DE19934109C1 - Temperature sensor and process for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Bei einem Temperaturfühler (1), insbesondere zur Überwachung der Temperatur eines Abgases einer Brennkraftmaschine, mit einem Träger (2) aus Keramikmaterial und einem an einem ersten Endabschnitt des Trägers (2), als sensitiver Abschnitt (10) bezeichnet, angeordneten temperaturabhängigen Widerstandselement (5), an einem zweiten Endabschnitt des Trägers, als Halterungsabschnitt bezeichnet, angeordneten elektrischen Kontakten (16) und sich über einen Mittelbereich (8) des Trägers zwischen den Kontakten (6) und dem Widerstandselement (5) erstreckenden Leiterbahnen (3, 4), ist zur Verbesserung der Meßgenauigkeit vorgesehen, daß der sensitive Abschnitt (10) wenigstens stellenweise eine geringere Dicke als der Halterungsabschnitt (7) und der Mittelbereich (8) aufweist.In the case of a temperature sensor (1), in particular for monitoring the temperature of an exhaust gas of an internal combustion engine, with a carrier (2) made of ceramic material and a temperature-dependent resistance element (5) arranged on a first end section of the carrier (2), referred to as a sensitive section (10) ), on a second end section of the carrier, referred to as the holding section, arranged electrical contacts (16) and extending over a central region (8) of the carrier between the contacts (6) and the resistance element (5), conductor tracks (3, 4) To improve the measuring accuracy, the sensitive section (10) has a smaller thickness than the mounting section (7) and the central area (8), at least in places.
Description
Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a temperature sensor according to the upper Concept of claim 1.
Temperaturfühler dienen unter anderem der Überwachung der Temperatur von Abgasen einer Brennkraftmaschine und weisen üblicherweise eine auf einem Träger aus Keramikmaterial an geordnete Widerstandsbahn auf. Der DE 37 33 192 C1 ist ein Temperaturfühler zu entnehmen, der eine PTC-Widerstandsbahn umfaßt, die zwischen Keramikfolien vorzugsweise aus Alumini umoxid eingebettet ist.Temperature sensors are used, among other things, to monitor the Temperature of exhaust gases from an internal combustion engine and have usually one on a support made of ceramic material ordered resistance track. DE 37 33 192 C1 is a Temperature sensor can be seen from a PTC resistance track comprises, between ceramic foils preferably made of aluminum umoxid is embedded.
Um die Meßgenauigkeit eines solchen Temperaturfühlers zu er höhen, wird in der DE 40 25 715 C1 vorgeschlagen, die Wider standsbahn des Temperaturfühlers in einer Stapelanordnung in zwei übereinanderliegenden Schichten anzuordnen. Auf diesem Wege werden innerhalb einer eng begrenzten Fläche des Sen sors ausreichend hohe Widerstandswerte erreicht. Die Sta pelanordnung ist jedoch sehr aufwendig.In order to measure the accuracy of such a temperature sensor increase, is proposed in DE 40 25 715 C1, the contra Lifetime of the temperature sensor in a stacked arrangement in to arrange two superimposed layers. On this Paths are within a narrow area of the Sen sufficiently high resistance values. The Sta However, the arrangement is very complex.
Aus der DE 44 45 243 A1, DE 197 45 039 A1 und der WO 98/26260 A1 sind Temperaturfühler bekannt, deren Meßgenauigkeit verbessert wird, indem der sensitive Abschnitt dieser Tempe raturfühler eine geringere Schichtdicke aufweist als deren Halterungsabschnitt. Dies ermöglicht eine schnellere Reakti on des Temperaturfühlers auf wechselnde Temperaturverhält nisse. Gleichzeitig vermindert die geringere Dicke den Wär meaustausch zwischen dem Widerstandselement und einer Halterung des Sensors über den Halterungsabschnitt des Sen sors. Dies trägt dazu bei, daß eine von der zu messenden Temperatur möglicherweise abweichende Temperatur der Halte rung des Sensors die Meßergebnisse möglichst wenig ver fälscht.From DE 44 45 243 A1, DE 197 45 039 A1 and WO 98/26260 A1 temperature sensors are known, their measuring accuracy is improved by the sensitive section of this tempe temperature sensor has a smaller layer thickness than their Bracket section. This enables faster reactions on of the temperature sensor to changing temperature conditions nits. At the same time, the reduced thickness reduces the heat exchange between the resistance element and one Holding the sensor over the mounting section of the Sen sors. This helps ensure that one of those to be measured Temperature possibly different temperature of the hold sensor as little as possible fakes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es, einen Tempera turfühler mit hoher Meßgenauigkeit und geringer Trägheit be reitzustellen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist.The object of the present invention is a tempera door sensors with high measuring accuracy and low inertia to ride, the easy and inexpensive to manufacture is.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Temperaturfühler geschaffen, der eine gute Meßgenauigkeit bei geringer Träg heit aufweist. Dies wird erreicht, indem der Sensor in sei nem sensitiven Abschnitt eine verringerte Dicke aufweist, wobei der Sensor aus mehreren Schichten aufgebaut ist und wenigstens eine dieser Schichten im sensitiven Abschnitt weggelassen ist.The present invention turns a temperature sensor created a good measurement accuracy with low carrier unit. This is achieved by the sensor being in has a reduced thickness in a sensitive section, the sensor being constructed from several layers and at least one of these layers in the sensitive section is omitted.
Zusätzlich kann der Träger von ansonsten im wesentlich gleichbleibender Dicke im sensitiven Anschnitt wenigstens eine Bohrung oder Vertiefung aufweisen. In diesem Fall ist das Widerstandselement vorzugsweise unmittelbar über einer solchen Bohrung oder Vertiefung angeord net. Ein solcher Träger kann ebenfalls aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut sein, von denen allerdings wenigstens eine im sensitiven Abschnitt eine Durchbrechung aufweist, die die Vertiefung bildet.In addition, the wearer can otherwise be essentially constant thickness in the sensitive gate at least have a hole or recess. In this case the resistance element preferably immediately arranged over such a hole or depression net. Such a carrier can also consist of a Plurality of layers can be built, of which however at least one in the sensitive section has an opening that the recess forms.
Das temperaturempfindliche Widerstandselement kann zum Beispiel in Form eines Mäander- oder Zickzack musters in einer oder sogar mehreren Ebenen an dem zweiten Endbereich angeordnet sein. Diese relativ große Länge des Widerstandselements des zweiten Endbereichs trägt dazu bei, daß ein starkes, rauscharmes Nutzsignal in Form einer temperaturab hängigen Widerstandsänderung gemessen werden kann. Dabei hat die große Länge des Widerstandselements des zweiten Endbereichs, die im Betrieb einer rela tiv homogenen Temperatur ausgesetzt ist, den zu sätzlichen Vorteil, daß temperaturabhängige Wider standsänderungen von Leiterbahnen, die das Wider standselement mit den Kontakten verbinden, und die sich entlang des Halterungsabschnitts bei unter schiedlichen Temperaturen erstrecken, das Meßergeb nis nur wenig verfälschen können.The temperature sensitive resistance element can for example in the form of a meander or zigzag pattern in one or even several levels on the second end region. This relative large length of the resistance element of the second End area helps to ensure that a strong, low-noise useful signal in the form of a temperature dependent change in resistance can be measured. The long length of the resistance element of the second end area, which in the operation of a rela tiv is exposed to homogeneous temperature additional advantage that temperature-dependent cons changes in the level of conductor tracks, which contradicts Connect the stand element to the contacts, and the down along the bracket section at below different temperatures, the Messergeb can only falsify little.
Das Widerstandselement ist vorzugsweise aus einem Platin-Aluminiumoxid-Gemisch oder allgemein aus platinummantelten, nichtleitenden Keramikteilchen gebildet. Um den Einfluß der Zuleitungen, das heißt der Leiterbahnen des Halterungsabschnitts, die das Widerstandselement mit den Kontakten verbinden, auf den gemessenen Widerstandswert gering zu halten, ist es ferner zweckmäßig, für diese Zuleitungen eine andere Materialzusammensetzung als für das Wi derstandselement des zweiten Endbereichs zu wählen. Insbesondere können die Zuleitungen aus metalli schem Platin bestehen.The resistance element is preferably made of one Platinum-alumina mixture or generally platinum-coated, non-conductive ceramic particles educated. To the influence of the supply lines, that is the conductor tracks of the mounting section, which the Connect the resistance element to the contacts to keep the measured resistance value low, it is also appropriate for these leads a different material composition than for the Wi to select the stand element of the second end area. In particular, the supply lines can be made of metal platinum.
Vorzugsweise ist der Mittelbereich strukturiert, um einen höheren thermischen Widerstand als der erste Endbereich aufzuweisen. Diese Strukturierung ver mindert den Wärmefluß zwischen dem zweiten Endbe reich und dem ersten Endbereich, der zur Veranke rung des Temperaturfühlers in einer Fassung und zur elektrischen Kontaktierung dient. Eventuelle Tempe raturabweichungen zwischen einer solchen Fassung und dem zweiten Endbereich verfälschen daher das Meßergebnis nur wenig. Da durch die Strukturierung des Mittelbereichs der Abfluß von Wärme vom zweiten Endbereich durch den Träger erschwert ist, hat der zweite Endbereich im Betrieb meist eine recht homo gene Temperaturverteilung. Der gemessene Wider standswert des Widerstandselements erlaubt daher einen genauen Rückschluß auf die Temperatur. Außer dem führt die Strukturierung dazu, daß auch bei Vorhandensein einer Abweichung zwischen der Tempe ratur eines zu messenden Mediums und der Fassung eine stationäre Temperatur des zweiten Endbereichs, die der tatsächlichen, zu messenden Temperatur nä her kommt, schneller erreicht wird als bei einem entsprechenden, aber nicht strukturierten Tempera turfühler.The central region is preferably structured in order to a higher thermal resistance than the first Show end area. This structuring ver reduces the heat flow between the second end rich and the first end area to anchor tion of the temperature sensor in a socket and electrical contacting is used. Possible tempe Differences in nature between such a version and the second end region therefore falsify this Measurement result only a little. Because of the structuring the middle range of the outflow of heat from the second End area is difficult by the carrier, the second end area in operation usually a pretty homo gene temperature distribution. The measured cons level value of the resistance element therefore allowed an exact conclusion about the temperature. Except the structuring also means that Presence of a deviation between the tempe rature of a medium to be measured and the version a stationary temperature of the second end region, that of the actual temperature to be measured comes here, is reached faster than one corresponding, but not structured tempera door sensor.
Die Strukturierung kann die Form von Bohrungen oder Vertiefungen in dem Mittelbereich haben.The structuring can take the form of holes or Have deepening in the middle area.
Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben.Execution tion examples of the invention are described below with reference to the figures described.
Figurencharacters
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen gemäß der Erfindung Temperatursen sor; Figure 1 is a plan view of a sensor according to the invention Temperatursen.
Fig. 2A bis 2B Schnitte durch den Sensor aus Fig. 1 entlang der Linie II-II gemäß unterschiedlichen Ausge staltungen der Erfindung; und . Figs. 2A to 2B show sections through the sensor of Figure 1 along the line II-II according to different Substituted refinements of the invention; and
Fig. 3A und 3B Schnitte entlang der Linie III- III aus Fig. 1 gemäß verschie denen Ausgestaltungen der Er findung. Fig. 3A and 3B sectional views taken along the line III-III of FIG. 1 according to various embodiments of which he invention.
Fig. 4 einen Sensor gemäß der Erfindung in einer Explosionsdarstellung. Fig. 4 shows a sensor according to the invention in an exploded view.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Temperatursensor 1 gemäß der Erfindung. Auf einem Träger 2 aus Oxidkeramikmaterial sind Leiterbahnen 3, 4, ein Wi derstandselement 5 und elektrische Kontakte 6 ange ordnet. Die elektrischen Kontakte 6 befinden sich in einem ersten Endabschnitt 7 des Trägers 2, als Halterungsabschnitt bezeichnet, der zum Einstecken oder Einklemmen in einer (nicht dargestellten) Fas sung vorgesehen ist, die zu den Kontakten 6 komple mentäre Kontakte aufweist, und über die der Tempe ratursensor 1 mit einer Meßspannung versorgt werden kann. Fig. 1 shows a plan view of a temperature sensor 1 according to the invention. On a carrier 2 made of oxide ceramic material, conductor tracks 3 , 4 , a Wi derstandselement 5 and electrical contacts 6 are arranged. The electrical contacts 6 are located in a first end section 7 of the carrier 2 , referred to as a holding section, which is provided for insertion or clamping in a (not shown) version, which has complementary contacts 6 to the contacts, and via which the temperature temperature sensor 1 can be supplied with a measuring voltage.
Die Leiterbahnen 3, 4 erstrecken sich geradlinig über einen Mittelbereich 8 des Trägers 2 bis in die Umgebung einer an der Oberfläche des Trägers gebil deten Aussparung 9. Die Leiterbahnen 3, 4 bestehen aus metallischem Platin. Die Länge des Mittelbe reichs 8 macht mehr als die Hälfte der Länge des Trägers 2 aus.The conductor tracks 3 , 4 extend in a straight line over a central region 8 of the carrier 2 into the vicinity of a recess 9 formed on the surface of the carrier. The conductor tracks 3 , 4 consist of metallic platinum. The length of the Mittelbe range 8 makes up more than half the length of the carrier 2 .
An die Aussparung 9 schließt sich ein sensitiver Abschnitt 10 des Trägers 2 an. Die Länge dieses sen sitiven Abschnitts 10 ist etwa ein Viertel der Ge samtlänge des Trägers 2. In diesem Abschnitt 10 bildet das Widerstandselement 5 eine Verbindung zwischen den Leiterbahnen 3, 4. Der Querschnitt des Widerstandselements 5 ist geringer als die der Lei terbahnen 3, 4, außerdem besteht es aus einem Mate rial mit höherem Flächenwiderstand, wie etwa pla tinummantelten Keramikteilchen, insbesondere Alumi niumoxid-Teilchen oder einer Mischung von Pt mit nichtleitenden Keramikteilchen. Das Widerstandsele ment 5 verläuft im Zickzack auf einem großen Teil der Fläche des sensitiven Abschnitts 10, so daß seine Gesamtlänge wesentlich größer ist als die Länge oder Breite dieses Abschnitts 10. Hierdurch, durch die Wahl des Materials und durch den im Vergleich zu den Leiterbahnen 3, 4 verringerten Querschnitt wird erreicht, daß das Widerstandselement 5 den bei weitem überwiegenden Teil zum gesamten elektrischen Widerstand des Temperatursensors beiträgt. Die Tem peraturabhängigkeit dieses Widerstands ist daher praktisch ausschließlich abhängig von der Tempera tur des sensitiven Abschnitts 10. Der Halterungsab schnitt 7, an dem der Temperatursensor gehalten ist, ist unter normalen Betriebsbedingungen erheb lich kühler als der sensitive Abschnitt 10. Durch die Aussparung 9 wird erreicht, daß das unvermeid liche Temperaturgefälle zwischen den zwei Abschnit ten 7, 10 sich großenteils auf den Bereich der Aus sparung 9 konzentriert; der sensitive Abschnitt 10 selber hat infolgedessen eine relativ homogene Tem peratur, auf die aus einem gemessenen elektrischen Widerstand des Temperatursensors eindeutig und ex akt rückgeschlossen werden kann. Infolge der Anord nung der Aussparung 9 in unmittelbarer Nähe zum sensitiven Abschnitt 10 wird der Anteil der Masse des Temperatursensors, der einer Temperaturänderung des zu messenden Mediums folgen muß, klein gehalten. Daher vermag der Sensor Temperaturänderungen sehr schnell zu folgen.A sensitive section 10 of the carrier 2 adjoins the recess 9 . The length of this senive section 10 is about a quarter of the total length of the carrier 2nd In this section 10 , the resistance element 5 forms a connection between the conductor tracks 3 , 4 . The cross section of the resistance element 5 is smaller than that of the conductor tracks 3 , 4 , and it consists of a material with higher surface resistance, such as platinum-coated ceramic particles, in particular aluminum oxide particles or a mixture of Pt with non-conductive ceramic particles. The resistance element 5 runs in a zigzag on a large part of the area of the sensitive section 10 , so that its overall length is substantially greater than the length or width of this section 10 . As a result of the choice of material and the reduced cross section in comparison to the conductor tracks 3 , 4 , it is achieved that the resistance element 5 contributes the vast majority to the total electrical resistance of the temperature sensor. The temperature dependence of this resistance is therefore practically exclusively dependent on the temperature of the sensitive section 10 . The bracket section 7 , on which the temperature sensor is held, is considerably cooler under normal operating conditions than the sensitive section 10 . Through the recess 9 it is achieved that the inevitable temperature gradient between the two sections 10 , 7 , 10 largely focuses on the area from the saving 9 ; As a result, the sensitive section 10 itself has a relatively homogeneous temperature, to which conclusions can be drawn clearly and precisely from a measured electrical resistance of the temperature sensor. As a result of the arrangement of the recess 9 in the immediate vicinity of the sensitive section 10 , the proportion of the mass of the temperature sensor which must follow a temperature change in the medium to be measured is kept small. Therefore, the sensor can follow temperature changes very quickly.
Fig. 2 zeigt nicht maßstabsgetreu verschiedene mögliche Querschnitte von Temperatursensoren ent lang der Linie II-II aus Fig. 1. Fig. 2 shows not to scale various possible cross sections of temperature sensors along the line II-II of Fig. 1st
Bei der in Fig. 2A gezeigten ersten Variante ist auf einem Trägertape 12 aus Yttrium-stabilisierter Zirkonoxidkeramik eine Isolierungsschicht 13, das im Zickzack oder in Mäandern verlaufende Wider standselement 5, darüber eine zweite Isolierungs schicht 14 und schließlich ein sogenanntes Abdeck tape 15 aufgebracht. Aufgabe der Isolierungsschich ten 13, 14 aus Aluminiumoxidkeramik ist, die Leiter bahn 10 elektrisch von Träger- und Abdecktape 12, 15 zu isolieren. Der Grund dafür ist, daß bei den von dem Sensor zu erfassenden Temperaturen, nämlich den Temperaturen eines Sauerstoff-Sensors zur Überwa chung des Abgases einer Brennkraftmaschine, die - aufgrund ihrer guten thermomechanischen Eigenschaf ten als Material für den Träger 2 bevorzugte - Zir konoxidkeramik geringfügig elektrisch leitend wird, Aluminiumoxidkeramik hingegen nicht.In the first variant shown in FIG. 2A, an insulating layer 13 is on a carrier tape 12 made of yttrium-stabilized zirconium oxide ceramic, the resistance element 5 running in zigzag or in meanders, a second insulating layer 14 and finally a so-called masking tape 15 applied over it. The task of the Isolungsschich th 13 , 14 made of alumina ceramic is to electrically isolate the conductor 10 from the carrier and masking tape 12 , 15 . The reason for this is that at the temperatures to be detected by the sensor, namely the temperatures of an oxygen sensor for monitoring the exhaust gas of an internal combustion engine, which - due to their good thermomechanical properties as the material for the carrier 2 preferred - zirconia ceramic slightly electrical becomes conductive, but alumina ceramics do not.
Um Gase aus der Umgebung des Temperatursensors daran zu hindern, zum Widerstandselement 5 vorzu dringen und diese bei den hohen Arbeitstemperaturen des Sensors zu beschädigen, sind die Isolierungs schichten 13, 14 und das Widerstandselement 5 auch an den Seiten von gasdichten Wänden 16 aus Zir konoxidkeramik umgeben.In order to prevent gases from the environment of the temperature sensor from penetrating to the resistance element 5 and damaging them at the high working temperatures of the sensor, the insulation layers 13 , 14 and the resistance element 5 are also surrounded on the sides by gas-tight walls 16 made of zirconia ceramic .
Die Dicke der Tapes 12, 15 ist in dem Bereich, in dem diese die Mäander des Widerstandselements 5 überdecken, verringert. Die Verringerung der Dicke erfolgt durch vollflächiges Abschleifen oder Abfräsen des durch ein Bindemittel zusammengehaltenen Tapes vor dem Sintern, wie für das Trägertape 12 dargestellt, es kann zusätzlich selektiv eine Aus sparung 17 über dem im Zickzack verlaufenden Be reich der Leiterbahn 5 erzeugt werden, wie am Bei spiel des Abdecktapes 15 dargestellt. An den Seiten der Aussparung 17 stehenbleibende Stege 18 dienen zur Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit des Sensors.The thickness of the tapes 12 , 15 is reduced in the area in which they cover the meanders of the resistance element 5 . The reduction in thickness is carried out by grinding or milling the tape held together by a binder before sintering, as shown for the carrier tape 12 , it can additionally selectively generate a savings 17 from the zigzag loading area of the conductor track 5 , as on In the game of masking tape 15 shown. On the sides of the recess 17, webs 18 which remain stationary serve to maintain the mechanical strength of the sensor.
Eine solche Verringerung der Dicke kann selbstver ständlich auch an nur einem der Tapes 12, 15 durch geführt werden.Such a reduction in thickness can of course also be performed on only one of the tapes 12 , 15 .
Der Temperatursensor kann hergestellt werden durch sukzessives Siebdrucken des Trägertapes 12, der Isolierungsschicht, der Leiterbahn 5, der Isolie rungsschicht 14, der Wände 16 und des Abdecktapes 15 und anschließendes Sintern des erhaltenen Ver bundes bei Temperaturen im Bereich von 1350 bis 1360°C. Diese Temperatur genügt, um das Zirkonoxid der Tapes 12, 15 und der Wände 16 luftdicht sintern zu lassen, während beim Aluminiumoxid der Isolie rungsschichten 13, 14 eine gewisse Restpororität be stehen bleibt.The temperature sensor can be produced by successively screen printing the carrier tape 12 , the insulation layer, the conductor track 5 , the insulation layer 14 , the walls 16 and the covering tape 15 and then sintering the resulting composite bond at temperatures in the range from 1350 to 1360 ° C. This temperature is sufficient to sinter the zirconium oxide of the tapes 12 , 15 and the walls 16 in an airtight manner, while the aluminum layers of the insulation layers 13 , 14 remain with a certain residual porosity.
Fig. 2B zeigt eine Schichtstruktur des Sensors, mit der sich eine besonders kurze Reaktionszeit des Sensors erzielen läßt. Fig. 2B shows a layered structure of the sensor, can be achieved with a very short response time of the sensor.
Zwei Tapes 12, 15 aus Yttrium-stabilisiertem Zir konoxid sind übereinander aufgetragen, um einen Träger von ausreichender mechanischer Festigkeit aufzubauen. Auf diesem befindet sich eine erste Isolierungsschicht 13, die zusammen mit einer zwei ten Isolierungsschicht 14, die eine Außenfläche des Sensors bildet, die Leiterbahn 5 einschließt. An ders als bei der Ausgestaltung der Fig. 2A, bilden hier die Isolierungsschichten Außenflächen des Sensors; um die Leiterbahn 5 vor der Zerstörung durch eindringende Gase zu schützen, müssen diese Isolierungsschichten luftdicht, aber bei der Ein satztemperatur des Sensors elektrisch nicht leitend sein. Dies läßt sich erreichen durch Verwendung von ultrafeinem Aluminiumoxidpulver mit einer Partikel größe im Nanometerbereich, das eine niedrigere Sin tertemperatur als Aluminiumoxid mit gröberer Kör nung aufweist, oder durch Versetzen des die Isolie rungsschichten 13, 14 bildenden Aluminiumoxids mit Sinterhilfsmitteln wie etwa Magnesiumoxid oder Si liciumdioxid.Two tapes 12 , 15 made of yttrium-stabilized zirconium oxide are applied one above the other in order to build up a carrier of sufficient mechanical strength. On this there is a first insulation layer 13 which, together with a two-th insulation layer 14 , which forms an outer surface of the sensor, includes the conductor track 5 . In contrast to the configuration in FIG. 2A, the insulation layers form outer surfaces of the sensor; In order to protect the conductor track 5 from being destroyed by penetrating gases, these insulation layers must be airtight, but not electrically conductive at the temperature of the sensor. This can be achieved by using ultrafine aluminum oxide powder with a particle size in the nanometer range, which has a lower sintering temperature than aluminum oxide with a coarser grain, or by displacing the insulating layers 13 , 14 forming aluminum oxide with sintering aids such as magnesium oxide or silicon dioxide.
Die Masse des sensitiven Abschnitts 10 und damit seine thermische Trägheit wird verringert, indem eines der Tapes 12 im sensitiven Abschnitt 10 vollständig abgetragen oder von vornherein nicht vorgesehen ist, wenn dies im Hinblick auf die erforderliche mecha nische Festigkeit des Sensors vertretbar ist.The mass of the sensitive section 10 and thus its thermal inertia is reduced by one of the tapes 12 in the sensitive section 10 being completely removed or not provided from the outset if this is justifiable in view of the required mechanical strength of the sensor.
Eine weitere Möglichkeit, die Masse des sensitiven Abschnitts 10 gering zu halten ist, die das Wider standselement 5 in mehreren, voneinander elektrisch isolierten Schichten übereinander anzuordnen. Dies verringert bei gleichbleibender Länge des Wider standselements die für es benötigte Trägerfläche und damit die benötigte Masse des sensitiven Ab schnitts 10.Another possibility of keeping the mass of the sensitive section 10 low is to arrange the resistance element 5 in a plurality of layers that are electrically insulated from one another. This reduces the constant length of the opposing elements, the support surface required for it and thus the required mass of the sensitive section from 10th
Fig. 3A und 3B zeigen mögliche Querschnitte des Temperatursensors aus Fig. 1 in Höhe der Linie III-III. In Fig. 3A bildet die Aussparung 9 eine von einer Seite des Trägers 2 zur anderen durchge hende Bohrung. In Fig. 3B ist die Aussparung 9 ein Sackloch. Diese zwei Varianten sind mit jedem der in Fig. 2A bis 2B gezeigten Querschnitte kombi nierbar. Fig. 3A and 3B show possible cross-sections of the temperature sensor of FIG. 1 in height of the line III-III. In Fig. 3A, the recess 9 forms a continuous bore from one side of the carrier 2 to the other. In Fig. 3B, the recess 9 is a blind hole. These two variants are combinatorial definable with each of the in Fig. 2A-2B shown cross-sections.
Bei weiteren Varianten des Temperatursensors kann mehr als eine Aussparung 9 im Mittelbereich 8 vor gesehen sein. Falls die Aussparungen 9 als Sacklö cher ausgebildet sind, ist es zweckmäßig, diese ab wechselnd an verschiedenen Seiten des Trägers 2 auszubilden, und so nicht nur den effektiven Wärme leitungsquerschnitt des Temperatursensors im Be reich einer Aussparung zu verringern, sondern zu sätzlich die effektive Weglänge für einen Teil des Wärmeflusses zu vergrößern.In further variants of the temperature sensor, more than one recess 9 can be seen in the central region 8 . If the recesses 9 are formed as Sacklö cher, it is advisable to form them alternately on different sides of the carrier 2 , and thus not only to reduce the effective heat conduction cross-section of the temperature sensor in the area of a recess, but also the effective path length for to increase part of the heat flow.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Temperatursensors gemäß der Erfindung in einer Explosions darstellung. Der Sensor besteht aus drei unter Ver wendung sogenannter interlaminarer Binder zusammen laminierten plastisch-keramischen Folien, zum Bei spiel aus Aluminiumoxid. Die unterste der drei Fo lien, als Stabilisierungsfolie 19 bezeichnet, ge währleistet wie die Tapes 12, 15 der zuvor erläuter ten Beispiele die mechanische Festigkeit des Tempe raturfühlers. Eine darüberliegende Sensorfolie 20 trägt das temperaturempfindliche Widerstandselement 5, Zuleitungen 3, 4 und Kontakte 6 zum Anschließen an eine externe Fassung. Die Kontakte 6 und Zulei tungen 3, 4 bestehen aus reinem Platin, das tempera turempfindliche Widerstandselement 5 aus einem Ge misch von ca. 60 Volumenprozent Platin und 40 Volu menprozent Al2O3. Die Zumischung von Al2O3 bewirkt einmal im gesinterten Zustand eine verbesserte Haftung der Sensorschicht zur Unterlage, zum ande ren wird gegenüber reinem Platin der Quadratwider stand der Schicht um das Vier- bis Fünffache ange hoben. So läßt sich mit üblicher Dickschichttechnik (Leiterbahnbreite und -abstand ca. 0.2 mm) auf ei ner Fläche von 10 × 6 mm2 ein Pt-100-Element reali sieren. Eine Abdeckfolie 21, die wie die Sensorfo lie 20 dünn im Vergleich zur Stabilisierungsfolie 16 ist, deckt die Sensorfolie 20 auf einem Großteil ihrer Fläche mit Ausnahme der Kontakte 6 ab. Das Widerstandselement 5 ist so dimensioniert und ange ordnet, daß es vollständig innerhalb eines aus der Stabilisierungsfolie 19 ausgestanzten Fensters 17 liegt. Die Dicke des Temperaturfühlers im Bereich des Widerstandselements 5 ist daher wesentlich ge ringer als auf einem Großteil seiner restlichen Fläche. Fig. 4 shows a second embodiment of the temperature sensor according to the invention in an exploded view. The sensor consists of three plastic-ceramic foils laminated together using so-called interlaminar binders, for example made of aluminum oxide. The lowermost of the three foils, referred to as stabilizing foil 19 , ensures, like the tapes 12 , 15 of the examples previously explained, the mechanical strength of the temperature sensor. An overlying sensor film 20 carries the temperature-sensitive resistance element 5 , leads 3 , 4 and contacts 6 for connection to an external socket. The contacts 6 and leads 3 , 4 consist of pure platinum, the temperature-sensitive resistance element 5 from a mixture of approx. 60 percent by volume platinum and 40 percent by volume Al 2 O 3 . The admixture of Al 2 O 3 in the sintered state improves the adhesion of the sensor layer to the substrate, on the other hand the square resistance of the layer is increased four to five times compared to pure platinum. A Pt-100 element can thus be realized with conventional thick-film technology (track width and spacing approx. 0.2 mm) on an area of 10 × 6 mm 2 . A cover film 21 , which is thin like the sensor film 20 compared to the stabilization film 16 , covers the sensor film 20 on a large part of its surface with the exception of the contacts 6 . The resistance element 5 is dimensioned and arranged so that it lies completely within a window 17 punched out of the stabilizing film 19 . The thickness of the temperature sensor in the region of the resistance element 5 is therefore significantly less than on a large part of its remaining area.
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