a higher resistance.
Die vorstehend beschriebenen Wärmeausdehnungskoeffizienten k1, k2, k3 und k4 erfüllen die Bedingungen |k1–k3| ≤ 5 × 10–7/°C und |k2–k4| ≤ 4 × 10–7/°C. Dies bedeutet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient k3 der inneren Schutzschicht 51 so nahe wie möglich bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten k1 des Thermistorchips 2 liegen kann, und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient k4 der äußeren Schutzschicht 52 ebenfalls so nahe wie möglich bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten k2 der Elektrodendrähte 21 liegen kann. Daher kann effektiv unterdrückt werden, dass Wärmeverspannung in dem Thermistorchip 2 und der inneren Schutzschicht 51 verursacht wird. Dies gilt für eine Verursachung der Wärmeverspannung zwischen den Elektrodendrähten 21 und der äußeren Schutzschicht 52. Folglich ist dies ebenfalls zum Unterdrücken der Änderungen in den elektrischen Eigenschaften des Thermistorchips 2 effektiv, was die Beständigkeit des Temperatursensors 1 verbessert.The thermal expansion coefficients k1, k2, k3 and k4 described above satisfy the conditions | k1-k3 | ≤ 5 × 10 -7 / ° C and | k2-k4 | ≤ 4 × 10 -7 / ° C. This means that the thermal expansion coefficient k3 of the inner protective layer 51 as close as possible to the thermal expansion coefficient k1 of the thermistor chip 2 can lie, and that the thermal expansion coefficient k4 of the outer protective layer 52 also as close as possible to the thermal expansion coefficient k2 of the electrode wires 21 can lie. Therefore, it can be effectively suppressed that thermal stress in the thermistor chip 2 and the inner protective layer 51 is caused. This applies to causing the heat stress between the electrode wires 21 and the outer protective layer 52 , Consequently, it is also for suppressing the changes in the electrical characteristics of the thermistor chip 2 effectively what the resistance of the temperature sensor 1 improved.
Die äußere Schutzschicht 52 ist für einen beständigen Kontakt mit der Innenwandoberfläche der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C, vorzugsweise bis 1000°C ausgebildet. Somit ist es zumindest im Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C, vorzugsweise bis 1000°C, möglich, den Zustand beizubehalten, bei dem die äußere Schutzschicht 52 in Kontakt mit der Abdeckung 4 steht, selbst wenn die Abdeckung 4 einer Wärmeausdehnung aufgrund von Temperaturänderungen unterzogen ist. Eine höhere Wärmeübertragung von der Abdeckung 4 auf den Thermistorchip 2 kann sichergestellt werden, wobei der Temperatursensor 1 mit einer größeren Messgenauigkeit versehen wird. Zudem kann die äußere Schutzschicht 52 davor bewahrt werden, relativ zu der Abdeckung 4 zu vibrieren. Dies führt zu einer Vermeidung von Schocks an dem Thermistorchip 2, was die Änderungen in den elektronischen Eigenschaften des Elementes 2 verringert.The outer protective layer 52 is for a permanent contact with the inner wall surface of the cover 4 in a temperature range from the ambient temperature to 850 ° C, preferably formed to 1000 ° C. Thus, at least in the temperature range from the ambient temperature to 850 ° C, preferably to 1000 ° C, it is possible to maintain the state where the outer protective layer 52 in contact with the cover 4 stands, even if the cover 4 subjected to thermal expansion due to temperature changes. A higher heat transfer from the cover 4 on the thermistor chip 2 can be ensured, with the temperature sensor 1 provided with a greater accuracy. In addition, the outer protective layer 52 be preserved, relative to the cover 4 to vibrate. This leads to avoidance of shocks on the thermistor chip 2 what the changes in the electronic properties of the element 2 reduced.
In der äußeren Schutzschicht 52 tritt keine chemische Reaktion gegenüber der Abdeckung 4 in einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C auf, vorzugsweise bis 1000°C. Daher kann in den Fällen, in denen die äußere Schutzschicht 52 in engem Kontakt mit der Abdeckung 4 ausgebildet ist, die äußere Schutzschicht 52 davor bewahrt werden, in dem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C, vorzugsweise bis 1000°C, qualitativ verändert zu werden. Dies verleiht dem Temperatursensor 1 eine höhere Beständigkeit.In the outer protective layer 52 There is no chemical reaction to the cover 4 in a temperature range from ambient to 850 ° C, preferably up to 1000 ° C. Therefore, in cases where the outer protective layer 52 in close contact with the cover 4 is formed, the outer protective layer 52 from being qualitatively changed in the temperature range from the ambient temperature to 850 ° C, preferably to 1000 ° C. This gives the temperature sensor 1 a higher resistance.
Im Übrigen kann das Ausbleiben jeglicher chemischer Reaktionen bestätigt werden, indem herausgefunden wird, dass keine Abdeckungsbestandteile in die äußere Schutzschicht 52 von deren äußerer Oberfläche eingedrungen sind, nachdem der in Kontakt mit der Abdeckung 4 stehende Thermistorchip 2 einer Temperaturatmosphäre von 1000°C für 100 Stunden ausgesetzt worden ist.Incidentally, the absence of any chemical reactions can be confirmed by finding that there are no cover components in the outer protective layer 52 from the outer surface of which have penetrated after being in contact with the cover 4 standing thermistor chip 2 was exposed to a temperature of 1000 ° C for 100 hours.
Das Material der Abdeckung 4 ist aus einem Ni-Cr-Fe-basierten Metall zusammengesetzt, welches eine hohe Wärmebeständigkeit bereitstellt. Daher wird eine Oxidschutzschicht bei 1000°C ausgebildet, wodurch keine Metallbestandteile alleine abgelöst werden. Demzufolge kann eine Diffusion und eine Reaktion in die äußere Schutzschicht 52 unterdrückt werden. Ein anderes auf die Abdeckung 4 anwendbares Material ist beispielsweise ein Ni-Fe basiertes Metall, welches ebenfalls ein hoch wärmebeständiges Metall ist, und es gibt keine Beschränkung auf das Ni-Cr-Fe-basierte Metall. Bei dieser Abwandlung werden ähnliche Vorteile erzielt.The material of the cover 4 is composed of a Ni-Cr-Fe-based metal, which provides high heat resistance. Therefore, an oxide protective layer is formed at 1000 ° C, whereby no metal components are peeled off alone. As a result, diffusion and reaction into the outer protective layer may occur 52 be suppressed. Another on the cover 4 For example, applicable material is a Ni-Fe based metal, which is also a high heat resistant metal, and there is no limitation to the Ni-Cr-Fe based metal. In this modification, similar advantages are achieved.
Die Elektrodendrähte 21 werden zudem mit der äußeren Oberfläche des Thermistorchips 2 verbunden, der somit in der Lage ist, eine leichtere Verbindungsart bereitzustellen, wenn die Drähte 21 mit dem Thermistorchip 2 verbunden sind, wodurch die Herstellungsschritte für den Temperatursensor 1 vereinfacht werden. Bei dem bekannten Verbindungsvorgang ist es verpflichtend, die Verbindungskraft zwischen dem Thermistorchip 2 und den Elektrodendrähten 21 zu reduzieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Temperatursensor 1 jedoch eine innere und äußere Schutzschicht 51 und 52 auf, was zur Festigung des Verbindungsabschnitts nützlich ist. Zudem sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser inneren und äußeren Schutzschicht 51 und 52 so eingestellt, wie es vorstehend beschrieben ist, was zu einer höheren Beständigkeit des Temperatursensors 1 führt.The electrode wires 21 are also used with the outer surface of the thermistor chip 2 thus being able to provide a lighter type of connection when the wires 21 with the thermistor chip 2 connected, whereby the manufacturing steps for the temperature sensor 1 be simplified. In the known connection process, it is mandatory, the connection force between the Thermistorchip 2 and the electrode wires 21 to reduce. In the present embodiment, the temperature sensor 1 however, an inner and outer protective layer 51 and 52 on what is useful for consolidating the connection section. In addition, the thermal expansion coefficients of this inner and outer protective layer 51 and 52 set as described above, resulting in a higher resistance of the temperature sensor 1 leads.
Bei dem Herstellungsverfahren für den Temperatursensor 1 wird die Abdeckung 4 auf eine Temperatur von 300°C oder mehr erwärmt, wonach der Vorgang zum Einfügen des Thermistorelementes 14 vorgenommen wird. Auf diese Weise ist die Abdeckung 4 thermisch voll ausgedehnt, wenn das Thermistorelement 14 in die Abdeckung 4 eingefügt wird, womit ein leichterer Einfügevorgang verwirklicht wird. Nach dem Einfügevorgang wird die Abdeckung 4 auf Umgebungstemperatur abgekühlt, was ermöglicht, dass der Thermistorchip 2 auf zuverlässige Weise in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Abdeckung 4 kommt. Dies wird eine Schrumpfanpassung genannt, was ein zuverlässiges Halten des Thermistorelementes 14 innerhalb der Abdeckung 4 ermöglicht.In the manufacturing method of the temperature sensor 1 will the cover 4 heated to a temperature of 300 ° C or more, after which the process for inserting the thermistor element 14 is made. That way is the cover 4 thermally fully expanded when the thermistor element 14 in the cover 4 is inserted, whereby a lighter insertion process is realized. After the insertion process is the cover 4 cooled to ambient temperature, which allows the thermistor chip 2 reliably in contact with the inner surface of the cover 4 comes. This is called a shrink fit, which is a reliable hold of the thermistor element 14 inside the cover 4 allows.
Wenn große Temperaturänderungen auftreten ist es daher möglich, einen Zustand zu verwirklichen, bei dem die Abdeckung 4 und das Thermistorelement 14 mit einer angemessenen Druckkraft gegeneinander verstemmt sind. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit zur Wärmeübertragung zwischen der Abdeckung 4 und dem Thermistorelement 14, wobei eine verbesserte Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit zwischen der Außenatmosphäre und dem Thermistorchip 2 bereitgestellt wird. Dies verleiht dem Temperatursensor 1 eine verbesserte Messentscheidung. Innerhalb der Abdeckung 4 kann das Thermistorelement 14 vor einer Vibration relativ zur Abdeckung 4 bewahrt werden, wodurch ein Schaden an dem Thermistorelement 14 vermieden wird.Therefore, when large temperature changes occur, it is possible to realize a state in which the cover 4 and the thermistor element 14 are caulked against each other with an adequate compressive force. This improves the heat transfer performance between the cover 4 and the thermistor element 14 wherein improved heat transfer performance between the outside atmosphere and the thermistor chip 2 provided. This gives the temperature sensor 1 an improved measurement decision. Inside the cover 4 can the thermistor element 14 before a vibration relative to the cover 4 be preserved, causing damage to the thermistor element 14 is avoided.
Auf diese Weise ist das vorliegende Ausführungsbeispiel in der Lage, einen Temperatursensor, dessen Hochtemperaturbeständigkeit erhöht ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Temperatursensors bereitzustellen.In this way, the present embodiment is capable of providing a temperature sensor whose high-temperature resistance is increased, and a method of manufacturing such a temperature sensor.
(Zweites Ausführungsbeispiel)Second Embodiment
Unter Bezugnahme auf 5 ist nachstehend ein zweites Ausführungsbeispiel des Temperatursensors beschrieben.With reference to 5 a second embodiment of the temperature sensor is described below.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist gemäß 5 der Temperatursensor 1 tatsächlich mit einem zwischen der Abdeckung 4 und der äußeren Schutzschicht 52 angeordneten Füllmaterial 15 versehen.In the second embodiment is according to 5 the temperature sensor 1 actually with one between the cover 4 and the outer protective layer 52 arranged filling material 15 Mistake.
Bei dem Temperatursensor 1 kommt die äußere Schutzschicht 52 im Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C (vorzugsweise bis 1000°C) immer in Kontakt mit dem Füllmaterial 15, und das Füllmaterial 15 kommt stets in Kontakt mit der Abdeckung 4.At the temperature sensor 1 comes the outer protective layer 52 in the temperature range from the ambient temperature to 850 ° C (preferably up to 1000 ° C) always in contact with the filler material 15 , and the filler 15 always comes in contact with the cover 4 ,
Zudem weist die äußere Schutzschicht 52 in dem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C (vorzugsweise bis 1000°C) keine chemische Reaktion mit dem Füllmaterial 15 auf.In addition, the outer protective layer 52 in the temperature range from the ambient temperature to 850 ° C (preferably up to 1000 ° C) no chemical reaction with the filler 15 on.
Das Füllmaterial 15 kann aus einem Bindemittel und/oder Aluminiumoxidpulver zusammengesetzt sein. Praktischerweise ist das Füllmaterial 15 aus einem stabilen anorganischen Material zusammengesetzt, das sich bei 1000°C nicht auflöst, was beispielsweise eine Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, und Siliziumoxid, Zirkoniumoxid enthaltende Mischung ist. Ohne Metalldampf kann daher die Diffusion des Gases in die äußere Schutzschicht 52 und die Reaktion des Gases unterdrückt werden.The filling material 15 may be composed of a binder and / or alumina powder. Conveniently, the filler is 15 is composed of a stable inorganic material which does not dissolve at 1000 ° C, which is, for example, an alumina, magnesia, yttria, and silica, zirconia-containing mixture. Without metal vapor, therefore, the diffusion of the gas into the outer protective layer 52 and the reaction of the gas can be suppressed.
Bei der Herstellung des Temperatursensors 1 gemäß dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Thermistorchip 2, die innere Schutzschicht 51 und die äußere Schutzschicht 52 nacheinander am vorderen Endabschnitt des Hüllstifts 3 verbunden, so dass das Thermistorelement 14 erzeugt wird.In the production of the temperature sensor 1 According to the present second embodiment, as in the first embodiment, the thermistor chip 2 , the inner protective layer 51 and the outer protective layer 52 successively at the front end portion of the Hüllstifts 3 connected so that the thermistor element 14 is produced.
Dann wird das aufgeschlämmte Füllmaterial 15 in die Abdeckung 4 eingefüllt, und der thermostatische Körper 14 wird in die Abdeckung 4 eingefügt. Das Füllmaterial 15 innerhalb der Abdeckung 4 wird danach getrocknet. Die Abdeckung 4 wird mit der Seitenoberfläche des Hüllstifts 3 verschweißt, und das Füllmaterial 15 wird einem Wärmeaushärtungsvorgang unterzogen.Then the slurried filling material 15 in the cover 4 filled, and the thermostatic body 14 gets into the cover 4 inserted. The filling material 15 inside the cover 4 is then dried. The cover 4 becomes with the side surface of the envelope 3 welded, and that filling material 15 is subjected to a heat curing process.
Die übrigen Herstellungsvorgänge sind dieselben, wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel.The other manufacturing operations are the same as those in the first embodiment.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die äußere Schutzschicht 52 und die Abdeckung 4 jeweils in Kontakt mit dem dazwischen angeordneten Füllmaterial 15, wobei eine höhere Wärmeleitungsleistungsfähigkeit zwischen dem Thermistorchip 2 und dem Äußeren des Temperatursensors 1 bereitgestellt wird. Ein Verwenden des Füllmaterials 15 ermöglicht zudem, eine Vibration des Thermistorchips 2 innerhalb der Abdeckung 4 zu vermeiden, womit eine Beschädigung des Thermistorchips 2 verhindert wird.In the second embodiment, the outer protective layer 52 and the cover 4 each in contact with the interposed filling material 15 , wherein a higher heat conduction performance between the thermistor chip 2 and the exterior of the temperature sensor 1 provided. Using the filler 15 also allows vibration of the thermistor chip 2 inside the cover 4 to avoid causing damage to the thermistor chip 2 is prevented.
Bei Temperaturen im Bereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C (vorzugsweise bis 1000°C) steht die äußere Schutzschicht 52 jederzeit in Kontakt mit dem Füllmaterial 15 und das Füllmaterial 15 steht jederzeit in Kontakt mit der Abdeckung 4. Selbst wenn die Abdeckung 4 und das Füllmaterial 15 aufgrund von Temperaturänderungen in einem derartigen Temperaturbereich thermisch ausgedehnt sind, ist es daher dennoch möglich, den Zustand beizubehalten, bei dem die äußere Schutzschicht 52 mit der Abdeckung 4 durch das Füllmaterial 15 in Kontakt steht, wobei eine höhere Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit zwischen der Abdeckung 4 und dem Thermistorchip 2 bereitgestellt wird. Daher kann dem Temperatursensor 1 eine höhere Messgenauigkeit verliehen werden. Außerdem kann eine relative Vibration der äußeren Schutzschicht 52 zu der Abdeckung 4 ebenfalls vermieden werden, so dass Schläge gegen den Thermistorchip 2 verhindert werden können. Daher können Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Temperatursensors 1 vermieden oder verringert werden.At temperatures in the range of ambient temperature up to 850 ° C (preferably up to 1000 ° C) is the outer protective layer 52 always in contact with the filling material 15 and the filler 15 is always in contact with the cover 4 , Even if the cover 4 and the filler 15 However, due to temperature changes in such a temperature range are thermally extended, it is still possible to maintain the state in which the outer protective layer 52 with the cover 4 through the filler material 15 is in contact with a higher heat transfer performance between the cover 4 and the thermistor chip 2 provided. Therefore, the temperature sensor can 1 be given a higher measurement accuracy. In addition, a relative vibration of the outer protective layer 52 to the cover 4 also be avoided, so that hits against the thermistor chip 2 can be prevented. Therefore, changes in the electrical properties of the temperature sensor 1 be avoided or reduced.
Bei Temperaturen im Bereich von der Umgebungstemperatur bis 850°C (vorzugsweise bis 1000°C) weist die äußere Schutzschicht 52 keine chemische Reaktion mit dem Füllmaterial 15 auf. Wenn die äußere Schutzschicht 52 in engem Kontakt mit dem Füllmaterial 15 steht, kann daher eine Qualitätsänderung der äußeren Schutzschicht 52 in einem derartigen Temperaturbereich vermieden werden. Dies verleiht dem Temperatursensor 1 eine höhere Beständigkeit.At temperatures ranging from ambient to 850 ° C (preferably to 1000 ° C), the outer protective layer 52 no chemical reaction with the filler 15 on. If the outer protective layer 52 in close contact with the filling material 15 can therefore, a quality change of the outer protective layer 52 be avoided in such a temperature range. This gives the temperature sensor 1 a higher resistance.
Im Falle des Füllmaterials 15 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt es zudem dank der vorstehend beispielhaft angegebenen Zusammensetzungen keinen Metalldampf und die Diffusion des Gases in die äußere Schutzschicht 52 und die Reaktion des Gases können unterdrückt werden.In the case of the filling material 15 In addition, according to the present embodiment, thanks to the above-exemplified compositions, there is no metal vapor and diffusion of the gas into the outer protective layer 52 and the reaction of the gas can be suppressed.
Die bei dem ersten Ausführungsbeispiel angegebenen übrigen Vorteile gelten ebenso für den Temperatursensor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.The other advantages stated in the first embodiment also apply to the temperature sensor 1 according to the second embodiment.
Im Übrigen kann das Ausbleiben jeglicher chemischer Reaktion bestätigt werden, indem herausgefunden wird, dass keine Füllmaterialbestandteile in die äußere Schutzschicht 52 von dessen äußerer Oberfläche eingedrungen sind, nachdem der in Kontakt mit dem Füllmaterial 15 ausgebildete Thermistorchip 2 in einer Temperaturatmosphäre von 1000°C für 100 Stunden ausgesetzt wurde.Incidentally, the absence of any chemical reaction can be confirmed by finding that there are no filler components in the outer protective layer 52 have penetrated from its outer surface after being in contact with the filler material 15 trained thermistor chip 2 was exposed in a temperature atmosphere of 1000 ° C for 100 hours.
Das Füllmaterial 15 ist zudem aus einem stabilen anorganischen Material zusammengesetzt, das sich bei der Temperatur von 1000°C nicht zersetzt, und das beispielsweise eine Mischung aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Siliziumoxid und Zirkoniumoxid ist, wodurch kein Metalldampf erzeugt wird, und somit davon abgehalten wird, in die äußere Schutzschicht 52 zu diffundieren oder mit ihr zu reagieren.The filling material 15 is also composed of a stable inorganic material which does not decompose at the temperature of 1000 ° C, which is, for example, a mixture of alumina, magnesia, yttria, silica and zirconia, whereby no metal vapor is generated, and thus prevented from in the outer protective layer 52 to diffuse or react with it.
Die übrigen Vorgänge und Wirkungen sind dieselben wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel.The other operations and effects are the same as those in the first embodiment.
(Experimente)(Experiments)
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 werden Experimentaldaten über die Zusammenhänge zwischen den Zugabemengen, die dem in der inneren und äußeren Schutzschicht enthaltenen kristallinen Glas hinzugefügt sind, den Änderungen in den Wärmeausdehnungskoeffizienten, den Änderungen in der Wärmeverspannung im Thermistorchip und den Widerstandsänderungsraten bei dem Thermistorchip bereitgestellt.With reference to the 6 and 7 For example, experimental data are provided on the relationships between the addition amounts added to the crystalline glass contained in the inner and outer protective layers, the changes in the thermal expansion coefficients, the changes in thermal stress in the thermistor chip, and the resistance change rates in the thermistor chip.
Die Experimente wurden unter den folgenden Bedingungen ausgeführt.The experiments were carried out under the following conditions.
Die innere Schutzschicht wurde durch Zugabe eines Thermistormaterials zu einem kristallinen Glas erzeugt.The inner protective layer was formed by adding a thermistor material to a crystalline glass.
Die Zusammensetzung des kristallinen Glases war 30–60 Gewichtsprozent SiO2, 10–30 Gewichtsprozent CaO, 5–25 Gewichtsprozent MgO sowie 0–15 Gewichtsprozent Al2O3. Die Zusammensetzung des Thermistormaterials, das der inneren Schutzschicht zugegeben wurde, war 75–85 mol% Yttriumoxid, 3–8 mol% Chromoxid, 5–15 mol% Manganoxid und 0,5–1,0 mol% Kalziumoxid. Das aus dem Thermistormaterial zusammengesetzte vorstehend beschriebene Additiv wurde dem kristallinen Glas hinzugefügt, wobei dessen Zugabemengen von 0 bis 100 Gewichtsprozent verändert wurden, um verschiedene Arten von inneren Schutzschichten zu erzeugen, deren Zugabemengen sich voneinander unterscheiden. Die bei diesem Experiment verwendete äußere Schutzschicht jedes Temperatursensors war aus kristallinem Glas zusammengesetzt, dem 20 Gewichtsprozent Yttriumoxidmaterial hinzugefügt wurde.The composition of the crystalline glass was 30-60 wt% SiO 2 , 10-30 wt% CaO, 5-25 wt% MgO and 0-15 wt% Al 2 O 3 . The composition of the thermistor material added to the inner protective layer was 75-85 mol% of yttria, 3-8 mol% of chromium oxide, 5-15 mol% of manganese oxide and 0.5-1.0 mol% of calcium oxide. The above-described additive composed of the thermistor material was added to the crystalline glass with its addition amounts of 0 to 100% by weight changed to include various types of inner protective layers produce, whose added amounts differ from each other. The outer protective layer of each temperature sensor used in this experiment was composed of crystalline glass to which 20% by weight of yttria material was added.
Zunächst wurden die verschiedenen Arten innerer Schutzschichten mit jeweils verschiedenen Zugabemengen einer Analyse ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten unterzogen. Die Analyseergebnisse sind durch die durchgezogene Linie in 6A dargestellt. Die gestrichelte Linie in 6A zeigt den Wärmeausdehnungskoeffizienten (85 × 10–7/°C) des Thermistorchips.First, the various types of inner protective layers, each with different addition levels, were subjected to an analysis of their thermal expansion coefficients. The analysis results are indicated by the solid line in 6A shown. The dashed line in 6A shows the thermal expansion coefficient (85 × 10 -7 / ° C) of the thermistor chip.
Als zweites wurde für jeden der unter Verwendung der vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von inneren Schutzschichten erzeugten verschiedenen Temperatursensoren die zwischen der inneren Schutzschicht und dem Thermistorchip erzeugte Verspannung analysiert. Diese Verspannung wird erzeugt, wenn die Temperatur des Thermistorelementes 1000°C beträgt. Die Analyseergebnisse sind in 6B gezeigt.Second, for each of the various temperature sensors produced using the various types of inner protective layers described above, the stress generated between the inner protective layer and the thermistor chip was analyzed. This strain is generated when the temperature of the thermistor element is 1000 ° C. The analysis results are in 6B shown.
Als drittes wurden die Änderungsraten des Widerstands des Thermistorchips für die Temperatursensoren analysiert, die durch Verwendung der vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von inneren Schutzschichten erzeugt wurden. Diese Widerstandsänderungsrate zeigt, um wie viel sich der Widerstand des Thermistorchips relativ zu seinem Anfangswert ändert, nachdem ein Tieftemperaturtest zwischen der Umgebungstemperatur und 1000°C mit 12000 Wiederholzyklen ausgeführt wurde. Die Analyseergebnisse sind in 6C gezeigt.Third, the rates of change of the resistance of the thermistor chip were analyzed for the temperature sensors produced by using the various types of inner protective layers described above. This rate of resistance change shows how much the resistance of the thermistor chip changes relative to its initial value after a low temperature test was performed between the ambient temperature and 1000 ° C with 12000 repetition cycles. The analysis results are in 6C shown.
Wie aus den 6A bis 6C ersichtlich ist, kann die Widerstandsänderungsrate unter 20% gedrückt werden, und die dem Thermistorchip zugefügte Verspannung liegt unter 10 MPa, wenn die Zugabemenge größer gleich 40 Gewichtsprozent ist. Dabei weist die innere Schutzschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 85 × 10–7/°C bis 90 × 10–7/°C auf, und ihre Differenz gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Thermistorchips beträgt weniger als 5 × 10–7/°C. Unter der Voraussetzung, dass die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Thermistorchips und der inneren Schutzschicht 5 × 10–7/°C oder weniger beträgt, ist mit anderen Worten ersichtlich, dass die Widerstandsänderungsrate des Thermistorchips gedrückt werden kann, was eine höhere Beständigkeit des Temperatursensors sicherstellt.Like from the 6A to 6C is apparent, the resistance change rate can be suppressed below 20%, and the stress applied to the thermistor chip is less than 10 MPa when the addition amount is equal to or more than 40% by weight. Here, the inner protective layer has a thermal expansion coefficient of 85 × 10 -7 / ° C to 90 × 10 -7 / ° C, and its difference from the thermal expansion coefficient of the thermistor chip is less than 5 × 10 -7 / ° C. On the assumption that the difference between the thermal expansion coefficients of the thermistor chip and the inner protective layer is 5 × 10 -7 / ° C or less, in other words, it can be seen that the resistance change rate of the thermistor chip can be pressed, ensuring a higher durability of the temperature sensor ,
Im Übrigen zeigen die vorstehend beschriebenen Analyseergebnisse außerdem, dass die innere Schutzschicht nur aus dem Thermistormaterial zusammengesetzt sein kann.Incidentally, the analysis results described above also show that the inner protective layer can be composed only of the thermistor material.
Das nächste Experiment bezog sich auf die äußere Schutzschicht, die durch Zugabe von Yttriumoxidmaterial zu kristallinem Glas erzeugt wurde.The next experiment was on the outer protective layer created by adding yttria to crystalline glass.
In der Praxis sind die Zusammensetzungen des kristallinen Glases dieselben, wie das für die vorstehend beschriebene innere Schutzschicht verwendete kristalline Glas. Die aus dem Yttriumoxidmaterial zusammengesetzten Additive, die dem kristallinem Glas zugegeben werden, werden in der Zugabemenge von 0 bis 30 Gewichtsprozent geändert, so dass verschiedene Arten von äußeren Schutzschichten entstehen, deren Zugabemengen sich voneinander unterscheiden. Die innere Schutzschicht jedes bei dem vorliegenden Experiment verwendeten Temperatursensors setzte sich aus kristallinem Glas zusammen, dem das vorstehend beschriebene Thermistormaterial mit 80 Gewichtsprozent hinzugefügt wurde.In practice, the compositions of the crystalline glass are the same as the crystalline glass used for the inner protective layer described above. The additives composed of the yttria material added to the crystalline glass are changed in the addition amount of 0 to 30% by weight, so that various kinds of outer protective layers are formed whose addition amounts are different from each other. The inner protective layer of each temperature sensor used in the present experiment was composed of crystalline glass to which the above-described 80 wt% thermistor material was added.
Zunächst wurden die verschiedenen Arten von äußeren Schutzschichten mit jeweils verschiedenen Zugabemengen einer Analyse ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten unterzogen. Die Analyseergebnisse sind in 7A durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die gestrichelte Linie in 7A zeigt den Wärmeausdehnungskoeffizienten (94 × 10–7/°C) der Elektrodendrähte.First, the various types of outer protective layers each having different addition amounts were subjected to analysis of their thermal expansion coefficients. The analysis results are in 7A represented by a solid line. The dashed line in 7A shows the thermal expansion coefficient (94 × 10 -7 / ° C) of the electrode wires.
Als zweites wurde für jeden der unter Verwendung der vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von äußeren Schutzschichten erzeugten verschiedenen Temperatursensoren die zwischen der äußeren Schutzschicht und den Elektrodendrähten erzeugte Verspannung analysiert. Diese Verspannung wird auch erzeugt, wenn die Temperatur des Thermistorelementes 1000°C beträgt. Die Analyseergebnisse sind in 7B gezeigt.Second, for each of the various temperature sensors produced using the various types of outer protective layers described above, the stress generated between the outer protective layer and the electrode wires was analyzed. This strain is also generated when the temperature of the thermistor element is 1000 ° C. The analysis results are in 7B shown.
Als drittes wurden für die unter Verwendung der vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von äußeren Schutzschichten erzeugten Temperatursensoren die Änderungsraten des Widerstands des Thermistorchips analysiert. Diese Widerstandsänderungsrate zeigt, um wie viel sich der Widerstand des Thermistorchips relativ zu seinem Anfangswert ändert, nachdem das Thermistorelement in einer reduzierenden Atmosphäre von 1000°C (5% Wasserstoff und 95% Stickstoff) für 10 Stunden belassen worden ist. Die Analyseergebnisse sind in 7C gezeigt. Im Übrigen wurde diese reduzierende Atmosphäre so eingestellt, dass sie schwerwiegender war als die in der Abdeckung enthaltende Atmosphäre, wie sie bei tatsächlichen Temperatursensoren verwendet wird.Third, for the temperature sensors produced using the various types of outer protective layers described above, the rates of change of the resistance of the thermistor chip were analyzed. This resistance change rate shows how much the resistance of the thermistor chip changes relative to its initial value after the thermistor element has been left in a reducing atmosphere of 1000 ° C (5% hydrogen and 95% nitrogen) for 10 hours. The analysis results are in 7C shown. Incidentally, this reducing atmosphere was set to be more severe than the atmosphere contained in the cover as used in actual temperature sensors.
Wie aus den 7A bis 7C ersichtlich ist, kann die Widerstandsänderungsrate auf 20% oder weniger gedrückt werden, wenn die Zugabemenge kleiner gleich 30 Gewichtsprozent beträgt. Dabei weist die äußere Schutzschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 90 × 10–7/°C bis 98 × 10–7/°C auf, und ihre Differenz gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elektrodendrähte beträgt weniger als 4 × 10–7/°C. Es ist mit anderen Worten ersichtlich, dass unter der Voraussetzung, dass die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elektrodendrähte und der äußeren Schutzschicht 4 × 10–7/°C oder weniger beträgt, die Widerstandsänderungsrate des Thermistorchips gedrückt werden kann, was eine höhere Beständigkeit des Temperatursensors sicherstellt.Like from the 7A to 7C is apparent, the resistance change rate can be suppressed to 20% or less when the addition amount is less than or equal to 30% by weight. Here, the outer protective layer has a thermal expansion coefficient of 90 × 10 -7 / ° C to 98 × 10 -7 / ° C, and its difference from the coefficient of thermal expansion of the electrode wires is less than 4 × 10 -7 / ° C. In other words, assuming that the difference between the thermal expansion coefficients of the electrode wires and the outer protective layer is 4 × 10 -7 / ° C or less, the resistance change rate of the thermistor chip can be suppressed, resulting in higher durability of the temperature sensor ensures.
Wenn noch bevorzugter die Zugabemenge 10–20 Gewichtsprozent beträgt, kann die Änderungsrate des Widerstands des Thermistorchips noch kleiner ausgebildet werden.More preferably, the addition amount is 10-20% by weight, the rate of change of the resistance of the thermistor chip can be made even smaller.
Im Hinblick darauf, dass vermieden wird, dass ein großes Ausmaß an Wärmeverspannung zwischen der inneren und der äußeren Schutzschicht verursacht wird, ist es wünschenswert, dass die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der inneren und äußeren Schutzschicht auf 5 × 10–7/°C bis 9 × 10–7/°C eingestellt wird.In view of preventing a large amount of heat stress from being caused between the inner and outer protective layers, it is desirable that the difference between the thermal expansion coefficients of the inner and outer protective layers be 5 × 10 -7 / ° C to 9 × 10 -7 / ° C is set.
Die Erfindung kann auf verschiedenerlei Weise ausgeführt werden, ohne vom Erfindungsbereich abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher lediglich zur Verdeutlichung und nicht einschränkend gedacht, da der Erfindungsbereich durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung definiert ist. Alle unter den Bereich der Patentansprüche fallenden Änderungen und Äquivalente sind daher als von den Patentansprüchen umfasst anzusehen.The invention can be carried out in various ways without departing from the scope of the invention. The embodiments described above are therefore intended to be illustrative only and not restrictive, as the scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description. All changes and equivalents falling within the scope of the claims are therefore to be regarded as covered by the patent claims.
Vorstehend offenbart ist ein Temperatursensor mit einem Thermistorelement, dass einen Thermistorchip aufweist, dessen elektrische Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern, einem Hüllstift, der ein Paar Signaldrähte enthält, das mit einem Paar Elektrodendrähte des Thermistorelementes in einem Zustand verbunden ist, bei dem ein Vorderende der Elektrodendrähte freigelegt ist, und einer Abdeckung, die zum Abdecken eines oberen Teils des Thermistorelementes zugewiesen ist, wobei das Thermistorelement den Thermistorchip und eine innere und eine äußere Schutzschicht umfasst, welche den Thermistorchip zusammen mit einem Teil der Elektrodendrähte versiegeln, und wenn ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Thermistorchips als k1 definiert ist, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodendrähte als k2 definiert ist, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der inneren Schutzschicht als k3 definiert ist und ein Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schutzschicht als k4 definiert ist, die Ungleichungen |k1–k3| < |k1–k2| und |k2–k4| < |k2–k3| gelten.Hereinabove disclosed is a temperature sensor having a thermistor element having a thermistor chip whose electrical characteristics change with temperature, an enveloping pin containing a pair of signal wires connected to a pair of electrode wires of the thermistor element in a state where a front end of the thermistor element Electrode wires is exposed, and a cover, which is assigned to cover an upper part of the thermistor element, wherein the thermistor element comprises the Thermistorchip and an inner and an outer protective layer, which seal the Thermistorchip together with a part of the electrode wires, and if a coefficient of thermal expansion of the Thermistorchips is defined as k1, a coefficient of thermal expansion of the electrode wires is defined as k2, a coefficient of thermal expansion of the inner protective layer is defined as k3, and a coefficient of thermal expansion of the outer protective layer is defined as k4, i ie inequalities | k1-k3 | <| k1-k2 | and | k2-k4 | <| k2-k3 | be valid.
