DE102015113606B4

DE102015113606B4 - Temperatursensor

Info

Publication number: DE102015113606B4
Application number: DE102015113606.6A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Yoshida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: JP2016045188A; DE102015113606A1; JP6459757B2; US20160054182A1; US9891118B2

Abstract

Ein Temperatursensor (1) weist ein Metallrohr (3) auf, welches ein wärmeempfindliches Element (2) enthält und mit einem isolierenden Füllmaterial (4) gefüllt ist, und ein Gehäuse (5), in welchem das Metallrohr (3) befestigt ist. Das Metallrohr (3) weist einen Teil (31) kleinen Durchmessers und einen Teil (32) großen Durchmessers auf. Das distale Ende des Teils (31) kleinen Durchmessers ist über eine virtuelle Linie (M) hinaus platziert. Die virtuelle Linie (M) tritt durch eine Mitte eines maximalen virtuellen Kreises (C0) durch, welcher ein einbeschriebener Kreis ist, welcher wenigstens drei innere Oberflächen einer Leitung (6) in einem Querschnitt rechtwinklig zu einer axialen Richtung der Leitung (6) berührt und der rechtwinklig zu einer Mittelachsenlinie des Metallrohrs (3) ist. Die Gesamtheit des Teils (31) kleinen Durchmessers und des Teils (32) großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial (4) gefüllt ist, sind innerhalb eines mittleren virtuellen Kreises (C1) platziert, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreis (C0) ist und einen Innendurchmesser von 2/3 desjenigen des maximalen virtuellen Kreises (C0) hat.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-169716 , welche am 22. August 2014 eingereicht wurde, und Nr. 2015-91919 , welche am 28. April 2015 eingereicht wurde, deren gesamte Inhalte hiermit durch Bezugnahme mit eingebunden sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperatursensor, welcher ein wärmeempfindliches Element aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
DE 10 2005 030 643 A1 beschreibt ein Befestigungselement eines Temperaturfühlers, das zwischen einem Aufnahmesitz und einem Verbindungsteil einen vibrationsfesten Verstärkungsteil so aufweist, dass er einen in Längsrichtung langen Teil eines Mantelelements umgibt und dadurch dessen Bewegungsbereich eng beschränkt.
DE 10 2007 000 073 A1 beschreibt einen Temperatursensor umfassend ein Thermistorelement mit einem Paar von Elektrodendrähten, einen Hülsenstift mit einem Paar von Signaldrähten, die darin angebracht sind und entsprechend mit dem Paar von Elektrodendrähten verbunden sind, wobei ein Endabschnitt der Signaldrähte von dem Hülsenstift zu einem Vorderteil des Temperatursensors freigelegt ist, eine Abdeckung, die an einem Vorderteilabschnitt des Temperatursensors angeordnet ist, um das Thermistorelement abzudecken, ein Bindemittel, das derart platziert ist, um das Paar von Elektrodendrähten zusammenzufügen und zu fixieren, und ein isolierendes Halteelement, das das Bindemittel verankert, um das Bindemittel um die Elektrodendrähte herum zu halten.
DE 10 2006 035 413 B4 beschreibt einen Temperatursensor, der ein Thermistorelement aufweist, das mit einem Elektrodenpaar, einem Mantelzapfen, in dem ein Signalleitungspaar eingebaut ist, und mit einer Umhüllung, die das Thermistorelement umgibt, ausgestattet ist. Ein Vorderteil jeder Signalleitung ragt aus dem Mantelzapfen heraus. Die Umhüllung ist an einem Vorderteil des Temperatursensors platziert. Die Umhüllung weist ein Kontaktpositionierteil auf, mit dem das Vorderteil des Mantelzapfens kontaktiert wird. Klebstoff wird in einen Abstand zwischen der Umhüllung und dem Thermistorelement vor dem Vorderteil des Kontaktpositionierteils eingefüllt. Durch den Klebstoff wird das Thermistorelement an die Umhüllung gestützt und fixiert. Ein vor dem Vorderteil des Mantelzapfens ausgebildeter vorderer innerer Raum, und ein an einer hinteren Seite des Vorderteils des Mantelzapfens ausgebildeter peripherer innerer Raum, sind zwischen dem Vorderteil des Mantelzapfens und der inneren Oberfläche der Umhüllung ausgebildet.
Es ist bekannt, einen temperaturabtastenden Teil bzw. temperaturfühlenden Teil eines wärmeempfindlichen Elements durch ein Metallrohr eines Temperatursensors geschützt innerhalb einer Leitung anzuordnen, zum Zweck des Messens der Temperatur eines Fluids, welches durch die Leitung strömt, beispielsweise der Temperatur eines Abgases, welches durch eine Abgasleitung einer internen Verbrennungsmaschine strömt. Das Metallrohr ist an einem Gehäuse angebracht, um an der Leitung befestigt zu sein. Die Temperaturen eines Teils des Metallrohrs und des wärmeempfindlichen Elements, welches in der Nachbarschaft der axialen Mitte der Leitung platziert ist, werden nahezu gleich zu der Temperatur des Fluids, welches entlang der Nachbarschaft der axialen Mitte der Leitung strömt. Andererseits wird die Wärme eines anderen Teils des Metallrohrs, welches in der Nachbarschaft eines radialen Umfangsteils der Leitung platziert ist, zu dem Gehäuse, welches außerhalb der Leitung angeordnet ist, abgeleitet. Wenn dieser Wärmeableitungs- bzw. Wärmedissipations-Betrag groß wird, kann der gemessene Wert des Temperatursensors unzuverlässig werden.
Beispielsweise weist der Temperatursensor, welcher in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2008-286790 beschrieben ist, ein wärmeempfindliches Element, welches innerhalb einer Strömungspassage anzuordnen ist, Signaldrähte, welche mit dem wärmeempfindlichen Element an distalen Enden davon verbunden sind und mit Leitungsdrähten zum Verbinden mit einer externen Schaltung an den proximalen Enden davon verbunden sind, ein Hüllenelement, welches darin die Signaldrähte hält, und ein Halteelement auf, welches den Außenumfang des Hüllenelements hält. Die Erstreckungslänge des Temperatursensors oder die Länge zwischen dem inneren Umfang der Strömungspassage und der Mitte des wärmeempfindlichen Elements ist größer eingestellt als oder gleich 50 mm, so dass die Temperatur eines Fluids, welches durch die Strömungspassage strömt, mit einem hohen Grad von Genauigkeit gemessen werden kann.
Da jedoch angenommen wird, dass der Temperatursensor für Leitungen verwendet wird, deren innere Durchmesser größer als oder gleich 100 mm sind, kann er nicht für Leitungen verwendet werden, deren innere Durchmesser kleiner als 100 mm sind. Allgemein sind Ansaugleitungen, Abgasleitungen bzw. Auspuffleitungen und Leitungen für ein EGR (Abgasrezirkulation=Exhaust Gas Recirculation=EGR)-System kleiner als 100 mm im Durchmesser. Demzufolge ist es, um solch einen Temperatursensor für diese Leitungen kleinen Durchmessers zu verwenden, notwendig, Mittel für eine große Verringerung der Wärmeableitung von dem Metallrohr zu dem Gehäuse zu ersinnen.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht einen Temperatursensor vor, der Folgendes aufweist:

ein wärmeempfindliches Element;
ein Metallrohr, welches darin das wärmeempfindliche Element enthält, wobei ein distales Ende davon, an welchem das wärmeempfindliche Element angeordnet ist, geschlossen ist;
ein Isolierfüllmaterial, welches in das Metallrohr gefüllt ist; und ein Gehäuse, an welchem ein proximaler Endabschnitt des Metallrohrs fixiert bzw. befestigt ist, wobei das Gehäuse an eine Leitung angepasst ist, durch welche ein Messgas strömt,
wobei wenigstens ein distaler Endabschnitt des Metallrohrs innerhalb der Leitung angeordnet ist, wobei
das Metallrohr einen Teil kleinen Durchmessers aufweist, welcher an einer distalen Endseite davon platziert ist, und einen Teil großen Durchmessers, welcher an einer proximalen Endseite des Teils kleinen Durchmessers platziert ist und einen Außendurchmesser hat größer als einen Außendurchmesser des Teils kleinen Durchmessers,
der Außendurchmesser des Teils kleinen Durchmessers in einem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm ist, ein Verhältnis einer Länge des Teils kleinen Durchmessers zu dem Außendurchmesser des Teils kleinen Durchmessers in einem Bereich zwischen 8 und 15 ist,
das Füllmaterial kontinuierlich in eine Gesamtheit des Teils kleinen Durchmessers und einen Teil des Teils großen Durchmessers gefüllt wird,
ein distales Ende des Teils kleinen Durchmessers über eine virtuelle Linie hinaus platziert ist, wenn von dem Teil großen Durchmessers betrachtet, wobei die virtuelle Linie eine Mitte eines maximalen virtuellen Kreises passiert bzw. durchtritt, welcher ein einbeschriebener Kreis ist, welcher wenigstens drei Punkte auf einer inneren Oberfläche der Leitung in einem Querschnitt rechtwinklig zu einer axialen Richtung der Leitung berührt, und rechtwinklig zu einer Mittelachsenlinie des Metallrohrs ist, und
die Gesamtheit des Teils kleinen Durchmessers und der Teil des Teils großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial gefüllt ist, innerhalb eines mittleren virtuellen Kreises platziert sind, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreis ist und einen Innendurchmesser von 2/3 eines Durchmessers des maximalen virtuellen Kreises hat.

Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist ein Temperatursensor vorgesehen, welcher in der Lage ist, eine Temperatur eines Gases, welches durch eine Leitung kleinen Durchmessers strömt, mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu messen.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, welche die Zeichnungen und die Ansprüche aufweist, offensichtlich.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen:

1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Temperatursensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung einer Leitung, in welcher der Temperatursensor montiert bzw. angebracht ist;
3 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung einer anderen Leitung, in welcher der Temperatursensor montiert ist;
4 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung einer anderen Leitung, in welcher der Temperatursensor montiert ist;
5 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung einer anderen Leitung, in welcher der Temperatursensor montiert ist;
6 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der axialen Richtung einer anderen Leitung, in welcher der Temperatursensor mit einer Neigung bzw. Abschrägung montiert ist; und
7 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Temperatursensors in der axialen Richtung einer Leitung, in welcher der Temperatursensor montiert ist.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein Temperatursensor 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Der Temperatursensor 1 ist in einer Abgas- oder Ansaugleitung 6 einer internen Verbrennungsmaschine eines Automobils, welches mit einem EGR-System zum Messen der Temperatur des Abgases oder rezirkulierten Abgases, welches durch die Leitung 6 strömt, vorgesehen ist, montiert. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Temperatursensor 1 ein wärmeempfindliches Element 2, ein Metallrohr 3, ein Füllmaterial 4 und ein Gehäuse 5 auf. Wenigstens ein Teil des Metallrohrs 3 ist innerhalb der Leitung 6 platziert. Das wärmeempfindliche Element 2 hat einen elektrischen Widerstand, welcher sich abhängig von der Umgebungstemperatur ändert. Das Metallrohr 3, welches darin das wärmeempfindliche Element 2 hält, ist an der distalen Endseite, an welcher ein Wärmeabtastteil bzw. Wärmefühler 21 des wärmeempfindlichen Elements 2 angeordnet ist, geschlossen. Das Füllmaterial 4, welches eine gute Isolierfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit hat, ist in das Metallrohr 3 gefüllt, um das wärmeempfindliche Element 2 zu umgeben. Das Gehäuse 5 befestigt bzw. hält den proximalen Endabschnitt des Metallrohrs 3 und ist an die Leitung 6, durch welche ein Messgas G strömt angepasst. Das Metallrohr 3 weist einen Teil 31 kleinen Durchmessers an der distalen Seite und einen Teil 32 großen Durchmessers, welcher an der Seite des proximalen Endes des Teils 31 kleinen Durchmessers platziert ist und einen Durchmesser größer als denjenigen des Teils 31 des kleinen Durchmessers hat, auf.
Der Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers ist in dem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm und das Verhältnis L1/D der Länge L1 des Teils 31 kleinen Durchmessers zu dem Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers ist in dem Bereich zwischen 8 und 15. Das Füllmaterial 4 wird kontinuierlich in die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und einen Teil des Teils 32 großen Durchmessers gefüllt. Wie in 2 gezeigt ist, ist das distale Ende 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers über eine virtuelle Linie M hinaus platziert, wenn von dem Teil 32 großen Durchmessers betrachtet, wobei die virtuelle Linie M durch die Mitte O eines maximalen virtuellen Kreises C0 hindurchtritt, welcher der einbeschriebene Kreis ist, welcher wenigstens drei Punkte auf einer inneren Oberfläche der Leitung 6 berührt (beispielsweise alle Punkte auf einer inneren Oberfläche 601 in dem Fall, der in 2 gezeigt ist, wobei die Querschnittsform der Leitung 6 kreisförmig ist; vier Punkte auf einer inneren Oberfläche 602 in dem Fall, der in 3 gezeigt ist, wobei die Querschnittsform der Leitung 6 quadratisch bzw. viereckig ist; oder drei Punkte auf einer inneren Oberfläche 603 in dem Fall, der in 5 gezeigt ist, wobei die Querschnittsform der Leitung 6 unregelmäßig ist), und rechtwinklig zu der Mittelachsenlinie L des Metallrohrs 3 ist. Der Temperatursensor 1 wird in einem Zustand verwendet, in dem die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und ein Teil (zwischen dem distalen Ende 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers und der Endoberfläche 401 des Füllmaterials 4) des Teils 32 großen Durchmessers, wobei der Teil mit dem Füllmaterial 4 gefüllt ist, innerhalb eines mittleren virtuellen Kreises C1 platziert sind, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreis C0 ist und einen Innendurchmesser von 2/3 E hat, wobei E der Innendurchmesser des maximalen virtuellen Kreises C0 ist. 2 zeigt den Querschnitt des Temperatursensors 1 in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung H der Leitung 6.
Der Innendurchmesser der Leitung 6 ist kleiner als 100 mm. Die Leitung 6 hat einen kreisförmigen Querschnitt. Die Mittelachsenlinie des Metallrohrs 3 (und des Temperatursensors 1) erstreckt sich in der radialen Richtung der Leitung 6 und in der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung H der Leitung 6. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Leitung 6 größer als oder gleich 40 mm. Der Durchmesser des maximalen virtuellen Kreises C0 kann in dem Bereich zwischen 40 mm und 100 mm für verschieden Querschnittsformen der Leitung 6 sein.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die Querschnittsform der Leitung 6 quadratisch bzw. viereckig sein. In diesem Fall ist der Temperatursensor 1 an einem flachen Seitenabschnitt der Leitung 6 befestigt. In diesem Fall berührt der maximale virtuelle Kreis C0 die innere Oberfläche 602 jedes flachen Seitenabschnitts der Leitung 6. Wenn die Querschnittsform der Leitung 6 kreisförmig ist, wie in 4 gezeigt ist, kann der Temperatursensor 1 parallel zu einer virtuellen geraden Linie N2 angeordnet sein, welcher parallel zu einer virtuellen geraden Linie N1 versetzt ist, welche durch die Mitte des Querschnitts der Leitung 6 hindurchtritt. Wie in 5 gezeigt ist, kann die Leitung 6 eine unregelmäßige Form haben, gebildet durch gerade Linien und gekrümmte Linien, wie in 5 gezeigt ist. In diesem Fall berührt der maximale virtuelle Kreis C0 die innere Oberfläche 603 der Leitung 6, welche die unregelmäßige Form hat. Ebenso in dem Fall der 4 oder 5 tritt die virtuelle Linie M durch die Mitte O des maximalen virtuellen Kreises C0 hindurch und schneidet orthogonal die Mittelachsenlinie L des Metallrohrs 3.
Wie in 6 gezeigt ist, kann die Mittelachsenlinie L des Metallrohrs 3 stromaufwärts oder stromabwärts des Stroms des Messgases G innerhalb 45° von der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung H der Leitung 6 abgeschrägt bzw. geneigt sein. In diesem Fall ist das Gehäuse 5 an der Leitung 6 derart befestigt, dass die Mittelachse L des Metallrohrs 3 sich von der axialen Richtung H der Leitung 6 neigt. Ebenso in diesem Fall sind die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und der Teil des Teils 32 großen Durchmessers mit dem Füllmaterial 4 innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert. Wenn die Mittelachsenlinie L des Metallrohrs 3 stromaufwärts oder stromabwärts des Stroms des Messgases G über 45° von der Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung H der Leitung 6 geneigt ist, ist es wahrscheinlich, dass das Metallrohr 3 aufgrund von Vibration der Leitung 6 vibriert.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Leitung 6 mit einem Montageteil bzw. Formstück bzw. einer Halterung zum Befestigen des Gehäuses 5 an der Leitung 6 vorgesehen. Die Halterung 61 ist mit einem Einführloch 611 gebildet, durch welches das Metallrohr 2 des Temperatursensors 1 eingeführt wird. Das Gehäuse 5 ist in den Einpassteil 61 eingepasst, wobei das Metallrohr 2 in das Einführloch 611 eingeführt ist. Das Gehäuse 5 ist an einen mit Gewinde versehenen Abschnitt, welcher in dem Einführloch 611 gebildet ist, an seinem mit Gewinde versehenen Abschnitt geschraubt. Der Teil 32 großen Durchmessers des Metallrohrs 3 kann in einer Form gebildet sein, in welcher sein Durchmesser in Richtung seines proximalen Endabschnitts in zwei oder mehr Schritten bzw. Stufen zunimmt.
Wie in den 2 und 7 gezeigt ist, kann der proximale Endabschnitt des Metallrohrs 3 des Temperatursensors 1 weiter außerhalb platziert sein als die inneren Oberfläche 601, 602 oder 603 der Leitung 6. Die Länge L3 von dem proximalen Ende 321 des Metallrohrs 3 zu der inneren Oberfläche 601, 602 oder 603 der Leitung 6 kann kleiner sein als oder gleich 0,5 mal der gesamten Länge L2 des Metallrohrs 3. Die Länge L3 kann eingestellt sein auf einen angemessenen Wert abhängig von dem Innendurchmesser der Leitung 6 und der Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3. Die Position des Metallrohrs 3 in der radialen Richtung der Leitung 6 kann angepasst werden durch ein Anpassen der Position des Gehäuses 5 hinsichtlich der axialen Richtung des Einführlochs 611.
Das Füllmaterial 4 ist aus einem Harz wie beispielsweise Polyimid oder Silikon, welches Keramik wie beispielsweise AlN (Aluminiumnitrid), Al₂O₃ (Aluminiumoxid), SiC (Siliziumkarbid) oder SiN (Siliziumnitrid) als einen Zuschlagstoff bzw. Komplex enthält, gefertigt. Eine Verwendung des Füllmaterials 4 macht es möglich, ein Paar von Elektrodendrähten 22 innerhalb des Teils 31 kleinen Durchmessers des Metallrohrs 3 zu halten, um die Elektrodendrähte 22 vor Vibration zu schützen. Da der Komplex bzw. Zuschlagstoff des Füllmaterials 4 aus Keramik gefertigt ist, kann der Wärmeübertrag von dem Metallrohr 3 auf das wärmeempfindliche Element 2 begünstigt bzw. gefördert werden. Weiterhin stellen diese Keramiken einen Isolierwiderstand zwischen den Elektrodendrähten 22 sicher. Es ist ein Raum K innerhalb des Teils 32 großen Durchmessers des Metallrohrs 3 gebildet. Zwischen dem Teil 31 kleinen Durchmessers und dem Teil 32 großen Durchmessers ist ein verjüngender Stufenabschnitt 33 gebildet. Das Füllmaterial 4 ist in das gesamte Innere des Teils 31 kleinen Durchmessers und den Stufenabschnitt 33 und auch einen Teil des Inneren des Teils 32 großen Durchmessers gefüllt.
Da der Durchmesser des Teils 32 großen Durchmessers größer ist als derjenige des Teils 31 kleinen Durchmessers, kann die Befestigungsstärke zwischen dem proximalen Endabschnitt des Metallrohrs 3 und dem Gehäuse 5 hoch gemacht werden. Insbesondere in dem Fall, in dem der Temperatursensor 1 für eine interne Automobilverbrennungsmaschine verwendet wird, deren Vibrationsniveau sehr hoch ist, kann, da das Metallrohr 3 schwer frei zu bewegen ist, verhindert werden, dass das Metallrohr 3 beschädigt wird. Weiterhin ist, da der Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers in dem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm ist, das Metallrohr 3 auch schwer frei zu bewegen, es kann verhindert werden, dass das Metallrohr 3 beschädigt wird. Zusätzlich kann, da das wärmeempfindliche Element 2, welches innerhalb des Teils 31 kleinen Durchmessers angeordnet ist, leicht der Temperaturänderung des Messgases G folgen kann, die Verantwortung des Temperatursensors 1 hoch gemacht werden. Wenn der Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers kleiner als 1 mm ist, kann die Stärke des Teils 31 kleinen Durchmessers nicht ausreichend sein. Andererseits gibt es, wenn der Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmesser größer als 3 mm ist, ein Bedenken, dass das wärmeempfindliche Element 2 nicht leicht der Temperaturänderung des Messgases G folgen kann.
Das Verhältnis L1/D der Länge L1 des Teils 31 kleinen Durchmessers zu dem Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers ist in dem Bereich zwischen 8 und 15. Dies macht es möglich, jede der Messgenauigkeit und der Stärke auf einem ausreichend hohen Niveau aufrechtzuerhalten. Wenn das Verhältnis L1/D kleiner als 8 ist, gibt es ein Bedenken, dass die Wärmeableitung von dem Metallrohr 3 zu dem Gehäuse 5 übermäßig werden könnte, was verursacht, dass die Messgenauigkeit des Temperatursensors 1 erniedrigt wird. Andererseits gibt es, wenn das Verhältnis L1/D kleiner als 15 ist, ein Bedenken, dass die Stärke des Metallrohrs 3 nicht ausreichend werden kann.
Die Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3 ist in dem Bereich zwischen 20 mm und 50 mm. Die Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3 wird abhängig von dem Innendurchmesser der Leitung 6 bestimmt. Der Teil 32 großen Durchmessers des Metallrohrs 3 kann in einer Form gebildet werden, in welcher sein Durchmesser in Richtung seines proximalen Endabschnitts in zwei Schritten zunimmt. Der Abstand F von dem proximalen Ende 321 des Metallrohrs 3 zu der Endoberfläche 401 des Füllmaterials 4 ist in dem Bereich zwischen 5 mm und 40 mm. Wenn der Abstand F kleiner ist als 5 mm, wird die Wärmeableitung von dem Metallrohr 3 zu dem Gehäuse 5 übermäßig. Andererseits kann, wenn der Abstand F größer als 40 mm ist, die Stärke der Hüllendrähte 23, welche mit den Elektrodendrähten 22 verbunden sind, unausreichend werden.
Das wärmeempfindliche Element 2 ist aus einem Thermistor bzw. wärmeabhängigen Widerstand gebildet, dessen elektrischer Widerstand sich in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur ändert. Die Elektrodendrähte 22 sind von dem wärmeabtastenden Teil 21 des wärmeempfindlichen Elements 2 gezogen, um mit den Hüllendrähten, 23, welche innerhalb eines isolierenden Rohrs angeordnet sind, verbunden zu sein. Die Hüllendrähte 23 sind in das Gehäuse 5 gezogen. In dieser Ausführungsform wird der Temperatursensor 1 zum Messen der Temperatur des Messgases G verwendet, welcher kleiner oder gleich 500 °C ist. Durch ein Verwenden eines Thermistors als das wärmempfindliche Element 2 und eine einfache elektrische Schaltung kann die Empfindlichkeit des Temperatursensors 1 für die Temperatur erhöht werden. Der wärmeabtastende Teil 21 des wärmeempfindlichen Elements 2 ist durch ein elektrisch isolierendes Glaselement 24 abgedichtet bzw. versiegelt, so dass der Thermistor, welcher hohen Temperaturen ausgesetzt ist, vor einer thermischen Verschlechterung bzw. thermischen Alterung geschützt werden kann.
Die Form des Metallrohrs 3 und die Position des Metallrohrs 3 relativ zu der Leitung 6 sind wohl ausgebildet, so dass die Temperaturmessgenauigkeit hoch erhalten wird, auch wenn der Innendurchmesser der Leitung 6 klein ist, und zwar durch ein Unterdrücken der Wärmedissipation von dem Metallrohr 3 zu dem Gehäuse 5. Besonders ist der Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers in dem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm und das Verhältnis L1/D der Länge L1 des Teils 31 kleinen Durchmessers zu dem Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers ist in dem Bereich zwischen 8 und 15. Das Füllmaterial 4 wird kontinuierlich in die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und einen Teil des Teils 32 großen Durchmessers gefüllt. Das distale Ende 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers ist über die virtuelle Linie M hinaus platziert, wenn von der Seite des Teils 32 großen Durchmessers betrachtet, und die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und der Teil des Teils 32 großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial 4 gefüllt ist, sind innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreis C0 ist und den Innendurchmesser von 2/3 E hat.
Demzufolge ist die Gesamtheit des Teils, welcher mit dem Füllmaterial 4 des Metallrohrs 3 gefüllt ist, welcher eine gute thermische Leitfähigkeit hat, innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 in einem Mittelbereich bzw. einer Mittelfläche der Leitung 6 platziert. Ein Teil des Metallrohrs 3 so breit wie möglich ist innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert. Die Temperaturverteilung der Leitung 6 ist ausreichend einheitlich innerhalb dieses mittleren virtuellen Kreises C1. Demzufolge kann, da die thermische Leitfähigkeit in der Nachbarschaft des wärmeempfindlichen Elements 2 hoch ist, die Temperatur des wärmeabtastenden Teils 20 des wärmeempfindlichen Elements 2 veranlasst werden kann, schnell die Temperatur des Messgases in der Leitung 6 zu erreichen. Der andere Teil, welcher nicht mit dem Füllmaterial 4 des Metallrohrs 3 gefüllt ist, welcher eine schlechte Leitfähigkeit hat, ist außerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 in dem Mittelbereich bzw. der Mittelfläche der Leitung 6 platziert. Die Temperatur in der Leitung 6 tendiert dazu, an der Außenseite des mittleren virtuellen Kreises C1 niedrig zu sein. Demzufolge kann die Wärmeableitung von dem Metallrohr 3 zu dem Gehäuse 5 durch ein Platzieren des Teils, welcher eine schlechte Leitfähigkeit hat, an dem Platz, welcher in der Temperatur in der Leitung 6 niedrig ist, unterdrückt werden, um dadurch den Messfehler der Temperatur des Messgases G durch den Temperatursensor zu verringern. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, den Fehler zu verringern, auch wenn der Innendurchmesser der Leitung 6 kleiner als 100 mm ist.
Um Unterschiede der Wirkung abhängig von der Positionsbeziehung zwischen der Leitung 6 und dem Temperatursensor 1 zu bestätigen, wurden verschiedene Bestätigungstests durchgeführt. In diesen Bestätigungstests, welche untenstehend beschrieben sind, sind die Position, an welcher das distale Ende 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers des Metallrohrs 3 platziert ist, und der Zustand, dass die Gesamtheit des Teils, welcher mit dem Füllmaterial 4 des Metallrohrs 3 gefüllt ist, innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert ist, dieselben wie diejenigen in der ersten Ausführungsform.
Bestätigungstest 1
In diesem Test wurde ein angemessener Bereich des Verhältnisses L1/D (siehe 1) der Länge L1 (siehe 1) zu dem Außendurchmesser D des Teils 31 kleinen Durchmessers bestätigt. Insbesondere wurden ein Temperaturmesstest und ein Vibrationstest durchgeführt. In dem Temperaturmesstest wurde der Unterschied zwischen der tatsächlichen Temperatur TO (wahre Temperatur) und der Temperatur T1, welche durch den Temperatursensor 1 gemessen wurde, gemessen, während das Verhältnis L1/D in dem Bereich zwischen 5 und 20 geändert wurde. In dem Vibrationstest wurde überprüft, ob die Vibration des Temperatursensors 1 innerhalb eines zulässigen Niveaus war, wenn die Leitung 6 vibriert wurde, während das Verhältnis L1/D in dem Bereich zwischen 5 und 20 geändert wurde. In dem Vibrationstest wurde die Leitung 6 mit 40G (392 m/s²) vibriert. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Bestätigungstests 1. Tabelle 1

L1/D T/TO VIBRATION

5 1.2 ○

7 1.1 ○

8 1 ○

10 1 ○

12 1 ○

15 1 ○

17 1 ×

20 1 ×
Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, ist, wenn das Verhältnis L1/D 5 oder 7 ist, der Wert T/T1 größer als 1, was bedeutet, dass ein Fehler in der Temperaturmessung auftritt. Wenn das Verhältnis L1/D 17 oder 20 ist, ist die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests „X“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 das zulässige Niveau überschreitet. Diese Ergebnisse zeigen, dass, wenn das Verhältnis L1/D 8, 10, 12 oder 15 ist, der Wert T/T1 gleich 1 ist, was bedeutet, dass der Temperaturmessfehler sehr klein ist, und die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests ist „O“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 innerhalb des zulässigen Niveaus ist. Demzufolge kann geschlossen werden, dass, wenn das Verhältnis L1/D in dem Bereich zwischen 8 und 15 eingestellt wird, der Temperatursensor 1 eine herausragende Leistungsfähigkeit sowohl in der Messgenauigkeit als auch der Messstärke zeigt.
Bestätigungstest 2
In diesem Test wurde eine angemessener Bereich des Abstandes F (siehe 1) von dem proximalen Ende 321 des Metallrohrs 3 zu der Endoberfläche 401 des Füllmaterials 4 bestätigt. Insbesondere wurde der Wert von T/TO gemessen, während der Abstand F in dem Bereich zwischen 0 mm und 7 mm geändert wurde. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Bestätigungstests. Tabelle 2

F(mm) T/TO

0 0.95

3 0.98

5 1

7 1
Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, ist, wenn der Abstand F 0 mm oder 3 mm ist, der Wert T/TO kleiner als 1, was bedeutet, dass einige Fehler in der Temperaturmessung auftreten. Andererseits ist, wenn der Abstand F 5 mm oder 7 mm ist, der Wert T/T1 gleich 1, was bedeutet, dass nahezu kein Fehler in der Temperaturmessung auftritt. Demzufolge kann geschlossen werden, dass, wenn das Verhältnis L1/D größer als oder gleich 5 mm eingestellt wird, der Temperatursensor 1 eine herausragende Leistungsfähigkeit in der Temperaturmessgenauigkeit zeigt.
Bestätigungstest 3
In diesem Test wurde die Wirkung bestätigt, welche durch ein Platzieren des distalen Endes 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers des Metallrohrs 3 über die virtuelle Linie M hinaus, wenn von der Seite des Teils 32 großen Durchmessers betrachtet, und ein Platzieren der Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und des Teils des Teils 32 großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial 4 gefüllt ist innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 erhalten wurde. Insbesondere wurde der Wert von T/TO für jeden der Fälle gemessen, in dem das distale Ende 311 des Teils 31 kleinen Durchmessers des Metallrohrs 3 über die virtuelle Linie M hinaus, wenn von der Seite des Teils 32 großen Durchmessers betrachtet, war, und den Fall, in dem es vor der virtuellen Linie M war, wenn von der Seite des Teils 32 großen Durchmessers betrachtet.
Genauer wurde der Wert T/TO für jeden der Fälle gemessen, in dem das distale Ende 311 an bzw. bei der Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO platziert war, in dem Fall, in dem das distale Ende 311 unter einem Abstand von 1/2E, 1/2,5E, 1/3E und 1/5E jeweils über die Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO hinaus platziert war und dem Fall, in dem das distale Ende 311 unter einem Abstand von -1/5E, -1/3E, 1/2E und -1/2,5E jeweils vor der Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO platziert war. Im Übrigen sind in dem Fall, in dem das distalen Ende 311 unter einem Abstand von 1/3E oder 1/5E über die Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO hinaus platziert waren, die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und der Teil des Teils 32 großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial 4 gefüllt ist, innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Bestätigungstests 3. Tabelle 3

DISTALE ENDPOSITION T/TO

1/2E 0.8

1/2.5E 0.9

1/3E 1

1/5E 1

0 0.99

-1/5E 0.98

-1/3E 0.9

-1/2.5E 0.85

-1/2E 0.8
Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, treten, wenn die Position des distalen Endes 311 unter einem Abstand von 1/2E oder 1/2,5E über die Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO hinaus ist, einige Fehler in der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 1 auf. Ebenso treten, wenn die Position des distalen Endes 311 unter einem Abstand von -1/5E, -1/3E, -1/2,5E oder -1/2E vor der Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO ist, einige Fehler in der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 1 auf. Andererseits treten, wenn die Position des distalen Endes 311 bei einem Abstand von 1/3E oder 1/5E über die Mitte O des maximalen virtuellen Kreises CO hinaus ist, nahezu keine Fehler in der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 1 auf. Demzufolge kann geschlossen werden, dass, wenn die Gesamtheit des Teils 31 kleinen Durchmessers und der Teil des Teils 32 großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial 4 gefüllt ist, innerhalb des mittleren virtuellen Kreises C1 platziert sind, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreise CO ist, und einen Innendurchmesser 2/3E hat, der Temperatursensor 1 eine hervorragende Leistungsfähigkeit in der Temperaturmessgenauigkeit zeigt.
Bestätigungstest 4
In diesem Test wurde ein Winkelbereich, um welchen die Mittelachsenlinie L des Metallrohrs 3 zu der axialen Richtung H der Leitung 5 geneigt werden kann, bestätigt. Insbesondere wurde ein Test zum Messen des Wertes von T/TO und ein Vibrationstest durchgeführt, während der Neigungswinkel 0 (siehe 6) in dem Bereich zwischen 30° und 150° geändert wurde. Wenn der Neigungswinkel Θ 90° ist, ist die Mittelachsenlinie L rechtwinklig zu der axialen Richtung H der Leitung 6. Wenn der Neigungswinkel Θ kleiner ist als 90°, neigt sich die Mittelachsenlinie L in Richtung der stromaufwärtigen Seite der Strömung des Messgases G hinsichtlich der axialen Richtung H der Leitung 6. Wenn der Neigungswinkel Θ größer als 90° ist, neigt sich die Mittelachsenlinie L in Richtung der stromabwärtigen Seite der Strömung des Messgases G hinsichtlich der axialen Richtung H der Leitung 6. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse des Bestätigungstests 4. Tabelle 4

NEIGUNGSWINKEL Θ (°) T/TO VIBRATION

30 1 ×

45 1 ○

60 1 ○

90 1 ○

120 1 ○

135 1 ○

150 1 ×
Wie in dieser Tabelle gezeigt, ist, wenn der Neigungswinkel Θ 30° oder 150° ist, die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests „X“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 das zulässige Niveau überschreitet. Andererseits ist, wenn der Neigungswinkel Θ in dem Bereich zwischen 45° und 135° ist, die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests „O“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 innerhalb des zulässigen Niveaus ist. Indes tritt, wenn der Neigungswinkel Θ in einem Bereich zwischen 30° und 150° ist, ein kleiner Fehler in der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 1 auf. Demzufolge kann geschlossen werden, dass, wenn der Neigungswinkel Θ innerhalb des Bereichs zwischen 45° und 135° hinsichtlich der axialen Richtung H der Leitung 6 eingestellt wird, der Temperatursensor 1 eine hervorragende Vibrationsbeständigkeit zeigt.
Bestätigungstest 5
In diesem Test wurde ein geeigneter Bereich der Länge L3 (siehe 7) von dem proximalen Ende 321 des Metallrohrs 3 zu der inneren Oberfläche 601, 602 oder 603 der Leitung 6 bestätigt. Insbesondere wurde ein Vibrationstest durchgeführt, während die Länge L3 in dem Bereich zwischen null mal und einmal der gesamten Länge L2 des Metallrohrs 3 geändert wurde. Hier ist der Fall, in dem die Länge L3 null mal die Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3 ist, der Fall, in dem das proximale Ende 321 des Metallrohrs 3 an der Position der innere Oberflächen 601, 602 oder 603 der Leitung 6 ist. Der Fall, in dem die Länge L3 einmal die Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3 ist, ist der Fall, in dem das distale Ende 311 des Metallrohrs 3 an der Position der inneren Oberfläche 601, 602 oder 603 der Leitung 6 ist. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse des Bestätigungstests 5. Tabelle 5

L3 (mm) VIBRATION

0 ○

0.3 ○

0.5 ○

0.7 ×

1 ×
Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, ist, wenn die Länge L3 0,7 oder einmal die Gesamtlänge L2 ist, die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests „X“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 das zulässige Niveau überschreitet. Andererseits ist, wenn die Länge L3 0,3 oder 0,5 mal die Gesamtlänge L2 ist, die Auswertung des Ergebnisses des Vibrationstests „O“, was bedeutet, dass das Vibrationsniveau des Metallrohrs 3 innerhalb des zulässigen Niveaus ist. Demzufolge kann geschlossen werden, dass, wenn die Länge L3 von dem proximalen Ende 321 des Metallrohrs 3 zu den inneren Oberfläche 601, 602 oder 603 der Leitung 6 kleiner als oder gleich 0,5 mal der Gesamtlänge L2 des Metallrohrs 3 eingestellt wird, der Temperatursensor 1 eine herausragende Vibrationsbeständigkeit zeigt.
Die oben erklärten bevorzugten Ausführungsformen sind beispielhaft für die Erfindung der vorliegenden Anwendung, welche nur durch die Ansprüche, welche untenstehend angehängt sind, beschrieben wird. Es sollte verstanden werden, dass Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsformen getätigt werden können, wie sie Fachleuten erscheinen würden.

Claims

Temperatursensor (1), der Folgendes aufweist: ein wärmeempfindliches Element (2); ein Metallrohr (3), welches darin das wärmeempfindliche Element (2) enthält, wobei das distale Ende davon, an welchem das wärmeempfindliche Element (2) angeordnet ist, geschlossen ist; ein Isolierfüllmaterial (4), welches in das Metallrohr (3) gefüllt ist; und ein Gehäuse (5), an welchem der proximale Endabschnitt des Metallrohrs (3) befestigt ist, wobei das Gehäuse (5) an eine Leitung (6) angepasst ist, durch welche ein Messgas strömt, wobei wenigstens der distale Endabschnitt des Metallrohrs (3) innerhalb der Leitung (6) angeordnet ist, wobei das Metallrohr (3) einen Teil (31) kleinen Durchmessers aufweist, welcher an der distalen Endseite des Metallrohrs (3) platziert ist, und einen Teil (32) großen Durchmessers, welcher an der proximalen Endseite des Teils (31) kleinen Durchmessers platziert ist und einen Außendurchmesser hat größer als der Außendurchmesser (D) des Teils (31) kleinen Durchmessers, der Außendurchmesser (D) des Teils (31) kleinen Durchmessers in einem Bereich zwischen 1 mm und 3 mm ist, das Verhältnis (L1/D) der Länge (L1) des Teils (31) kleinen Durchmessers zu dem Außendurchmesser (D) des Teils (31) kleinen Durchmessers in einem Bereich zwischen 8 und 15 ist, das Füllmaterial (4) kontinuierlich in der Gesamtheit des Teils (31) kleinen Durchmessers und in einem Teil des Teils (32) großen Durchmessers gefüllt ist, das distale Ende des Teils (31) kleinen Durchmessers über eine virtuelle Linie (M) hinaus platziert ist, wenn von dem Teil (32) großen Durchmessers aus betrachtet, wobei die virtuelle Linie (M) die Mitte eines maximalen virtuellen Kreises (C0) durchtritt, welcher ein einbeschriebener Kreis ist, welcher wenigstens drei Punkte auf der inneren Oberfläche der Leitung (6) in einem Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung der Leitung (6) berührt, und rechtwinklig zu der Mittelachsenlinie des Metallrohrs (3) ist, und die Gesamtheit des Teils (31) kleinen Durchmessers und der Teil des Teils (32) großen Durchmessers, welcher mit dem Füllmaterial (4) gefüllt ist, innerhalb eines mittleren virtuellen Kreises (C1) platziert sind, welcher koaxial mit dem maximalen virtuellen Kreis (C0) ist und einen Innendurchmesser von 2/3 des Innendurchmessers des maximalen virtuellen Kreises (C0) hat.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei die Gesamtlänge des Metallrohrs (3) in einem Bereich zwischen 20 mm und 50 mm ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Abstand von dem proximalen Ende des Metallrohrs (3) zu der Endoberfläche des Füllmaterials (4) in einem Bereich zwischen 5 mm und 40 mm ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei das wärmeempfindliche Element (2) aus einem Thermistor gebildet ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 4, wobei der Thermistor durch ein isolierendes Glaselement (24) abgedichtet ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei das Füllmaterial (4) aus Polyimid oder Silikon gefertigt ist, welches als einen keramischen Zuschlagstoff eins oder mehrere von Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid enthält.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei die Mittelachsenlinie des Metallrohrs (3) rechtwinklig zu der axialen Richtung der Leitung (6) ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei die Mittelachsenlinie des Metallrohrs (3) in Richtung stromaufwärts oder stromabwärts des Stroms des Messgases innerhalb 45° von einer Richtung rechtwinklig zu der axialen Richtung der Leitung (6) geneigt ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1, wobei der proximale Endabschnitt des Metallrohrs (3) weiter außerhalb platziert ist als die innere Oberfläche der Leitung (6), und die Länge von dem proximalen Ende des Metallrohrs (3) zu der inneren Oberfläche der Leitung (6) kleiner als oder gleich 0,5 mal einer Gesamtlänge des Metallrohrs (3) ist.