DE3829765A1

DE3829765A1 - Platin-temperatursensor

Info

Publication number: DE3829765A1
Application number: DE3829765A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Murata; Walter Gottschling
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1989-03-16
Anticipated expiration: 2008-09-02
Also published as: GB2209630B; JP2605297B2; DE3829765C2; US4906965A; GB8820798D0; JPS6465426A; GB2209630A

Description

Die Erfindung betrifft einen Platin-Temperatursensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und insbesondere einen Platin-Temperatursensor mit einem Platin-Widerstandsthermometer.

Platin ist chemisch stabil, weist eine hohe Temperaturabhängigkeit des elektri schen Widerstandes auf und eignet sich daher als Material für einen Temperatur sensor. In einem konventionellen Platin-Temperatursensor ist ein Platindraht spi ralförmig auf einem Isolator aufgewickelt, oder es ist ein Platin-Widerstands muster als Dick- oder Dünnfilm auf einem einzelnen, plattenförmig ausgebildeten Aluminiumoxidsubstrat angeordnet, wie den US-Patentschriften 40 28 657, 40 50 052 oder 37 81 749 zu entnehmen ist.

Der Platin-Temperatursensor vom Wicklungstyp ist jedoch teuer und kann nicht mit hinreichend kleiner Größe hergestellt werden, wobei sich ferner ein gewünsch ter hoher Widerstandswert nicht erzielen läßt. Andererseits muß auch bei dem Pla tin-Temperatursensor mit dem einzelnen Aluminiumsubstrat die Größe erhöht werden, wenn ein gewünschter hoher Widerstandswert erhalten werden soll. Ein solcher hoher Widerstandswert kann nicht bei geringer Größe erreicht werden.

Die US-Patentschrift 38 45 443 offenbart einen Sensor mit einem zylindrischen Körper und einem Platin-Widerstandsmuster auf der Oberfläche des Körpers. Bei einem derartigen Sensor ist es jedoch schwierig, das Muster auszubilden, da es auf einer gekrümmten Fläche hergestellt werden muß. Die Musterformen sind daher eingeschränkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Platin-Temperatursensor zu schaffen, der klein und billig hergestellt werden kann, und der einen hohen Wi derstandswert aufweist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.

Ein Platin-Temperatursensor nach der Erfindung zeichnet sich aus durch

- einen Sensorkörper, der durch eine zylindrisch aufgerollte, plattenartige Keramikschicht gebildet ist, und
- durch ein Platin-Widerstandsmuster auf einer Oberfläche der Keramik schicht.

Das Platin-Widerstandsmuster kann entweder auf der inneren Oberfläche der Keramikschicht oder auf der äußeren Oberfläche dieser Keramikschicht liegen.

Die Keramikschicht kann um einen Zentralkern herum gewickelt sein. Sie kann ferner auch mehrfach aufgerollt sein, so daß mehrere Lage erhalten werden. Es muß nicht in jedem Fall ein Zentralkern vorhanden sein.

Der Platin-Temperatursensor nach der Erfindung mißt die Temperatur über eine lineare Veränderung des elektrischen Widerstandes des Platin-Widerstands musters, das als Temperatursensorelement dient, wobei die lineare Veränderung des elektrischen Widerstands durch eine Temperaturänderung verursacht wird.

Im Vergleich zum konventionellen Platin-Temperatursensor vom Wicklungstyp kann der Platin-Temperatursensor nach der Erfindung billiger, mit kleinerer Größe und mit erhöhtem Widerstand hergestellt werden, da er einen Sensorkörper aufweist, der durch eine zylindrisch aufgerollte, plattenartige Keramikschicht ge bildet ist, wobei sich ein Platin-Widerstandsmuster auf einer Oberfläche der Kera mikschicht befindet.

Die mit dem Platin-Widerstandsmuster versehene Keramikschicht wird zu einem Zylinder aufgerollt, so daß gegenüber dem konventionellen Platin-Teperatursen sor mit plattenartigem Aluminiumoxidsubstrat die Oberfläche der Ke ramikschicht, die das Platin-Widerstandsmuster trägt, vergrößert ist. Da das Pla tin-Widerstandsmuster auf die plattenartige Keramikschicht aufgebracht wird, läßt es sich in geeigneter und gewünschter Weise herstellen. Das Platin-Wider standsmuster braucht also nicht auf eine gekrümmte Fläche aufgebracht zu wer den.

Gegenüber dem Stand der Technik läßt sich somit der Platin-Temperatursensor nach der Erfindung kleiner, billiger und mit vergrößertem Widerstand herstel len.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfin dung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Aus führungsbeispiels,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfin dung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zur Herstellung des in Fig. 3 gezeigten zwei ten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfin dung und

Fig. 6 eine ausgerollte Keramikschicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5.

Im nachfolgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Be zugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben. Entsprechend der Fig. 1 enthält ein Platin-Temperatursensor eine zylindrisch aufgerollte Keramikschicht 1 und ein Platin-Widerstandsmuster 2 auf der inneren Oberfläche der Keramikschicht 1.

Die Keramikschicht 1 ist um die äußere Seitenoberfläche eines Kerns 3 herumge wickelt und zusammen mit dem Kern 3 gebrannt. Diese Seitenoberfläche ist die äußere Umfangsoberfläche des Kerns 3. Der Kern 3 ist zylindrisch ausgebildet und besteht aus demselben Material, aus dem auch die Keramikschicht 1 hergestellt ist. Der Kern 3 ist allerdings dicker als die Keramikschicht 1. Die Keramikschicht 1 und der Kern 3 bestehen aus hochreinem Aluminiumoxid. Die um die äußere Sei tenoberfläche des Kerns 3 herumgewickelte Keramikschicht 1 ist im wesentlichen zylindrisch, wobei das Platin-Widerstandsmuster 2 zwischen der Keramikschicht 1 und dem Kern 3 liegt. Das Platin-Widerstandsmuter 2 weist ein Ende auf, das sich in einem unteren Endbereich der Keramikschicht 1 befindet, erstreckt sich ausge hend von diesem Endbereich in zickzackförmig abgebogener Weise nach oben und erreicht schließlich wieder den unteren Endbereich der Keramikschicht 1. Das zickzackförmig ausgebildete Platin-Widerstandsmuster 2 erstreckt sich somit in seiner Längsrichtung parallel zur Zylinderachse des Kerns 3, wobei beide An schlüsse zur unteren Stirnseite des Kerns 3 gerichtet sind. Die Keramikschicht 1 weist radial verlaufende Durchgangslöcher 4 und 5 in Bereichen auf, die mit den beiden Enden des Platin-Widerstandsmusters 2 übereinstimmen. Leitungsdrähte 6 und 7 sind jeweils mit den beiden Endbereichen des Platin-Widerstandsmusters 2 durch die Durchgangslöcher 4 und 5 hindurch verbunden, wobei die Verbindung durch sogenanntes Silberbacken hergestellt ist.

Die Keramikschicht 1 weist ferner radiale Durchgangslöcher 8, 9 und 10 an Positi onen auf, die mit den abgebogenen Bereichen des zickzackförmig ausgebildeten Platin-Widerstandsmusters 2 übereinstimmen. Widerstands-Einstelleitungen 11 und 12 befinden sich an der äußeren Oberfläche der Keramikschicht 1 zwischen den Durchgangslöchern 8, 9 und 10. Die abgebogenen Bereiche des Platin-Wider standsmusters 2 sind elektrisch miteinander über die Widerstands-Einstellei tungen 11 und 12 durch die Durchgangslöcher 8, 9 und 10 hindurch miteinander ver bunden. Die Widerstands-Einstelleitungen 11 und 12 können durch Einbrennen einer Paste hergestellt sein.

Der Platin-Temperatursensor nach der Erfindung wird an einer geeigneten Position angeordnet, um die Temperatur mit Hilfe des Wheatstone-Brückenverfahrens oder mit Hilfe des Konstantstromverfahrens zu messen. Der Sensor läßt sich auch im Zusammenhang mit anderen Meßverfahren einsetzen. Das Platin-Widerstands muster 2 dient als Temperatursensorelement, dessen elektrischer Widerstand sich linear mit der Temperatur ändert. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur eines Objektes zu messen. Das Platin-Widerstandsmuster 2 liegt dicht zwischen der Keramikschicht 1 und dem Kern 3, so daß es nicht der Atmosphäre ausgesetzt ist. Es ist daher sehr gut gegen Feuchtigkeit geschützt.

Der Widerstand des Platin-Widerstandsmusters 2 läßt sich durch Zuschneiden der Widerstands-Einstelleitungen 11 und 12 einstellen. Nach Einstellung des Wider stands werden die Durchgangslöcher 8, 9 und 10 und die Widerstandsleitungen 11 und 12 mit einer schlammförmigen Keramikpaste oder mit einer Glaspaste über deckt, um einen noch besseren Schutz gegenüber der Atmosphäre und gegen Feuchtigkeit zu erhalten.

Im nachfolgenden wird die Herstellung dieses Platin-Temperatursensors nach Fig. 1 näher beschrieben. Zunächst wird eine noch unbehandelte bzw. ungebrann te Keramiksäule 3 a gemäß Fig. 2 hergestellt. Diese Säule kann auch als Ceramic Grenn Column bezeichnet werden. Sie kann zum Beispiel hohlzylinderförmig aus gebildet sein. Ferner wird eine unbehandelte bzw. ungebrannte Keramikschicht 1a in Form einer rechteckförmig ausgebildeten Platte gebildet und auf einer ihrer Hauptflächen mit einem Muster 2 a aus einer Platinpaste bedruckt. Die unbehand delte bzw. ungebrannte Keramikschicht 1 a wird dann mit den Durchgangslöchern 4, 5, 8, 9 und 10 an Positionen versehen, die mit den beiden Endbereichen und den abgebogenen Bereichen des Platinpastenmusters 2 a übereinstimmen. Sodann wird die unbehandelte Keramikschicht 1 a um die äußere Umfangsoberfläche der Ke ramiksäule 3 a herumgewickelt. Dabei liegt das Platinpastenmuster 2 a zwischen der Keramikschicht 1 a und der Keramiksäule 3 a. Die ungebrannte Kera mikschicht 1 a wird dann zusammen mit der ungebrannten Keramiksäule 3 a ge brannt. Die Leitungsdrähte 6 und 7 werden mit beiden Enden des Platin-Wider standsmusters 2 durch die Durchgangslöcher 4 und 5 hindurch verbunden. Die Widerstands-Einstelleitungen 11 und 12 befinden sich an der äußeren Umfangs oberfläche der Keramikschicht 1 und sind durch sogenanntes Silberbacken herge stellt (Brennen einer silberhaltigen Paste), um die Durchgangslöcher 8, 9 und 10 miteinander zu verbinden, so daß schließlich Teile des Platin-Widerstandsmusters 2 über die Durchgangslöcher 8, 9 und 10 hindurch miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise wird der in Fig. 1 gezeigte Platin-Temperatursensor erhalten.

Zum Abgleich des Widerstandes des Platin-Widerstandsmusters 2 lassen sich im Anschluß daran einzelne Widerstands-Einstelleitungen 11 und 12 zerschnei den.

Im nachfolgenden werden Abwandlungen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei spiels näher beschrieben.

a) Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 sind gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 befindet sich ein Platin-Widerstands muster 2 an der äußeren Umfangsoberfläche einer Keramikschicht 1. Die Leitungs drähte 6 und 7 können daher unmittelbar mit den beiden Enden des Platin-Wider standsmusters 2 verbunden werden, zum Beispiel durch Silberbacken. Die äußere Umfangsoberfläche der Keramikschicht 1 ist mit einer Glasschicht 20 bedeckt. Diese Glasschicht 20 dient zum Schutz des Platin-Widerstandsmusters 2 gegen Atmosphäreneinflüsse. Anstelle der glasförmigen Abdeckschicht 20 kann auch eine Keramikschlammschicht verwendet werden, die gebrannt wird, und die das Platin-Widerstandsmuster 2 dicht abdeckt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 arbeitet in ähnlicher Weise wie das Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 1. Der Widerstandswert des Platin-Widerstandsmusters 2 läßt sich durch Zerschneiden der Widerstands-Einstelleitungen 21 einstellen bzw. abgleichen, und zwar vor dem Aufbringen der Glasabdeckschicht 20. Die Wi derstands-Einstelleitungen können zum Beispiel durch Backen von Silber herge stellt sein. Nach der Widerstandseinstellung werden die Keramikschicht 1 und das Platin-Widerstandsmuster 2 durch die Glasabdeckschicht 20 abgedeckt. Die Her tellung des in Fig. 3 gezeigten Platin-Temperatursensors erfolgt in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, wobei im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 das Platinpastenmuster 2 a jedoch an der rückwärtigen Oberfläche der ungebrannten Keramikschicht 1 a liegt, wie in Fig. 4 zu erkennen ist. Das Muster 2 a liegt also an der äußeren Oberfläche.
In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die in Fig. 1 gezeigten Durchgangslöcher 4, 5, 8, 9 und 10 vorzusehen. Da ferner das Platin-Widerstandsmuster 2 an der äuße ren Umfangsseite des Platin-Temperatursensors liegt, weist dieser eine ausge zeichnete Empfindlichkeit auf. Allerdings ist es erforderlich, zusätzlich die Glasab deckschicht 20 herzustellen.
b) Der Kern 3 braucht nicht unbedingt eine zylindrische Form aufzuweisen. Er kann auch in Form eines Prismas oder einer Säule hergestellt sein, die einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat.
c) Es brauchen nicht unbedingt die Widerstands-Einstelleitungen 11, 12 und 21 verwendet zu werden, die zur Einstellung des Widerstandes in den Ausfüh rungsbeispielen nach den Fig. 1 und 3 zerschnitten werden. Vielmehr können entsprechende Teile des Platin-Widerstandsmusters 2 auch in geeigneter Weise durch silbergebackene Leitungen miteinander gekoppelt sein, um den Wider standswert einzustellen.
d) Ein Platin-Temperatursensor wird dadurch gebildet, daß in einfacher Weise eine unbehandelte bzw. ungebrannte Schicht 22 aufgerollt wird. Dies ist in Fig. 5 gezeigt. Gemäß Fig. 5 wird die unbehandelte bzw. ungebrannte Schicht 22 (green sheet) auf einen nicht dargestellten Kern aufgewickelt und anschließend von die sem Kern abgenommen, bevor sie gebrannt wird, um den Platin-Temperatursensor zu erhalten.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Fall ist das Platin-Widerstandsmuster 2 im wesentli chen auf der gesamten einen Hauptoberfläche eine Keramikschicht 1 vorhanden, wie die Fig. 6 zeigt, um einen höheren Widerstand zu erhalten. Auch in diesem Fall kann der Widerstand durch entsprechende Widerstands-Einstelleitungen zwi schen den abgebogenen Bereichen des Platin-Widerstandsmusters 2 oder durch Zerschneiden vorher gebildeter Widerstands-Einstelleitungen eingestellt bzw. ab geglichen werden. Die Keramikschicht 1 kann ferner in unterschiedlicher Weise aufgerollt werden, so daß zum Beispiel das Platin-Widerstandsmuster 2 innen oder außen zu liegen kommt. Liegt das Platin-Widerstandsmuster 2 außen, so muß der freiliegende Teil mit Glas oder Keramikschlamm abgedeckt werden. Ferner kann vor dem Brennen auch ein geeigneter Kern aus zum Beispiel Harz oder dergleichen vorhanden sein, wobei sich der Kern beim Brennen verflüchtigt, so daß letztlich die in Fig. 5 gezeigt Struktur erhalten wird, die keinen Kern mehr aufweist.
e) Das Platin-Widerstandsmuster 2 muß nicht unbedingt die zuvor beschrie bene Form aufweisen. Es kann auch in anderer geeigneter Weise ausgebildet bzw. strukturiert sein, je nach Verwendungszweck. Das Muster läßt sich in Form eines Dünnfilms oder eines Dickfilms herstellen.
f) Die Leitungsdrähte 6 und 7 können integral mit dem Platin-Widerstands muster 2 verbunden werden, und zwar dann, wenn die ungebrannte Keramikschicht 1 a gebrannt wird. In diesem Fall müssen die Leitungsdrähte 6 und 7 aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt sein, um die Tempe ratur beim Brennen der ungebrannten Keramikschicht 1 a aushalten zu kön nen.

Claims

1. Platin-Temperatursensor, gekennzeichnet durch

- einen Sensorkörper (1), der durch eine zylindrisch aufgerollte, plattenartige Keramikschicht (1 a) gebildet ist, und
- ein Platin-Widerstandsmuster (2) auf einer Oberfläche der Keramikschicht (1 a).

2. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Platin-Widerstandsmuster (2) auf der inneren Oberfläche der Keramikschicht (1 a) liegt.

3. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungsdrähte (6, 7) vorhanden sind, die Keramikschicht (1 a) Durchgangslöcher (4, 5) für die Leitungsdrähte (6, 7) aufweist, wobei die Durchgangslöcher (4, 5) im Bereich der Enden des Platin-Widerstandsmusters (2) liegen, und die Leitungs drähte (6, 7) von außen durch die Durchgangslöcher (4, 5) hindurch mit den Enden des Platin-Widerstandsmusters (2) verbunden sind.

4. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstands-Einstelleitungen (11, 12, 21) an der äußeren Oberfläche der Keramik schicht (1 a) vorhanden sind, die Keramikschicht (1 a) eine Mehrzahl von Durch gangslöchern (8, 9, 10) aufweist, die zu einem Zwischenbereich des Platin-Wider standsmusters (2) führen, und die Widerstands-Einstelleitungen (11, 12, 21) mit dem Platin-Widerstandsmuster (2) durch die Durchgangslöcher (11, 12, 21) hin durch verbunden sind.

5. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Platin-Widerstandsmuster einen zickzackförmig ausgebildeten Teil aufweist.

6. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ab deckschicht (20) zur Abdeckung der äußeren Oberfläche der Keramikschicht (1 a).

7. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zentralen Kern (3, 3 a), auf den die Keramikschicht (1, 1 a) aufgewickelt ist, um mit ihm gemeinsam gebrannt zu werden.

8. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Platin-Widerstandsmuster (2) auf der äußeren Oberfläche der Keramikschicht (1 a) liegt.

9. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (1 a) zur Bildung eines Sensorkörpers mit mehreren Lagen auf gerollt ist.

10. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Platin-Widerstandsmuster (2) so ausgebildet ist, daß es beim Aufrollen der Keramikschicht (1 a) ebenfalls mehrere Lagen bildet.