DE112019000614T5

DE112019000614T5 - Temperatursensor

Info

Publication number: DE112019000614T5
Application number: DE112019000614.2T
Authority: DE
Inventors: Motoki Sato; Takahiro Ogura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-10-08
Also published as: JP2019132724A; US20200363270A1; CN111684247A; JP6888561B2; WO2019151165A1; CN111684247B; US11237064B2

Abstract

Ein Temperatursensor (1) weist ein Paar von Thermoelementdrähten (2), eine temperaturmessende Verbindungsstelle (3), die durch ein Zusammenfügen von äußersten Enden des Paares von Thermoelementdrähten (2) gebildet ist, ein Außenrohr (4), das ein äußerstes Ende (401) hat, das mit einer Abdeckung (42) des äußersten Endes versehen ist, in der die temperaturmessende Verbindungsstelle (3) gehalten wird, einen Isolator (5), der das Paar von Thermoelementdrähten (2) gegenüber dem Außenrohr (4) isoliert, und einen Glasverschluss (6) auf, der in ein Basisende (402) des Außenrohrs (4) gefüllt ist, um das Außenrohr (4) von innen zu verschließen. Der Glasverschluss (6) enthält Blasen (61), die voneinander unabhängig sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-015626 , eingereicht am 31. Januar 2018, deren ganze Beschreibung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Temperatursensor, der die Temperatur eines Messzielgases in einer Messumgebung misst.
HINTERGRUNDTECHNIK
Temperatursensoren, die ein Paar von Thermoelementdrähten aufweisen, werden zum Messen einer Temperatur eines Abgases, das beispielsweise durch das Abgasrohr eines Fahrzeugs strömt, verwendet. Ein solches Paar von Thermoelementdrähten ist an dem Inneren eines Außenrohrs in einem Zustand fixiert, in dem dasselbe durch einen Isolator, wie zum Beispiel aus Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid, isoliert ist. Das Außenrohr hat ein äußerstes Ende, das durch ein metallisches Material geschlossen ist, und hat ein Basisende, das durch einen Verschluss, wie zum Beispiel Glas oder Harz, verschlossen ist. Durch Trennen des Inneren des Außenrohrs von dem Äußeren wird verhindert, dass das Paar von Thermoelementdrähten oxidiert, und es wird verhindert, dass der Isolator Feuchtigkeit aufnimmt.
PTL 1 offenbart beispielsweise einen Temperatursensor, bei dem das Außenrohr (eine Metallhülle) durch ein Verwenden einer mit einem Verschlussmittel imprägnierten Schicht als ein Isolator anstatt eines Verwendens eines Glasverschlusses verschlossen wird. Die mit einem Verschlussmittel imprägnierte Schicht wird durch ein Imprägnieren eines Harzklebstoffs in Zwischenräume von isolierenden Pulverpartikeln erhalten.
LITERATURLISTE
PATENTSCHRIFTEN
PTL1 JP H09-159542 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Beim Verschließen eines Außenrohrs von innen unter Verwendung eines Glasverschlusses wird ein Zwischenraum zwischen der Innenperipherie des Außenrohrs und dem Paar von Thermoelementdrähten darin gänzlich mit dem Glasverschluss gefüllt. In diesem Fall wird der Glasverschluss erhitzt und schmilzt und kühlt sich dann ab und verfestigt sich. Während ein Temperatursensor verwendet wird, wird das temperaturmessende äußerste Ende durch das Messzielgas erhitzt und dann abgekühlt. Dieses Erhitzen und Abkühlen werden an dem äußersten temperaturmessenden Ende des Temperatursensors wiederholt.
Wenn das temperaturmessende äußerste Ende eines Temperatursensors erhitzt wird und abgekühlt wird, wird eine thermische Spannung in den Glasverschluss eingebracht. Dies liegt daran, dass sich der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenrohrs und des Paares von Thermoelementdrähten, die aus jeweiligen metallischen Materialien hergestellt sind, von demselben des Glasverschlusses unterscheidet, der aus einem Glasmaterial hergestellt ist. Wenn genauer gesagt das temperaturmessende äußerste Ende eines Temperatursensors erhitzt wird, dehnen sich das Außenrohr und das Paar von Thermoelementdrähten mehr als der Glasverschluss aus. Wenn das temperaturmessende äußerste Ende des Temperatursensors abgekühlt wird, ziehen sich das Außenrohr und das Paar von Thermoelementdrähten mehr als der Glasverschluss zusammen.
Die thermische Spannung, die insbesondere von den Thermoelementdrähten aus auf den Glasverschluss wirkt, kann Mikrorisse in dem Glasverschluss erzeugen. Bei dem Verfahren eines Erzeugens des Temperatursensors können zusätzlich aufgrund der Spannung, die an den Glasverschluss angelegt wird, wenn die Basisenden der Thermoelementdrähte folgend einem Verschließen des Außenrohrs mit Glas bearbeitet werden, ferner Risse in demselben erzeugt werden. Diese Risse rufen kein Problem hervor, solange sie sehr klein sind. Wenn sich jedoch die Mikrorisse quer durch den Glasverschluss erstrecken, wird der Zustand, dass das Außenrohr von innen verschlossen ist, nicht notwendigerweise durch den Glasverschluss aufrechterhalten.
Bei dem Temperatursensor, der in der PTL 1 offenbar ist, kann eine Rissbildung in der mit einem Verschlussmittel imprägnierten Schicht auftreten, da sich der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenrohrs und des Paares von Thermoelementdrähten von demselben der mit einem Verschlussmittel imprägnierten Schicht unterscheidet. Wenn sich somit Risse, die in der mit einem Verschlussmittel imprägnierten Schicht aufgetreten sind, durch dieselbe erstrecken, wird der Zustand, dass das Außenrohr von innen verschlossen ist, nicht notwendigerweise durch die mit einem Verschlussmittel imprägnierte Schicht aufrechterhalten.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um einen Temperatursensor zu schaffen, der die Verhinderung des Zustands, dass bei dem Auftreten von Rissen ein Außenrohr von innen durch einen Glasverschluss verschlossen ist, unterdrücken kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt in einem Temperatursensor, mit
einem Paar von Thermoelementdrähten, die aus jeweiligen metallischen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, hergestellt sind;
einer temperaturmessenden Verbindungsstelle, die durch ein Zusammenfügen von äußersten Enden des Paares von Thermoelementdrähten gebildet ist;
einem Außenrohr, das aus einem metallischen Material hergestellt ist und ein äußerstes Ende und ein Basisende hat, wobei das äußerste Ende die temperaturmessende Verbindungsstelle darin hält, oder eine Abdeckung des äußersten Endes hat, die an demselben angebracht ist, in der die temperaturmessende Verbindungsstelle gehalten wird, wobei das Basisende dem Paar von Thermoelementdrähten ermöglicht, aus demselben hervorzustehen;
einem Isolator, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist und in dem Außenrohr angeordnet ist, um das Paar von Thermoelementdrähten von dem Außenrohr zu isolieren und das Paar von Thermoelementdrähten an dem Außenrohr zu fixieren; und
einem Glasverschluss, der aus einem Glasmaterial hergestellt ist und in mindestens entweder das Basisende des Außenrohrs oder einen Halter, der an dem Basisende des Außenrohrs angebracht ist, gefüllt ist, um das Außenrohr zu verschließen, wobei
der Glasverschluss Blasen enthält, die voneinander unabhängig sind.
Der Glasverschluss des Temperatursensors des vorhergehenden Aspekts enthält Blasen, die voneinander unabhängig sind. Diese unabhängigen Blasen können den Glasverschluss vor Rissen schützen. Wenn, genauer gesagt, Risse in dem Glasverschluss aufgrund der thermischen Spannung auftreten, die eingebracht wird, wenn der Temperatursensor bei einer Verwendung erhitzt oder gekühlt wird, können die Blasen verhindern, dass sich Risse quer durch den Glasverschluss erstrecken.
Wenn, genauer gesagt, Risse in dem Glasverschluss auftreten und sich wahrscheinlich darin erstrecken, können die Risse einige der Blasen erreichen. In diesem Fall können die Blasen, die in dem Glasverschluss unabhängig anwesend sind, die Vergrößerung der Risse verhindern. Bei einem Auftreten von Rissen in dem Glasverschluss wird verhindert, dass sich diese Risse quer durch den Glasverschluss erstrecken.
Gemäß dem Temperatursensor des vorhergehenden Aspekts kann somit der Zustand, dass das Außenrohr von innen durch den Glasverschluss verschlossen ist, bei dem Auftreten von Rissen aufrechterhalten werden.
Es sei bemerkt, dass die mit Klammern versehenen Bezugszeichen, mit denen die Komponenten bei dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezeichnet sind, eine Entsprechung zu den Bezugszeichen in den Zeichnungen, auf die bei der Ausführungsform Bezug genommen wird, angeben und die Komponenten nicht lediglich auf den Inhalt der Ausführungsform beschränken.
Figurenliste
Die Ziele, Charakteristiken oder Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer erläutert wird, verdeutlicht werden. Die Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung zeigen:

1 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines Temperatursensors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 eine Querschnittsansicht, die einen Temperatursensor gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3 eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt nahe einem Basisende eines Außenrohrs gemäß einer Ausführungsform darstellt;
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV von 3;
5 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines weiteren Temperatursensors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
6 eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt nahe einem Basisende eines weiteren Außenrohrs gemäß einer Ausführungsform darstellt;
7 eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt nahe einem Basisende eines weiteren Außenrohrs gemäß einer Ausführungsform darstellt;
8 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines weiteren Temperatursensors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
9 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Inhalt (Massen-%) von Bi₂O₃ oder PbO bei einer Tablette für einen Glasverschluss und der Erweichungstemperatur (°C) eines Glasmaterials, das die Tablette bildet, gemäß einer Ausführungsform darstellt;
10 eine perspektivische Ansicht, die eine Tablette für einen Glasverschluss gemäß einer Ausführungsform darstellt;
11 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Porosität einer Tablette und der maximalen Blasengröße bei dem Glasverschluss gemäß einer Ausführungsform darstellt;
12 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines umhüllten Thermoelements, das einen Temperatursensor gemäß einer Ausführungsform bildet, darstellt;
13 ein Diagramm, das einen umhüllten Stift, der bei einem Verfahren zum Herstellen eines umhüllten Thermoelements verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform darstellt;
14 ein Diagramm, das seinen Zustand darstellt, bei dem ein Teil eines Isolators von dem Basisende eines umhüllten Stifts bei einem Verfahren zum Herstellen eines umhüllten Thermoelements abgekratzt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
15 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem eine temperaturmessende Verbindungsstelle an den äußersten Enden eines Paares von Thermoelementdrähten bei einem Verfahren zum Herstellen eines umhüllten Thermoelements gebildet wurde, gemäß einer Ausführungsform;
16 ein Diagramm, das seinen Zustand darstellt, bei dem eine Abdeckung des äußersten Endes an dem äußersten Ende eines Außenrohrs angebracht wurde und eine Tablette an dem Basisende des Außenrohrs bei einem Verfahren zum Herstellen eines umhüllten Thermoelements platziert wurde, gemäß einer Ausführungsform;
17 ein Diagramm, das seinen Zustand darstellt, bei dem ein Paar von Thermoelementdrähten bei einem Verfahren zum Herstellen eines weiteren Thermoelements in ein Außenrohr eingeführt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
18 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem bei einem Verfahren zum Herstellen eines weiteren Thermoelements ein Glasverschluss in das Basisende eines Außenrohrs gefüllt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
19 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem bei einem Verfahren zum Herstellen eines weiteren Thermoelements ein Isolator in ein Außenrohr gefüllt wurde, gemäß einer Ausführungsform;
20 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem bei einem Verfahren zum Herstellen eines weiteren Thermoelements eine temperaturmessende Verbindungsstelle an den äußersten Enden eines Paares von Thermoelementdrähten gebildet wurde, gemäß einer Ausführungsform;
21 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem Risse in einem Glasverschluss aufgetreten sind, gemäß einer Ausführungsform;

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen des Temperatursensors, der im Vorhergehenden dargelegt ist, beschrieben werden.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 und 2 zeigen einen Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, der ein Paar von Thermoelementdrähten 2, eine temperaturmessende Verbindungsstelle 3, ein Außenrohr 4, einen Deckel 42 eines äußersten Endes, einen Isolator 5 und einen Glasverschluss 6 aufweist. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 ist aus jeweiligen metallischen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, hergestellt. Die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 ist durch Zusammenfügen der äußersten Enden des Paares von Thermoelementdrähten 2 gebildet. Das Außenrohr 4, das aus einem metallischen Material hergestellt ist, hat ein äußerstes Ende 401, an dem der Deckel 42 des äußersten Endes angebracht ist, um die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 darin zu halten, und ein Basisende 402, das dem Paar von Thermoelementdrähten 2 ermöglicht, daraus vorzustehen. Der Deckel 42 des äußersten Endes ist an einer Außenperipherie des äußersten Endes des Außenrohrs 4 angebracht und schließt das Außenrohr 4 auf einer Seite X1 des äußersten Endes.
Der Isolator 5, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist, ist innerhalb des Außenrohrs 4 angeordnet, um das Paar von Thermoelementdrähten 2 von dem Außenrohr 4 zu isolieren und das Paar von Thermoelementdrähten 2 an dem Außenrohr 4 zu fixieren. Der Glasverschluss 6, der aus einem Glasmaterial hergestellt ist, ist in das Basisende 402 des Außenrohrs 4 gefüllt, um das Außenrohr 4 von innen zu füllen. Wie in 3 gezeigt ist, enthält der Glasverschluss 6 voneinander unabhängige Blasen 61. Es sei bemerkt, dass einer Klarheit wegen die Blasen 61 von 3 lediglich schematisch dargestellt sind und somit nicht maßstabsgetreu sind.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, bezieht sich die Seite X1 des äußersten Endes des Temperatursensors 1 der vorliegenden Ausführungsform auf eine Seite, auf der die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 in dem Außenrohr 4 in einer axialen Richtung X entlang der Mittelachse des Außenrohrs 4 vorgesehen ist. Die Basisendseite X2 bezieht sich auf eine der Seite X1 des äußersten Endes entlang der axialen Richtung X entgegengesetzte Seite.
Der Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist im Folgenden beschrieben.
TEMPERATURSENSOR 1
2 zeigt einen Temperatursensor 1 für eine Verwendung bei Fahrzeugen, um die Temperatur eines Fluid, das durch ein Einlassrohr oder ein Auslassrohr einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs strömt, zu messen. Der Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Auslassrohr 15 angeordnet und wird zum Messen der Temperatur eines Abgases als ein Messzielgas in einer Messumgebung, das durch das Auslassrohr 15 strömt, verwendet. Die Temperatur des Abgases wird durch eine Steuereinheit (elektronische Steuereinheit) 8 verwendet, wenn die Verbrennung der Verbrennungsmaschine gesteuert wird. Die Temperatur des Abgases kann beispielsweise zum Erfassen der Temperatur eines Abgasreinigungskatalysators, der in dem Abgasrohr angeordnet ist, verwendet werden. Der Temperatursensor 1 kann beispielsweise in einem Einlassrohr eines Abgasrückführungskanals, in dem das Abgas in dem Auslassrohr zu dem Einlassrohr zurückgeführt wird, angeordnet sein.
Wie in 13 gezeigt ist, sind das verwendete Paar von Thermoelementdrähten 2, das Außenrohr 4 und der Isolator 5 der vorliegenden Ausführungsform als ein umhüllter Stift 12 einstückig gebildet. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Temperatursensor 1 einen Hauptteil, der als ein umhülltes Thermoelement 11, das das Paar von Thermoelementdrähten 2, die temperaturmessende Verbindungsstelle 3, das Außenrohr 4, den Isolator 5 und den Glasverschluss 6 aufweist, gebildet ist.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Temperatursensor 1 ferner ein erstes Gehäuse 71 und ein zweites Gehäuse 72, die beide das umhüllte Thermoelement 11 innen halten, eine Basisendseitenabdeckung 73, die an dem zweiten Gehäuse 72 angebracht ist, und eine Buchse 74, die innerhalb der Basisendseitenabdeckung 73 gehalten ist, auf. Das erste Gehäuse 71 ist an der Außenperipherie des Außenrohrs 4 angebracht, während das zweite Gehäuse 72 an der Außenperipherie des ersten Gehäuses 71 angebracht ist. Das zweite Gehäuse 72 ist an einem Anbringungsloch, das an einem Auslassrohr 15 vorgesehen ist, angebracht. Die Buchse 74 hält eine Anschlussgabel 75, die mit dem Paar von Thermoelementdrähten 2 verbunden ist.
AUSSENROHR 4
Das Außenrohr 4, auf das ferner als eine umhüllende Röhre oder eine Metallhülle Bezug genommen wird, ist aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl (SUS oder NCA) oder einer ultrawärmebeständigen Legierung (NCF), hergestellt. Wie in 12 gezeigt ist, verwendet das Außenrohr 4 das Außenrohr des umhüllten Stiftes 12, der eine zylindrische Form hat. Das äußerste Ende 401 des Außenrohrs 4 ist durch ein metallisches Material geschlossen. Wie in 1 gezeigt ist, ist das äußerste Ende 401, d. h. das äußerste Ende eines zylindrischen Teils 41 des Außenrohrs 4, der vorliegenden Ausführungsform durch die Abdeckung 42 des äußersten Endes, die an der Außenperipherie des äußersten Endes 401 angebracht ist, geschlossen. Wie in 5 gezeigt ist, kann das äußerste Ende 401 des Außenrohrs 4 durch eine Abdeckung 42A, die kontinuierlich von dem äußersten Ende 401 des zylindrischen Teils 41 gebildet ist, geschlossen sein. Die Abdeckung 42A kann aus einem Stück aus Metall, das an das äußerste Ende des zylindrischen Teils 41 des Außenrohrs 4 geschweißt ist, gebildet sein.
Das Außenrohr 4 der vorliegenden Ausführungsform hat einen Innendurchmesser in einem Bereich von ∅ 1,0 mm bis ∅ 10,0 mm. Der Innendurchmesser des Außenrohrs 4 in diesem Innendurchmesserbereich ist zum einfachen Bilden von unabhängigen Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 geeignet. Wenn der Innendurchmesser des Außenrohrs 4 kleiner als ∅ 1,0 mm ist, wird nicht notwendigerweise ein Zusammendrückeffekt von dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 hin zu dem Glasverschluss 6 ausgeübt. Der Zusammendrückeffekt wird ausgeübt, wenn das erhitzte Außenrohr 4 und der Glasverschluss 6 abgekühlt werden. Wenn, genauer gesagt, die Spannung bei der Glasübergangstemperatur als null angenommen wird, ist der Zusammendrückeffekt ein Effekt einer Zusammendrückspannung, die auf den Glasverschluss 6 von dem Außenrohr 4 in einer Temperaturumgebung von weniger als der Glasübergangstemperatur wirkt, und verbessert die Verschlussgüte des Glasverschlusses 6, da der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenrohrs 4 größer als derselbe des Glasverschlusses 6 ist. Wenn der Innendurchmesser des Außenrohrs 4 größer als ∅ 10,0 mm ist, erhöht sich die Größe des umhüllten Thermoelements 11, wodurch das Ansprechvermögen, die Anbringbarkeit und dergleichen des Temperatursensors 1 ungünstig beeinträchtigt werden können.
Wenn der Innendurchmesser des Außenrohrs 4 kleiner als ∅ 1,0 mm ist, kann sich die Festigkeit des Außenrohrs 4 reduzieren und der Temperatursensor 1 kann sich daher beispielsweise aufgrund der Vibration des Fahrzeugs, an dem der Temperatursensor 1 angebracht ist, verformen, oder die Isolation kann aufgrund der Reduzierung des Isolationsabstands zwischen den Thermoelementdrähten 2 beeinträchtigt werden. Wenn jedoch diese Punkte verbessert werden, kann der Innendurchmesser des Außenrohrs 4 auf etwa ∅ 0,8 mm reduziert werden.
Wie in 6 gezeigt ist, kann ein Halter 43 zum Platzieren einer Tablette 60 für den Glasverschlusses 6 an dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 angebracht sein. Der Halter 43 hat eine Trichterform und hat eine obere Öffnung 431 mit einem Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser des Außenrohrs 4 ist. Der Halter 43 wird zum Füllen eines Glasmaterials, d. h. einer geschmolzenen Tablette 60, in das Basisende 402 des Außenrohrs 4 verwendet. Der Halter 43 kann an die Außenperipherie des Basisende 402 des Außenrohrs 4 pressgepasst sein oder kann gefalzt und an der Außenperipherie des Basisendes 402 des Außenrohrs 4 fixiert oder daran geschweißt sein.
Die Größe der Tablette 60, die in dem Halter 43 platziert ist, kann größer als die Größe derselben in dem Fall sein, in dem dieselbe in dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 platziert ist. Wenn die Tablette 60, die in dem Halter 43 platziert ist, als ein Glasmaterial geschmolzen wird, kann das Glasmaterial in das Basisende 402 des Außenrohrs 4 von innerhalb des Halters 43 strömen. Eine große Menge des Glasmaterials kann somit geschmolzen werden, und das Glasmaterial kann dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 ausreichend zugeführt werden. Das Außenrohr 4 kann dementsprechend von innen durch den Glasverschluss 6 effektiver verschlossen werden.
Wie in 7 gezeigt ist, kann, wenn der Halter 43 verwendet wird, der Glasverschluss 6 in den Halter 43 gefüllt sein, um das Basisende 402 des Außenrohrs 4 zu verschließen. In diesem Fall kann der Innendurchmesser des Halters 43 größer als derselbe des Außenrohrs 4 sein. Durch ein Füllen des Halters 43 mit dem Glasverschluss 6 kann ein höherer Zusammendrückeffekt ausgeübt werden, und eine höhere Luftdichtheit kann in dem Außenrohr 4 gesichert werden. In diesem Fall kann ferner die Zeit eines Abkratzens eines Teils des Isolators 5 von dem Basisende des umhüllten Stiftes 12 (dem Basisende 402 der umhüllte Röhre 4) eingespart werden. Es wird mehr bevorzugt, dass der Glasverschluss 6 in den Halter 43 bis zu dem Niveau des maximalen Durchmessers desselben gefüllt ist. In diesem Fall kann ein noch höherer Zusammendrückeffekt ausgeübt werden, und eine noch höhere Luftdichtheit kann in dem Außenrohr 4 effektiv gesichert werden.
PAAR VON THERMOELEMENTDRÄHTEN 2
Das Paar von Thermoelementdrähten 2 ist aus jeweiligen metallischen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, hergestellt, sodass der Seebeck-Effekt ausgeübt werden kann. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 der vorliegenden Ausführungsform bildet ein N-Typ-Thermoelement (umhülltes Thermoelement 11). Der Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform kann die Temperatur eines Messzielgases G, das eine Temperatur von 1000 °C oder mehr hat, messen. Die Thermoelementdrähte 2 haben ein positives Bein, das aus Nicrosil hergestellt ist, das eine Legierung ist, die Ni (Nickel), Cr (Chrom) und Si (Silizium) als Hauptkomponenten aufweist. Die Thermoelementdrähte 2 haben ein negatives Bein, das aus Nisil hergestellt ist, das eine Legierung ist, die Ni (Nickel) und Si (Silizium) als Hauptkomponenten aufweist.
Es sei bemerkt, dass das Paar von Thermoelementdrähten 2 verschiedene andere Typen von Thermoelementdrähten als ein N-Typ bilden kann. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 kann beispielsweise ein K-Typ-Thermoelement bilden, das ein positives Bein, das aus Chromel hergestellt ist, das eine Legierung ist, die Ni und Cr als Hauptkomponenten aufweist, und ein negatives Bein hat, das aus Alumel hergestellt ist, das eine Legierung ist, die Ni, Al und Si als Hauptkomponenten aufweist.
Wie in 2 gezeigt ist, kann das Paar von Thermoelementdrähten 2 in das Außenrohr 4 eingeführt sein, um zueinander parallel zu sein. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 ist aus dem Außenrohr 4 hin zu der Basisendseite X2 gezogen und über die Anschlussgabel 75 und Leitungen 76, die zu dem Temperatursensor 1 vorgesehen sind, mit einer externen Steuereinheit 8 verbunden. Die Steuereinheit 8 kann eine Sensorsteuereinheit (SCU) sein, die mit einer Maschinensteuereinheit (ECU) verbunden ist. Die Steuereinheit 8 kann als eine Maschinensteuereinheit beschrieben werden.
TEMPERATURMESSENDE VERBINDUNGSSTELLE 3
Wie in 2 gezeigt ist, ist die temperaturmessende Verbindungsstelle 3, auf die ferner als eine heiße Verbindungsstelle Bezug genommen wird, durch ein Verschmelzen des metallischen Materials, das das positive Bein des Paares von Thermoelementdrähten 2 bildet, mit dem metallischen Material, das das negative Bein desselben bildet, in eine kugelförmige Gestalt gebildet. Der Temperatursensor 1 hat ein temperaturmessendes äußerstes Ende 10, das die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 und die Abdeckung 42 des äußersten Endes, die die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 umschließt, aufweist. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 des Temperatursensors 1 ist über die Anschlussgabel 75, die Leitungen 76 und dergleichen mit einem Verstärker in der Steuereinheit 8 verbunden, um eine Schaltung zum Messen einer Temperatur zu bilden. Eine Bezugsverbindungsstelle, die sich gegenüber der temperaturmessenden Verbindungsstelle 3 in dem Paar von Thermoelementdrähten 2 befindet, ist in der Steuereinheit 8 gebildet. Der Temperaturunterschied zwischen der temperaturmessenden Verbindungsstelle 3 und der Bezugsverbindungsstelle erzeugt eine elektromotorische Kraft in dem Paar von Thermoelementdrähten 2.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 der vorliegenden Ausführungsform in einer Gasphase K in der Abdeckung 42 des äußersten Endes, die an dem äußersten Ende 401 des Außenrohrs 4 angebracht ist, angeordnet. Wie in 8 gezeigt ist, kann die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 an der Abdeckung 42 des äußersten Endes über einen Füllstoff 51, der innerhalb der Abdeckung 42 des äußersten Endes angeordnet ist, fixiert sein. Der Füllstoff 51 ist aus einem isolierenden Metalloxid hergestellt. Äußerste Enden 201 des Paares von Thermoelementdrähten 2 und die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 sind angeordnet, um von einer Öffnung 411 des äußersten Endes des zylindrischen Teils 41 des Außenrohrs 4 hin zu der Seite X1 des äußersten Endes vorzustehen.
ISOLATOR 5
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Isolator 5 aus einem Pulver eines Metalloxids, wie zum Beispiel Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), hergestellt. Der Zwischenraum zwischen der Innenperipherie des Außenrohrs 4 und den Außenperipherien des Paares von Thermoelementdrähten 2 ist mit einem Pulver des Isolators 5 gefüllt. Es gibt Zwischenräume, die zwischen den Pulverpartikeln des Isolators 5 gebildet sind. Das Pulver des Isolators 5 wurde zusammengedrückt, als der umhüllte Stift 12 gebildet wurde, um den Durchmesser desselben zu reduzieren. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 wird durch das Pulver des Isolators 5 in dem Außenrohr 4 gehalten.
Das Füllverhältnis des Isolators 5 in dem Außenrohr 4 beträgt 60 Vol.-% oder mehr. Das Füllverhältnis des Isolators 5 bezieht sich auf das Verhältnis des Volumens des Pulvers des Isolators 5 in dem Zwischenraum des Außenrohrs 4, das Paar von Thermoelementdrähten 2 ausschließend, wenn der Zwischenraum als 100 Vol.-% angenommen wird.
Wenn das Füllverhältnis des Isolators 5 weniger als 60 Vol .-% beträgt, kann, wenn der Temperatursensor 1 hergestellt wird, der geschmolzene Glasverschluss 6 in die Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln des Isolators 5 eindringen. In diesem Fall kann die Verschlussgüte des Glasverschlusses 6 beeinträchtigt werden. In diesem Fall muss möglicherweise auch das Verfahren zum Erzeugen des Temperatursensors 1 geändert werden, wie es später beschrieben wird, so dass beispielsweise dem Füllen des Außenrohrs 4 mit dem Glasverschluss 6 das Füllen des Außenrohrs 4 mit dem Isolator 5 folgt. Ein höheres Füllverhältnis kann die Isolation zwischen dem Paar von Thermoelementdrähten 2 und dem Außenrohr 4 entsprechend verbessern oder die Haltegüte des Außenrohrs 4 für das Paar von Thermoelementdrähten 2 entsprechend verbessern. Es ist jedoch aufgrund von Herstellungsanforderungen schwierig, das Füllverhältnis des Isolators 5 auf ein vorbestimmtes Niveau oder mehr zu steigern. Das Füllverhältnis des Isolators 5 kann 90 Vol .-% oder weniger sein.
GLASVERSCHLUSS 6
Der Glasverschluss 6 ist aus auf Bi basierendem Glas, das Bi (Bismut) aufweist, oder aus auf Pb basierendem Glas, das Pb (Blei) aufweist, hergestellt. Das auf Bi basierende Glas weist als Hauptkomponente Bi₂O₃ (Bismutoxid), andere Oxide und dergleichen auf. Andere Oxide können B₂O₃, SrO, ZnO und BaO aufweisen. Das auf Pb basierende Glas weist als Hauptkomponente PbO (Bleioxid), andere Oxide und dergleichen auf. Andere Oxide können B₂O₃, SrO, ZnO und SiO₂ aufweisen.
Der Gehalt an Bi in dem auf Bi basierenden Glas kann in einem Bereich von 40 Massen-% bis 80 Massen-% liegen. Wenn der Gehalt an Bi weniger als 40 Massen-% ist, kann sich die Schmelztemperatur eines Schmelzens des Glasmaterials, z. B. einer später beschriebenen Tablette 60, erhöhen, und die Thermoelementdrähte 2 können oxidieren und sich verschlechtern. Wenn der Gehalt an Bi 80 Massen-% überschreitet, kann sich die Schmelztemperatur, wenn das Glasmaterial geschmolzen wird, verringern, und der Glasverschluss 6 kann bei der Betriebstemperatur des Temperatursensors 1 schmilzen.
Der Gehalt an Pb in dem auf Pb basierendem Glas kann in einem Bereich von 50 Massen-% bis 80 Massen-% liegen. Wenn der Gehalt an Bi weniger als 50 Massen-% ist, kann sich die Schmelztemperatur eines Schmelzens des Glasmaterials, z. B. einer später beschriebenen Tablette 60, erhöhen, und die Thermoelementdrähte 2 können oxidieren und sich verschlechtern. Wenn der Gehalt an Bi 80 Massen-% überschreitet, kann sich die Schmelztemperatur des Glasmaterials verringern, und der Glasverschluss 6 kann bei der Betriebstemperatur des Temperatursensors 1 schmilzen.
9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Gehalt (Massen-%) von Bi₂O₃ oder PbO in einer Tablette 60 für den Glasverschluss 6 und der Erweichungstemperatur (°C) des Glasmaterials, das die Tablette 60 bildet. Es versteht sich von selbst, dass, sowie sich der Gehalt an Bi₂O₃ oder PbO erhöht, sich die Erweichungstemperatur des Glasmaterials verringert. Wenn das auf Bi oder Pb basierende Glas verwendet wird, kann die Tablette 60 schmilzen, indem dieselbe beispielsweise auf 400 °C bis 700 °C erhitzt wird.
Der Glasverschluss 6 wird durch Schmelzen einer Festkörperglastablette 60 und dann Verfestigen der geschmolzenen Tablette 60 erhalten. Wie in 10 gezeigt ist, hat die Tablette 60 eine Größe, die zum Einführen in das Basisende 402 des Außenrohrs 4 oder des Halters 43 geeignet ist. Die Tablette 60 hat zwei Einführlöcher 601, durch die das Paar von Thermoelementdrähten 2 jeweils eingeführt werden kann.
Die verwendete Tablette 60 hat eine Mehrzahl von (eine Anzahl von) Hohlräumen 62. Die Tablette 60 der vorliegenden Ausführungsform wird durch Pressformen einer Mehrzahl von (einer Anzahl von) Glaspartikeln erhalten. Wenn Glaspartikel pressgeformt werden, werden aufgrund der Anwesenheit der Zwischenräume zwischen den Glaspartikeln Hohlräume 62 in der Tablette 60 gebildet. Die Hohlräume 62 haben verschiedene Formen und Größen. 16 zeigt schematisch Hohlräume 62, die in einer Tablette 60 gebildet sind.
Wie in 3 gezeigt ist, wird der Glasverschluss 6 durch Schmelzen einer Tablette 60, die Hohlräume 62 hat, geschmolzen, und es wird dann (einer Anzahl von) Blasen 61 absichtlich ermöglicht, in der geschmolzenen Tablette 60 zu verbleiben. 4 zeigt senkrecht zu der axialen Richtung X einen Querschnitt des Glasverschlusses 6 einschließlich peripherer Komponenten in dem umhüllten Thermoelement 11. Die unabhängigen Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 können verschiedene Formen haben, wie im Wesentlichen eine kugelförmige Form, eine abgeflachte kugelförmige Form, eine kollabierte kugelförmige Form, eine gestreckte kugelförmige Form oder eine ellipsoidförmige Form. Die meisten Blasen 61 haben jedoch aufgrund einer Oberflächenspannung eine kugelförmige Form. Der Ausdruck unabhängige Blasen 61 bezieht sich auf Blasen 61, die in dem Glasverschluss 6 unabhängig anwesend sind. Auf diese Blasen 61 wird auch als geschlossene Hohlräume Bezug genommen.
Der Glasverschluss 6 kann Enden haben, an denen durch einige der Blasen 61 Konkavitäten gebildet sind. Einige der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 können so ausgebildet sein, dass sie miteinander verbunden sind. Die Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 gehen jedoch nicht durch den Glasverschluss 6.
Zumindest einige der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 haben eine Größe von 1 µm bis 100 µm. Die Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 haben verschiedene Größen, Formen und dergleichen. Der Ausdruck Größe der Blasen 61 kann sich auf den maximalen Durchmesser der Blasen 61 beziehen. Der maximale Durchmesser der Blasen 61 kann die Länge der längsten geraden Linie in den Blasen 61 sein. Die meisten Blasen 61 der vorliegenden Ausführungsform haben eine Größe in einem Bereich von 1 µm bis 100 µm. Es wird bevorzugt, dass die Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 100 µm haben, hinsichtlich der Anzahl die meisten unter den ganzen Blasen 61 sind, die in dem Glasverschluss 6 enthalten sind.
Die Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 können Blasen 61, die kleiner als 1 µm sind, oder Blasen 61, die größer als 100 µm sind, enthalten. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Blasen 61, die kleiner als 1 µm sind, eine Vergrößerung von Rissen verhindern, die in dem Glasverschluss 6 auftreten können. Blasen 61, die größer als 100 µm sind, können die Festigkeit des Glasverschlusses 6 reduzieren oder die Verschlussgüte des Glasverschlusses 6 beeinträchtigen. Unter dem Gesichtspunkt der Verschlussgüte kann die obere Größengrenze der Blasen 61 bevorzugter 50 µm oder weniger sein.
Die Blasen 61 sind in dem ganzen Glasverschluss 6 verteilt. Die Blasen 61 können annähernd gänzlich in dem Glasverschluss 6 verteilt sein oder müssen nicht notwendigerweise homogen in dem gesamten Glasverschluss 6 verteilt sein. Die Blasen 61 sind jene, die beim Schmelzen in der Tablette 60 für den Glasverschluss 6 verblieben sind, ohne entgast (herausgetrieben) zu werden. Die Blasen 61 sind die Hohlräume 62 in der Tablette 60 oder die Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln des Isolators 5, die in dem Glasverschluss 6 verblieben sind.
Das Blasenverhältnis, das das Verhältnis der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 ist, liegt in dem Bereich von 5 Vol.-% bis 30 Vol.-%. Der Ausdruck Blasenverhältnis bezieht sich auf das Verhältnis des Gesamtvolumens der Blasen 61 zum Gesamtvolumen des Glasverschlusses 6. Wenn das Blasenverhältnis weniger als 5 Vol .-% beträgt, bedeutet dies, dass die Anzahl der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 gering ist, und es daher weniger wahrscheinlich ist, dass die Blasen 61 die Vergrößerung der Risse, die in dem Glasverschluss 6 auftreten können, effektiv verhindern. Wenn das Blasenverhältnis 30 Vol.-% überschreitet, bedeutet dies, dass die Anzahl der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 groß ist und daher die Festigkeit des Glasverschlusses 6 reduziert oder die Verschlussgüte des Glasverschlusses 6 beeinträchtigt sein kann.
Die Größe und das Blasenverhältnis der Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 können durch querschnittsmäßiges Schneiden an einer passenden Position des Glasverschlusses 6 und durch Beobachten des Querschnitts mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) bestimmt werden. Um die Beschreibung zu erleichtern, kann die Größe der Blasen 61 durch den maximalen Durchmesser der Blasen 61 angenähert werden, die im Querschnitt des Glasverschlusses 6 erscheinen (die längste gerade Linie in den Blasen 61 im Querschnitt). Die REM-Beobachtung des Glasverschlusses 6 kann für eine Mehrzahl von Querschnitten durchgeführt werden, und die Größe der Blasen 61 kann basierend auf den Größen der Blasen 61 bestimmt werden, die in der Mehrzahl von Querschnitten beobachtet werden.
Das Blasenverhältnis kann als ein Verhältnis der Gesamtfläche der Blasen 61 relativ zu der Gesamtfläche des Querschnitts des Glasverschlusses 6 berechnet werden. Das Verhältnis der Fläche kann ein Durchschnitt der Werte sein, die für eine Mehrzahl von Querschnitten berechnet wurden.
Die Größe der in dem Glasverschluss 6 enthaltenen Blasen 61 kann durch Steuern der Porosität der Tablette 60 für den Glasverschluss 6 gesteuert werden. Die Porosität der Tablette 60 kann als Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume 62 relativ zu dem Gesamtvolumen der Tablette 60 ausgedrückt sein. Wenn die Porosität der Tablette 60 erhöht wird, kann die maximale Blasengröße unter den in dem Glasverschluss 6 gebildeten Blasen 61 erhöht werden.
11 zeigt eine Beziehung zwischen der Porosität (Vol.-%) einer Tablette 60 und der maximalen Blasengröße (µm) in dem Glasverschluss 6. Sowie die Porosität der Tablette 60 reduziert wird, kann die Größe der in dem Glasverschluss 6 gebildeten Blasen 61 reduziert werden. Wenn jedoch die Porosität der Tablette 60 weniger als 10 Vol .-% ist, ist es unwahrscheinlich, dass Blasen 61 mit einer Zielgröße von 1 µm bis 100 µm erhalten werden. Wenn die Porosität der Tablette 60 50 Vol .-% überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass sich Blasen 61, die eine Größe haben, die 100 µm überschreitet, in dem Glasverschluss 6 bilden. Dementsprechend kann die Porosität der Tablette 60 auf einen Bereich von 10 Vol .-% bis 50 Vol .-% eingestellt sein.
LINEARER AUSDEHNUNGSKOEFFIZIENT
Das metallische Material, das das äußere Rohr 4 bildet, und die metallischen Materialien, die das Paar von Thermoelementdrähten 2 bilden, haben jeweilige lineare Ausdehnungskoeffizienten von etwa 10 bis 15 × 10^-6 (1 / K) bei einer Temperatur in einem Bereich von der Raumtemperatur (25 °C) bis etwa 300 °C. Das den Glasverschluss 6 bildende Glasmaterial hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 6 bis 9 × 10^-6 (1 / K) bei einer Temperatur in dem Bereich von der Raumtemperatur (25 °C) bis etwa 300 °C. Wenn der Temperatursensor 1 erhitzt oder gekühlt wird, dehnen sich das Außenrohr 4 und das Paar von Thermoelementdrähten 2 stärker aus oder ziehen sich stärker zusammen als der Glasverschluss 6.
HERSTELLUNGSVERFAHREN
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 12 wird ein Verfahren zum Herstellen des umhüllten Thermoelements 11 als ein Hauptteil des Temperatursensors 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird ein umhüllter Stift 12, der ein Außenrohr 4, in dem ein Paar von Thermoelementdrähten 2 von einem Isolator 5 gehalten wird, aufweist, hergestellt (Schritt S1 von 12). Wie in 13 gezeigt ist, steht das Paar von Thermoelementdrähten 2 sowohl aus der Seite X1 des äußersten Endes als auch der Basisendseite X2 des umhüllten Stifts 12 vor. Dann wird, wie in 14 gezeigt ist, in einem Zustand, in dem das Paar von Thermoelementdrähten 2 und das Außenrohr 4 gestützt werden, ein Teil des Isolators 5 von dem Basisende des umhüllten Stifts 12 abgekratzt (Schritt S2). In diesem Fall kann der Isolator 5 durch ein Kugelstrahlen oder dergleichen abgekratzt werden. Nach dem Abkratzen des Isolators 5 bleibt am Basisende 402 des Außenrohrs 4 ein Raum 403 übrig.
Dann werden, wie in 15 gezeigt ist, die äußersten Enden 201 des Paares von Thermoelementdrähten 2, die aus dem äußersten Ende des umhüllten Stifts 12 vorstehen, miteinander in Berührung gebracht, während dieselben unter Verwendung eines Lasers oder dergleichen verschmolzen werden, so dass die äußersten Enden 201 zusammengefügt werden, um dadurch eine temperaturmessende Verbindungsstelle 3 zu bilden (Schritt S3). Dann wird, wie in 16 gezeigt ist, eine Abdeckung 42 des äußersten Endes an dem äußersten Ende 401 des Außenrohrs 4 des umhüllten Stifts 12 angebracht, gefalzt und durch Schweißen oder dergleichen an dem äußersten Ende 401 des Außenrohrs 4 fixiert (Schritt S4). In diesem Fall kann ein Füllstoff 51, der ein pulverförmiges Metalloxid ist, innerhalb der Abdeckung 42 des äußersten Endes angeordnet werden, um die temperaturmessende Verbindungsstelle 3 an der Abdeckung 42 des äußersten Endes zu fixieren (siehe 8). Es sei bemerkt, dass die Schritte S3 und S4 vor dem Schritt S2 ausgeführt werden können.
Dann wird, wie in 16 gezeigt ist, eine Tablette 60 zum Bilden des Glasverschlusses 6 in dem Raum 403 an dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 platziert (Schritt S5). In diesem Fall werden die Basisenden 202 des Paares von Thermoelementdrähten 2, die aus dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 hervorstehen, jeweils in Durchgangslöcher 601 der Tablette 60 eingeführt. Dann werden das Basisende 402 des Außenrohrs 4 und die Tablette 60 auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Tablette 60 geschmolzen wird (Schritt S6).
Wenn die Tablette 60 schmilzt, werden die Hohlräume 62 in der Tablette 60 in der Gestalt von Blasen 61 in der Tablette 60 nach oben entgast. Auch können die Zwischenräume in dem Isolator 5 in der Gestalt von Blasen 61 nach oben in der Tablette 60 entgast werden. Es kann zugelassen werden, dass die Blasen 61 durch ein Steuern des Entgasens in dem Glasverschluss 6 verbleiben.
Zum Beispiel kann ein Entgasen durch ein Steuern der Temperatur zum Erhitzen der Tablette 60, nach dem dieselbe geschmolzen wurde, gesteuert werden. Wenn sich die Temperatur zum Erhitzen der Tablette 60 erhöht, verringert sich die Viskosität des Glasmaterials der geschmolzenen Tablette 60 entsprechend, und die Blasen 61 werden entsprechend leicht nach oben entgast. Sowie sich die Temperatur zum Erhitzen der Tablette 60 verringert, erhöht sich die Viskosität des Glasmaterials der geschmolzenen Tablette 60 entsprechend, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Blasen 61 nach oben entgast werden. Ob die Blasen 61 in dem geschmolzenen Glasmaterial verbleiben oder in das Äußere des Glasmaterials entgast werden, hängt von der Beziehung zwischen der Viskosität des Glasmaterials und dem Auftrieb der Blasen 61 ab. Da die Tablette 60 eine höhere Porosität hat, ist es wahrscheinlicher, dass die Blasen 61 in der geschmolzenen Tablette 60 verbleiben.
Es wird angenommen, dass das Entgasen ferner durch ein Steuern des Drucks in der Umgebung zum Erhitzen der Tablette 60 gesteuert werden kann. Es wird genauer gesagt angenommen, dass, wenn der Druck in der Erhitzungsumgebung erhöht wird, es weniger wahrscheinlich ist, dass ein Entgasen auftritt, und, wenn der Druck in der Erhitzungsumgebung beispielsweise bis nahe an einen Vakuumzustand verringert wird, es wahrscheinlicher ist, dass ein Entgasen auftritt.
Wenn das Erhitzen des Basisendes 402 des Außenrohrs 4 abgeschlossen wurde und die geschmolzene Tablette 60 abgekühlt wurde und sich verfestigt hat, wird ein Glasverschluss 6 erhalten, der Blasen 61 enthält. Somit ist das Basisende 402 des Außenrohrs 4 durch den Glasverschluss 6 verschlossen, und das Innere des Außenrohrs 4 ist von dem Äußeren durch den Glasverschluss 6 getrennt. Auf diese Weise wird ein umhülltes Thermoelement 11 als ein Hauptteil des Temperatursensors 1 hergestellt.
EIN WEITERES HERSTELLUNGSVERFAHREN
Das Thermoelement 11 kann ferner wie folgt hergestellt werden, ohne einen umhüllten Stift 12 zu verwenden. Zunächst wird, wie in 17 gezeigt ist, ein Paar von Thermoelementdrähten 2 in ein Außenrohr 4 eingeführt, um parallel zu der Innenperipherie desselben zu sein. Dann wird, wie in 18 gezeigt ist, unter Verwendung einer Tablette 60 ein Glasverschluss 6 in das Basisende 402 des Außenrohrs 4 gefüllt. In diesem Fall werden aus den in der Tablette 60 enthaltenen Hohlräumen 62 Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 gebildet. Dann wird, wie in 19 gezeigt ist, die Richtung des Außenrohrs 4 von oben nach unten geändert, so dass sich der Glasverschluss 6 unten befindet, und ein Isolator 5 wird von oberhalb des Glasverschlusses 6 in das Außenrohr 4 gefüllt. In diesem Fall beträgt das Füllverhältnis des Isolators 5 etwa 20 Vol .-%. Dann werden, wie in 20 gezeigt ist, die äußersten Enden 201 des Paares von Thermoelementdrähten 2 miteinander verschmolzen, um eine temperaturmessende Verbindungsstelle 3 zu bilden. Danach kann eine Abdeckung 42 des äußersten Endes an dem äußersten Ende 401 des Außenrohrs 4 angebracht werden, um dadurch ein Thermoelement 11 herzustellen.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Der Glasverschluss 6 des Temperatursensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält Blasen 61, die voneinander unabhängig sind. Diese unabhängigen Blasen 61 können den Glasverschluss 6 vor Rissen schützen.
Wenn, genauer gesagt, die Temperatur des Messzielgases G unter einer Messumgebung höher ist als beispielsweise die Temperatur des temperaturmessenden äußersten Endes 10 oder des Außenrohrs 4 des Temperatursensors 1, wird das temperaturmessende äußerste Ende 10 oder das Außenrohr 4 durch das Messzielgas G erhitzt. In diesem Fall dehnt sich das Paar der Thermoelementdrähten 2 stärker als der Glasverschluss 6 aus. Daher drückt das Paar von Thermoelementdrähten 2 den Glasverschluss 6. Somit kann eine thermische Spannung (Zugspannung) in den Glasverschluss 6 eingebracht werden, und ein Mikrorissbildung kann in dem Glasverschluss 6 um die Thermoelementdrähte 2 herum auftreten.
Wenn die Temperatur des Messzielgases G niedriger ist als beispielsweise die Temperatur des temperaturmessenden äußersten Endes 10 oder des Außenrohrs 4, wird das temperaturmessende äußerste Ende 10 oder das Außenrohr 4 durch das Messzielgas G abgekühlt. In diesem Fall ziehen sich das Außenrohr 4 und das Paar von Thermoelementdrähten 2 stärker als der Glasverschluss 6 zusammen. Daher trennt sich das Paar von Thermoelementdrähten 2 von dem Glasverschluss 6. Somit kann eine thermische Spannung in den Glasverschluss 6 eingebracht werden, und eine Mikrorissbildung kann in dem Glasverschluss 6 um die Thermoelementdrähte 2 herum auftreten.
Wie in 21 gezeigt ist, tritt häufig die Mikrorissbildung C auf der Oberfläche des Glasverschlusses 6 auf der Basisendseite X2, beginnend mit Abschnitten um das Paar von Thermoelementdrähten 2 herum, auf. Wenn keine Maßnahmen ergriffen wurden, damit die Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 verbleiben, können sich die Risse C von der Oberfläche des Glasverschlusses 6 auf der Basisendseite X2 hin zu der Seite X1 des äußersten Endes erstrecken und sich schließlich über die Länge des Glasverschlusses 6 in der axialen Richtung X erstrecken.
Mikrorisse C können ferner auftreten, wenn sich das Glasmaterial der geschmolzenen Tablette 60 bei dem Verfahren des Herstellens des umhüllten Thermoelements 11 verfestigt. Darüber hinaus können Mikrorisse C ferner aufgrund der Spannung auftreten, die eingebracht wird, wenn die Basisenden 202 der Thermoelementdrähte 2 nach dem Verschließen mit Glas bei dem Verfahren zum Herstellen des umhüllten Thermoelements 11 bearbeitet werden.
Bei dem Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform können die in dem Glasverschluss 6 enthaltenen Blasen 61 verhindern, dass sich Risse C, wenn dieselben in dem Glasverschluss 6 aufgetreten sind, in der axialen Richtung X quer durch den Glasverschluss 6 erstrecken. Wenn, genauer gesagt, Risse C in dem Glasverschluss 6 auftreten und sich darin erstrecken, können die Risse C einige der Blasen 61 erreichen. In diesem Fall wird, da die Blasen 61 unabhängig voneinander in dem Glasverschluss 6 anwesend sind, eine Vergrößerung der Risse C durch die Blasen 61 verhindert. Somit wird bei dem Auftreten von Rissen C in dem Glasverschluss 6 verhindert, dass sich diese Risse C quer durch den Glasverschluss 6 erstrecken.
Somit kann gemäß dem Temperatursensor 1 der vorliegenden Ausführungsform der Zustand, dass das Außenrohrs 4 von innen durch den Glasverschluss 6 verschlossen ist, bei dem Auftreten von Rissen C aufrechterhalten werden.
BEISPIEL 1
Das vorliegende Beispiel zeigt als ein Beispiel das umhüllte Thermoelement 11 des Temperatursensors 1 der Ausführungsform. Ein Test zum Überprüfen der Luftdichtheit wurde für das umhüllte Thermoelement 11 ausgeführt.
Das Paar von Thermoelementdrähten 2 des vorliegenden Beispiels wurde durch das umhüllte N-Typ-Thermoelement 11 konfiguriert. Das Außenrohr 4 des vorliegenden Beispiels hatte einen Innendurchmesser von ∅ 1,8 mm und eine Dicke von 0,3 mm und war aus einem Material aus NCF601 (super-rostfreier Stahl) hergestellt. Der Isolator 5 des vorliegenden Beispiels war aus MgO-Pulver hergestellt. Der Glasverschluss 6 des vorliegenden Beispiels hatte einen Außendurchmesser von ∅ 1,5 mm, eine Länge von 1,5 mm und eine Porosität von 20 Vol.-% und war aus auf Pb basierendem Glas (mit einem PbO-Gehalt von 70 Massen-%) hergestellt.
Als das umhüllte Thermoelement 11 des vorliegenden Beispiels hergestellt wurde, wurde das Basisende des umhüllten Stifts 12 bis zu einer Tiefe von etwa 5 mm von dem Basisende des Außenrohrs 4 kugelgestrahlt, um einen Teil des Isolators 5 zu entfernen. Dann wurde eine Tablette 60 zum Bilden des Glasverschlusses 6 in dem Raum 403 an dem Basisende 402 des Außenrohrs 4 platziert, von dem ein Teil des Isolators 5 entfernt wurde. Dann wurden das Basisende 402 des Außenrohrs 4 und die Tablette 60 erhitzt, um die Tablette 60 zu schmelzen und einen Glasverschluss 6 zu bilden, der die Blasen 61 enthält, so dass das Basisende 402 des Außenrohrs 4 mit dem Glasverschluss 6 verschlossen wurde.
In diesem Fall wurde die Tablette 60 kontinuierlich 30 Minuten lang erhitzt und unter Bedingungen geschmolzen, bei denen die maximale Temperatur 630 °C betrug. Danach wurde das Erhitzen gestoppt, um die Tablette 60 abzukühlen und zu verfestigen, wodurch ein Glasverschluss 6 gebildet wurde, der die Blasen 61 enthielt. Es wird empfohlen, dass die Erhitzungsrate und die Abkühlrate für die Tablette 60 jeweils 20°C/min betragen. Somit wurden in dem Glasverschluss 6 Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 20 µm haben, gebildet. Auf diese Weise wurde ein umhülltes Thermoelement 11, das ein Paar von Thermoelementdrähten 2, ein Außenrohr 4 und einen Isolator 5 aufweist, für eine Verwendung bei dem Temperatursensor 1 hergestellt. Als der Glasverschluss 6 des hergestellten umhüllten Thermoelements 11 beobachtet wurde, wurde die Anwesenheit von Mikrorissen C, die während der Herstellung aufgetreten waren, bestätigt.
Dann wurde das umhüllte Thermoelement 11 auf Luftdichtheit getestet. In diesem Test wurde die Luftdichtheit in der Anfangsphase der Herstellung nach einem kontinuierlichen Erhitzen des umhüllten Thermoelements 11 auf 400 °C und nach einer Wiederholung des Erhitzens und des Abkühlens des umhüllten Thermoelements 11 überprüft. Um die Luftdichtheit einfach zu überprüfen, wurde das Gas innerhalb des Außenrohrs 4 durch Helium (He) -Gas ersetzt.
Als ein Resultat wurde bestätigt, dass die Luftdichtheit in dem Außenrohr 4 durch den Glasverschluss 6 gesichert war. Es wird angenommen, dass der Grund, warum die Luftdichtheit gesichert war, darin besteht, dass die Vergrößerung der Risse C aufgrund dessen verhindert wurde, dass der Glasverschluss 6 die Blasen 61 enthielt.
In dem vorliegenden Beispiel bezeichnen gleiche Bezugszeichen, die in der Ausführungsform gezeigt sind, gleiche Komponenten der Ausführungsform 1.
BEISPIEL 2
Das vorliegende Beispiel zeigt ebenfalls das umhüllte Thermoelement 11 des Temperatursensors 1 der Ausführungsform als ein Beispiel. Ein Test zum Überprüfen der Luftdichtheit wurde für das umhüllte Thermoelement 11 ausgeführt.
Bei dem umhüllten Thermoelement 11 des vorliegenden Beispiels wurde ein Halter 43 an der Außenperipherie des Basisendes 402 des Außenrohrs 4 angebracht. Das Paar von Thermoelementdrähten 2 des vorliegenden Beispiels wurde durch das umhüllte N-Typ-Thermoelement 11 konfiguriert. Das Außenrohr 4 des vorliegenden Beispiels hatte einen Innendurchmesser von ∅ 1,8 mm und eine Dicke von 0,3 mm und war aus einem Material aus NCF601 (einer auf Ni basierenden rostfreien Legierung) hergestellt. Der Isolator 5 des vorliegenden Beispiels war aus MgO-Pulver hergestellt. Der Halter 43 des vorliegenden Beispiels hatte eine Öffnung mit einem Innendurchmesser von ∅ 4,0 mm. Der Glasverschluss 6 des vorliegenden Beispiels hatte einen Außendurchmesser von ∅ 1,5 mm, eine Länge von 1,5 mm und eine Porosität von 20 Vol .-% und war aus auf Pb basierendem Glas (mit einem PbO-Gehalt von 70 Massen-%) hergestellt.
Als das umhüllte Thermoelement 11 des vorliegenden Beispiels hergestellt wurde, wurde der Halter 43 an die Außenperipherie des Basisendes 402 des Außenrohrs 4 geschweißt. Dann wurde eine Tablette 60 für den Glasverschluss 6 in dem Halter 43 platziert, gefolgt von einem Erhitzen des Halters 43, des Basisendes 402 des Außenrohrs 4 und der Tablette 60, um die Tablette 60 zu schmelzen. In diesem Fall strömte das in dem Halter 43 geschmolzene Glasmaterial der Tablette 60 in das Basisende 402 des Außenrohrs 4, während es sich in dem Halter 43 ausbreitete, um einen Glasverschluss 6 zu bilden, der Blasen 61 enthielt.
Die Tablette 60 wurde kontinuierlich 30 Minuten lang erhitzt und unter Bedingungen geschmolzen, bei denen die maximale Temperatur 630 °C betrug. Danach wurde das Erhitzen gestoppt, um die Tablette 60 abzukühlen und zu verfestigen, wodurch ein Glasverschluss 6 gebildet wurde, der die Blasen 61 enthielt. Somit wurden in dem Glasverschluss 6 Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 20 µm hatten, gebildet, wodurch ein umhülltes Thermoelement 11 hergestellt wurde.
In dem vorliegenden Beispiel wurden wie in Beispiel 1 Mikrorisse C in dem Glasverschluss 6 beobachtet. Wie in dem Beispiel 1 wurde das umhüllte Thermoelement 11 des vorliegenden Beispiels hinsichtlich der Luftdichtheit getestet. Wie in dem Beispiel 1 wurde bestätigt, dass die Luftdichtheit in dem Außenrohr 4 durch den Glasverschluss 6 gesichert war. Der Rest des vorliegenden Beispiels ist der gleiche wie in Beispiel 1. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugszeichen, die in der Ausführungsform gezeigt sind, gleiche Komponenten der Ausführungsform 1.
BESTÄTIGUNGSTEST
Für den Bestätigungstest wurden vier umhüllte Thermoelemente 11 (Proben-Nm. 1 bis 4), die entsprechende Glasverschlüsse 6 hatten, durch passendes Ändern der Porosität der Tabletten 60 hergestellt, so dass ein Größenbereich der Blasen 61 zwischen diesen Thermoelementen unterschiedlich sein würde. Dann wurden die umhüllten Thermoelemente 11 der Proben-Nrn. 1 bis 4 auf Luftdichtheit getestet. Die Luftdichtheit wurde wie in Beispiel 1 überprüft.
Die Resultate des Überprüfens der Luftdichtheit sind in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1

Proben-Nr. Größe der Blasen in dem Glasverschluss (µm) Luftdichtheit

1 0 Gut

2 1 bis 10 Gut

3 1 bis 100 Gut

4 1 bis 1.000 Schlecht
Wie in der Tabelle gezeigt ist, haben sich für die Proben-Nr. 1 keine Blasen 61 in dem Glasverschluss 6 gebildet, oder es haben sich Blasen, die eine Größe von 1 µm oder weniger haben, gebildet. Somit wurden bei der Proben-Nr. 2 in dem Glasverschluss 6 Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 10 µm haben, gebildet. Somit wurden bei der Proben-Nr. 3 in dem Glasverschluss 6 Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 100 µm haben, gebildet. Somit wurden bei der Probe Nr. 4 in dem Glasverschluss 6 Blasen 61, die eine Größe von 1 µm bis 1.000 µm haben, gebildet.
Es wurde bestätigt, dass die Luftdichtheit in den Außenrohren 4 der Proben-Nrn. 1 bis 3 ausreichend gesichert war. Es wurde bestätigt, dass ein zuverlässiges Sichern der Luftdichtheit bei dem Außenrohr 4 der Proben-Nr. 4 schwierig war. Es wird angenommen, dass die Luftdichtheit bei der Proben-Nr. 4 nicht gesichert wurde, da die Größe der Blasen 61 zu groß war, um die Festigkeit des Glasverschlusses 6 ausreichend zu sichern.
Die vorliegende Offenbarung sollte nicht als auf die Ausführungsform beschränkt aufgefasst werden, sondern es können unterschiedliche Ausführungsformen konfiguriert werden, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und andere Modifikationen innerhalb der äquivalenten Theorie umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018015626 [0001]

Claims

Temperatursensor (1) mit: einem Paar von Thermoelementdrähten (2), die aus jeweiligen metallischen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, hergestellt sind; einer temperaturmessenden Verbindungsstelle (3), die durch ein Zusammenfügen von äußersten Enden des Paares von Thermoelementdrähten gebildet ist; einem Außenrohr (4), das aus einem metallischen Material hergestellt ist und ein äußerstes Ende (401) und ein Basisende (402) hat, wobei das äußerste Ende die temperaturmessende Verbindungsstelle darin hält oder eine Abdeckung (42) des äußersten Endes hat, die an demselben angebracht ist, in der die temperaturmessende Verbindungsstelle gehalten wird, wobei das Basisende dem Paar von Thermoelementdrähten ermöglicht, aus demselben hervorzustehen; einem Isolator (5), der aus einem isolierenden Material hergestellt ist und in dem Außenrohr angeordnet ist, um das Paar von Thermoelementdrähten von dem Außenrohr zu isolieren und das Paar von Thermoelementdrähten an dem Außenrohr zu fixieren; und einem Glasverschluss (6), der aus einem Glasmaterial hergestellt ist und in mindestens entweder das Basisende des Außenrohrs oder einen Halter (43), der an dem Basisende des Außenrohrs angebracht ist, gefüllt ist, um das Außenrohr zu verschließen, wobei der Glasverschluss Blasen (61) enthält, die voneinander unabhängig sind.
Temperatursensor nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige der Blasen eine Größe von 1 µm bis 100 µm haben.
Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Blasen in dem ganzen Glasverschluss verteilt sind.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Glasverschluss ein Blasenverhältnis hat, das ein Verhältnis der Blasen in dem Glasverschluss in einem Bereich von 5 Vol .-% bis 30 Vol .-% ist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Glasverschluss aus auf Bi basierendem Glas, das Bi aufweist, oder aus auf Pb basierendem Glas, das Pb aufweist, hergestellt ist.
Temperatursensor nach Anspruch 5, bei dem das auf Bi basierende Glas einen Bi-Gehalt in einem Bereich von 40 Massen-% bis 80 Massen-% hat, und das auf Pb basierende Glas einen Pb-Gehalt in einem Bereich von 50 Massen-% bis 80 Massen-% hat.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Außenrohr einen Innendurchmesser in einem Bereich von ∅ 1,5 mm bis 10,0 mm hat.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Füllverhältnis des Isolators in dem Außenrohr 60 Vol.-% oder mehr beträgt.