DE4108514A1

DE4108514A1 - Widerstandselement mit zuleitungen

Info

Publication number: DE4108514A1
Application number: DE4108514A
Authority: DE
Inventors: Fujio Ishiguro; Zenji Ishikawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2011-03-16
Also published as: US5168256A; JP2559875B2; JPH03268302A; DE4108514C2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Widerstandsele ment und insbesondere auf ein Widerstandselement, bei dem die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Widerstandskörpers genutzt wird, wie z. B. bei einem Temperaturmeßelement für das Messen der Temperatur von gasförmigen Fluiden.

Es sind Widerstandselemente als Temperaturmeßelemente be kannt, mit denen die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands genutzt wird. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein derartiges Widerstandselement, das ein Keramikrohr 2 aus Aluminiumoxid mit einem Außendurchmesser von ungefähr 0,5 mm und elektrische Zuleitungen 4 aus Platin mit einem Durchmes ser von ungefähr 0,2 mm aufweist. Die Zuleitungen 4 sind an den einander entgegengesetzten Endbereichen des Keramikrohrs 2 durch Glasfüllungen 6 festgelegt. Das Widerstandselement hat ferner einen elektrischen Widerstandskörper in Form eines sehr dünnen Platindrahts 8 mit einem Durchmesser von ungefähr 20 bis 40 µm, der in ungefähr 100 Windungen auf die Außenumfangsfläche des Keramikrohrs 2 gewickelt ist. Die entgegengesetzten Enden des Platindrahts sind um die Zulei tungen 4 gewickelt und zur elektrischen Verbindung mit diesen verschweißt. Das auf diese Weise aufgebaute Wider standselement ist gänzlich mit einer Schutzschicht aus einem Glasmaterial überzogen.

Es ist auch ein Dünnfilm-Widerstandselement gemäß Fig. 2 bekannt. Dieses Widerstandselement hat einen Platinfilm 10, der anstelle des Platindrahts 8 in Form eines geeigneten Musters für das Erzielen eines angestrebten Widerstandswerts auf der Außenfläche des Keramikrohrs 2 gebildet ist. Dieser Platinfilm 10 ist elektrisch mit den Zuleitungen 4 durch Platinleiter 12 verbunden, die an den einander gegenüberlie genden Stirnflächen des Keramikrohrs 2 und den entsprechen den Stirnflächen der Glasfüllungen 6 angebracht sind. Die Platinleiter 12 werden durch Brennen einer Platinpaste, nämlich einer elektrisch leitenden Paste gebildet, die Platin als Hauptkomponente enthält.

Im praktischen Einsatz des Widerstandselements mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Zuleitungen 4 beispielsweise durch Anschweißen an Metallstäbe derart festgelegt, daß das Widerstandselement in einer Vorrichtung in eine gewünschte Lage gebracht ist. Beispielsweise wird gemäß Fig. 3 ein Widerstandselement 18 in einem durch ein Rohr 14 wie ein Eisenrohr gebildeten Gasdurchlaß 16 angeord net, um die Temperatur eines durch den Durchlaß 16 strömen den gasförmigen Fluids zu messen. In diesem Fall werden die Zuleitungen 4 des Widerstandselements 18 durch Anschweißen ihrer einander entgegengesetzten Endabschnitte an entspre chende Metallstäbe 22 wie rostfreie Stahlstäbe bzw. Edel stahlstäbe mit einem Durchmesser von 2 mm befestigt, die in das Rohr 14 durch jeweilige elektrisch isolierende Keramik massen 20 hindurch eingeführt sind, welche die in der Wan dung des Rohrs 14 geformten Löcher füllen. Auf diese Weise wird das Widerstandselement 18 in seiner Lage in dem Rohr 14 festgelegt, wobei die Metallstäbe 22 mit einem externen Gerät 24 wie einem Temperaturanzeiger oder Thermometer verbunden werden.

Es ist jedoch ziemlich schwierig, mit dem vorstehend be schriebenen bekannten Widerstandselement die Temperatur oder andere Parameter eines Meßfluids mit ausreichend hoher Genauigkeit zu messen, wenn sich die Umgebungsbedingungen für das Messen plötzlich ändern. Falls sich im einzelnen die zu messende Temperatur eines Fluids wie von Luft plötzlich ändert, bleibt die Temperatur der dem Meßfluid ausgesetzten Metallstäbe 22 gemäß Fig. 3 unverändert, da diese eine verhältnismäßig große Wärmekapazität haben und daher kaum auf die schnelle Änderung der Temperatur des Fluids schnell ansprechen. Infolgedessen ist wegen der Wärmeübertragung von dem Widerstandskörper 8 bzw. 10 über die Zuleitungen 4 zu den Metallstäben 22 oder umgekehrt die Geschwindigkeit der Temperaturänderung des Widerstandselements 18 bei der Ände rung der Fluidtemperatur niedrig. D. h., die Temperatur des Widerstandselements 18 kann nicht der schnellen Änderung der zu messenden Temperatur des Fluids folgen. Daher hat das bekannte Widerstandselement bei einer schnellen Änderung der Temperatur des Meßfluids eine verringerte Meßgenauigkeit.

Zum Verbessern des Ansprechvermögens des Widerstandselements auf schnelle Änderungen der Temperatur des Meßfluids wurde versucht, für die herkömmlicherweise aus Platin geformten Zuleitungen des Widerstandselements ein Material zu verwen den, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Platin hat. Beispielsweise wurden bei dem Widerstandselement nach Fig. 2 die Zuleitungen 4 in der Form der Platindrähte durch Drähte aus rostfreiem Stahl mit dem gleichen Durchmesser wie die Platindrähte ersetzt, um damit das angestrebte Widerstands element mit dem verbesserten Ansprechvermögen herzustellen. Die rostfreien bzw. Edelstahldrähte des auf diese Weise hergestellten Widerstandselements wurden durch Punktschwei ßung, nämlich eine Art von Widerstandsschweißung an den Metallstäben 22 gemäß Fig. 3 festgelegt und es wurde die tatsächliche Temperatur des Fluids in dem Rohr 14 gemessen. Bei den mit diesem Widerstandselement vorgenommenen Messun gen wurden einige abnormale Werte ermittelt.

Weitere Untersuchungen und Analysen haben gezeigt, daß die abnormalen Werte der Meßergebnisse durch schlechte elektri sche Leitung zwischen den Zuleitungen bzw. Edelstahldrähten und dem Widerstandskörper verursacht waren. Wenn die Zulei tungen bzw. Edelstahldrähte 4 des Widerstandselements nach Fig. 2 und die Metallstäbe 22 miteinander durch Widerstands schweißung verbunden werden, werden durch die Schweißelek troden an den Zuleitungen 4 beträchtliche Scherkräfte, Biegekräfte oder Zugkräfte aufgebracht. Da die Zuleitungen 4 derartige Biege- oder Zugkräfte nicht abfangen können, werden die Zuleitungen 4 mehr oder weniger aus den Glasfül lungen 6 herausgezogen, was zwischen den Zuleitungen 4 und den Glasfüllungen 6 schädliche Spalte und Risse verursacht, die einen schlechten Kontakt zwischen den Zuleitungen 4 und den Platinleitern 12, nämlich eine schlechte elektrische Leitung zwischen den Zuleitungen 4 und dem Platinfilm 10 zur Folge haben.

Dieses Problem tritt häufig in dem Fall auf, daß die Zulei tungen aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Material mit verhältnismäßig geringer Wärmeleitfähigkeit geformt werden. Wenn andererseits als Zuleitungen die herkömmlichen Platin drähte verwendet werden, werden die Zuleitungen eher unter brochen als aus den Glasfüllungen herausgezogen, wenn an den Zuleitungen die übermäßig große Kraft aufgebracht wird.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Gegebenheiten bei dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Überwindung des bei dem Stand der Technik auftretenden Problems ein Widerstandselement zu schaffen, das ein verbessertes Betriebsansprechvermögen und eine beträchtlich erhöhte Verbindungsfestigkeit der elektrischen Leiter hat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Widerstandsele ment zur Parameterermittlung gelöst, das eine Keramikunter lage mit einer Auflagefläche, einen auf der Auflagefläche der Keramikunterlage gebildeten elektrischen Widerstandskör per, eine elektrisch mit dem Widerstandskörper verbundene Zuleitvorrichtung, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ein Leiter aus Platin hat, und eine Verbindungsvorrichtung zum Festlegen der Zuleitvorrichtung an der Keramikunterlage aufweist. Die Verbindungsvorrichtung enthält mindestens ein Metall, aus dem zumindest die Außenfläche der Zuleitvorrich tung gebildet ist.

In dem erfindungsgemäßen Widerstandselement mit dem vorste hend beschriebenen Aufbau wird die Zuleitvorrichtung aus einem Metallmaterial geformt, das eine geringere Wärmeleit fähigkeit als Platin hat. D. h., die Zuleitvorrichtung in Form eines Zuleitungsdrahts hat eine geringere Wärmeleitfä higkeit als ein herkömmlicher Zuleitungsdraht aus Platin, wenn diese Zuleitungsdrähte die gleichen Abmessungen, näm lich gleichen Durchmesser, gleiche Querschnittsfläche und gleiche Länge haben. Daher kann bei einer plötzlichen Ände rung der Umgebungstemperatur die über die Zuleitvorrichtung geleitete Wärmemenge wirkungsvoll begrenzt werden. Erfin dungsgemäß ist in der Verbindungsvorrichtung für das Festle gen der Zuleitvorrichtung an der Keramikunterlage mindestens ein Metall enthalten, aus dem zumindest die Außenfläche der Zuleitvorrichtung gebildet ist. Hierdurch wird eine wir kungsvolle Verbindung zwischen dem Metall oder den Metallen der Zuleitvorrichtung und dem gleichen Metall oder den gleichen Metallen in der Verbindungsvorrichtung hervorgeru fen, was zu einer beträchtlich erhöhten Verbindungsfestig keit zwischen der Zuleitvorrichtung und der Verbindungsvor richtung, nämlich zwischen der Zuleitvorrichtung und der Keramikunterlage führt.

Infolgedessen folgt auch dann, wenn sich die Umgebungstempe ratur, nämlich die mittels des Widerstandselements zu mes sende Temperatur eines Fluids plötzlich ändert, das vorste hend beschriebene Widerstandselement getreu der schnellen Änderung der Umgebungstemperatur, so daß daher das Messen der Temperatur mit zufriedenstellend hoher Genauigkeit und verbessertem Ansprechvermögen ermöglicht ist. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist die Verbindungsfestigkeit zwischen der Zuleitvorrichtung und der Verbindungsvorrich tung beträchtlich erhöht. Daher ist auch dann, wenn externe Kräfte wie Biege- oder Zugkräfte an der Zuleitvorrichtung zur Wirkung kommen, das Lösen der Zuleitvorrichtung von der Verbindungsvorrichtung verhindert, so daß an dem elektri schen Anschlußbereich zwischen der Zuleitvorrichtung und dem Widerstandskörper keine schädlichen Spalte oder Risse ent stehen, wodurch die ansonsten mögliche Verringerung der elektrischen Leitung zwischen der Zuleitvorrichtung und dem Widerstandskörper wirkungsvoll vermieden ist. Infolgedessen treten bei diesem Widerstandselement praktisch keine abnor malen Temperaturmeßwerte auf.

Die Zuleitvorrichtung kann hauptsächlich aus einer Legierung hergestellt sein, die eine Wärmeleitfähigkeit hat, welche nicht höher als ein Drittel derjenigen von Platin ist. Beispielsweise wird die Legierung aus der Gruppe Nickel chrom, Bronze, Monelmetall, Invarstahl, rostfreier bzw. Edelstahl und Ni-Fe-Legierung gewählt. Die Zuleitvorrichtung kann zumindest einen Leitungsdraht, der aus einem aus der Legierung geformten Drähtchen besteht, und eine Deckschicht enthalten, die aus dem vorstehend genannten mindestens einen, in der Verbindungsvorrichtung enthaltenen Metall auf der Außenfläche des Drähtchens gebildet ist.

Die Verbindungsvorrichtung kann ein Glas als Bindematerial enthalten. Beispielsweise kann das Glas ein Kristallglas sein, das ZnO×B₂O₃×SiO₃ enthält. Die Verbindungsvorrichtung kann von 7 bis 70% des mindestens einen Metalls enthalten, aus dem zumindest die Außenfläche der Zuleitvorrichtung geformt ist.

Die Zuleitvorrichtung und die Verbindungsvorrichtung können miteinander durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur verbunden werden, die höher als ein Drittel des Schmelzpunk tes des mindestens einen Metalls ist, das sowohl in der Zuleitvorrichtung als auch in der Verbindungsvorrichtung enthalten ist, wobei durch die Verbindungsvorrichtung die Zuleitvorrichtung in ihrer Lage in bezug auf die Keramikun terlage festgelegt wird. Diese Wärmebehandlung kann in einer inerten Atmosphäre vorgenommen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein bekanntes Widerstandselement zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Längsschnitts durch ein bekanntes Widerstandselement gemäß einem anderen Beispiel.

Fig. 3 ist eine schematische erläuternde Ansicht, die eine Anordnung zeigt, bei der das Widerstands element nach Fig. 1 oder 2 in einer Temperaturmeßvorrichtung für das Messen der Temperatur eines gasförmigen Fluids angeordnet ist.

Fig. 4, 5 und 6 sind jeweils schematische Seitenansichten von Längsschnitten durch erfindungsgemäße Widerstandselemente gemäß verschiedenen Ausführungsbeispie len.

Das erfindungsgemäße Widerstandselement kann den gleichen Aufbau wie das vorstehend beschriebene bekannte Widerstands element außer hinsichtlich der Arten von Materialien haben, die für die elektrischen Zuleitungen und für das Bindemittel zum Festlegen der Zuleitungen verwendet werden. In den Fig. 4 bis 6 sind jeweils Ausführungsbeispiele für das erfin dungsgemäße Widerstandselement gezeigt, jedoch kann dieses auch gemäß der Darstellung in Fig. 1 oder 2 gestaltet sein.

In der Fig. 4 ist der Querschnitt durch das erfindungsgemäße Widerstandselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, welches hinsichtlich des Aufbaus dem bekannten Widerstandselement nach Fig. 2 gleichartig ist. Dieses Widerstandselement gemäß dem Ausführungsbeispiel hat eine rohrförmige Keramikunterlage 30 aus einem bekannten Keramik material wie Aluminiumoxid und ein Paar elektrischer Zulei tungen bzw. Zuleitungsdrähte 32, die an der rohrförmigen Unterlage 30 festgelegt sind. Im einzelnen sind die Zulei tungsdrähte 32 um geeignete Strecken an ihren Endabschnitten in entsprechende Endabschnitte einer mittigen Öffnung der rohrförmigen Unterlage 30 eingeführt und an der Innenfläche der Unterlage 30 durch entsprechende Bindemassen 34 festge legt, die nachfolgend beschrieben werden. Auf die Außenum fangsfläche der rohrförmigen Unterlage 30 ist ein Wider standskörper in Form eines Widerstandsfilms 36 aufgebracht, der aus Platin beispielsweise in einem geeigneten Muster wie bei dem bekannten Widerstandskörper (nach Fig. 2) geformt ist. Dieser Widerstandsfilm 36 ist elektrisch mit den Zulei tungsdrähten 32 über jeweilige Leiter 38 verbunden, die an den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der rohrförmi gen Unterlage 30 und den entsprechenden Stirnflächen der Bindemassen 34 angebracht sind. Dieses Widerstandselement hat ferner eine Schutzschicht 40, beispielsweise aus einem Glasmaterial, das gemäß Fig. 4 die Außenflächen der rohrför migen Unterlage 30, der Leiter 38 und der entsprechenden Abschnitte der Zuleitungsdrähte 32 bedeckt.

Die Fig. 5 zeigt eine Abwandlungsform des Widerstandsele ments nach Fig. 4, bei der der auf der Außenumfangsfläche der rohrförmigen Unterlage 30 gebildete Widerstandsfilm 36 mit den Zuleitungsdrähten 32 elektrisch über die Bindemassen 34 verbunden ist, welche an den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der rohrförmigen Unterlage 30 sowie auch an den Innenflächen der einander gegenüberliegenden offenen Endab schnitte der Unterlage 30 angebracht sind. Bei dem vorange hend beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält ein für die Bindemassen 34 verwendetes Bindemittelgemisch ein metalli sches Material, aus welchem zumindest die Außenflächen der Zuleitungsdrähte 32 geformt sind. Infolgedessen kann die elektrische Verbindung zwischen dem Widerstandsfilm 36 und den Zuleitungsdrähten dadurch erzielt werden, daß die Menge bzw. der Anteil des in dem Bindemittelgemisch für die Binde massen 34 enthaltenen metallischen Materials erhöht wird.

In der Querschnittsansicht in Fig. 6 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Widerstandselements dargestellt, bei dem die Keramikunterlage die Form eines Keramiksubstrats 42 mit einer ebenen Auflagefläche hat, auf der in einem geeigneten Muster der Widerstandsfilm 36 gebil det ist. Die Zuleitungsdrähte 32 sind an den Widerstandsfilm 36 mittels jeweiliger Bindemassen 34 für die elektrische Verbindung befestigt. Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4 und 5 ist die beispielsweise aus Glas gebildete Schutzschicht 40 auf die Auflagefläche des Keramiksubstrats 42 aufgebracht, auf der der Widerstandsfilm 36 gebildet ist.

Die in dem erfindungsgemäßen Widerstandselement verwendeten Zuleitungsdrähte 32 sind aus einem metallischen Material geformt, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Platin hat. Als metallisches Material kann zwar ein reines Metall gewählt werden, jedoch werden die Zuleitungsdrähte 32 vor zugsweise aus einer Legierung im Hinblick auf deren Schmelz punkt und deren Wärmeleitfähigkeit geformt. Typische Bei spiele für die für die Zuleitungsdrähte 32 verwendete Legie rung sind Nickelchrom, Bronze, Monelmetall (Ni-Cu- Legierung), Invarstahl, rostfreier Stahl bzw. Edelstahl und Ni-Fe-Legierung, die alle eine Wärmeleitfähigkeit zeigen, die nicht höher als ein Drittel derjenigen von Platin ist. Es ist ersichtlich, daß die Zuleitungsdrähte 32 nicht unbe dingt als ganze aus einem einzigen metallischen Material geformt werden müssen, welches eine niedrigere Wärmeleitfä higkeit als Platin hat. D. h., jeder der Zuleitungsdrähte 32 kann aus einem Drähtchen aus dem vorstehend genannten metal lischen Material und einer Deckschicht aus einem von den genannten Metallen bzw. Legierungen verschiedenen geeigneten Metall zum Abdecken der Außenfläche des Drähtchens bestehen, wobei vorausgesetzt ist, daß der Zuleitungsdraht 32 als ganzer eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ein Platindraht mit den gleichen Abmessungen hat.

Zum Verbessern der Verbindungsfestigkeit zwischen den Zulei tungsdrähten 32 und den Bindemassen 34 enthält das Bindemit telgemisch für die Bindemassen 34 zumindest ein Metall, welches zumindest die Außenflächen der Zuleitungsdrähte 32 bildet. Als in dem Bindemittelgemisch enthaltenes Verbin dungsmaterial kann zwar irgendein bekanntes Material für das Verbinden von Keramik mit Metall gewählt werden, jedoch ist es allgemein vorzuziehen, als Verbindungsmaterial ein Glas zu verwenden. Von verschiedenartigen Gläsern ist insbesonde re ein kristallisiertes bzw. Kristallglas vorteilhaft, wie ein Glas, das ZnO×B₂O₃×SiO₂ enthält. In diesem Fall kann die Verbindungsfestigkeit zwischen den Bindemassen 34 und den Zuleitungsdrähten 32 um 10% oder mehr erhöht werden. Diese Verbesserung der Verbindungsfestigkeit ist der Kristallisa tion des in dem Bindemittel enthaltenen Glases zuzuschrei ben, durch die das die Verschlechterung der Verbindungsfe stigkeit hervorrufende Auftreten von Sprüngen oder Rissen der Bindemasse 34 verhindert ist, welche sonst durch Verfor mungskräfte, Biegekräfte oder Zugkräfte hervorgerufen wer den, die an dem Zuleitungsdraht 32 wirken.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen enthält das Bindemittel gemisch bzw. die Bindemasse 34 das Metall oder die Metalle, das bzw. die für die Außenfläche des Zuleitungsdrahts 32 verwendet wird bzw. werden. Der Metallgehalt des Bindemit telgemisches 34 wird auf geeignete Weise nach Belieben festgelegt, im allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 7 bis 70 Vol.-%. Es ist ersichtlich, daß der Metallgehalt des Bindemittelgemisches 34 in diesem Bereich verhältnismäßig hoch angesetzt wird, wenn wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die elektrische Leitung zwischen den Zulei tungsdrähten 32 und dem Widerstandsfilm 36 allein durch die Bindemassen 34 gebildet wird.

Zum Befestigen der Zuleitungsdrähte 32 an der Keramikunter lage wie der rohrförmigen Unterlage 30 oder dem Keramiksub strat 42 mit den vorstehend beschriebenen Bindemassen 34 wird das Widerstandselement einer Wärmebehandlung unterzo gen, nämlich gebrannt, wobei die Zuleitungsdrähte 32 mittels der Bindemassen 34 in ihrer Lage in bezug auf die Keramikun terlage 30 oder 42 festgelegt werden. Durch die Wärmebehand lung werden die Bindemassen 34 geschmolzen, wodurch sie fest an den Zuleitungsdrähten 32 und den Keramikunterlagen 30 oder 42 haften. In dieser Hinsicht ist es zum Erzielen einer starken Verbindung zwischen den Zuleitungsdrähten 32 und der Metallkomponente der Bindemassen 34 anzustreben, das Wider standselement bei einer Temperatur zu behandeln bzw. zu brennen, die höher als ein Drittel des Schmelzpunkts des in dem Bindemittelgemisch 34 enthaltenen Metalls ist. Dies führt zu einer beträchtlich erhöhten Verbindungsfestigkeit zwischen den Zuleitungsdrähten 32 und den Bindemassen 34. Es ist ferner vorteilhaft, die Wärmebehandlung in einer inerten Atmosphäre wie Stickstoff auszuführen, wodurch eine Korro sion der Zuleitungsdrähte 32 an deren Berührungsbereichen zu den Bindemassen 34 verhindert wird und die verbesserte Verbindungsfestigkeit zwischen den Zuleitungsdrähten 32 und den Bindemassen 34 sichergestellt wird.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäß angewandten Prinzips werden nachstehend ausführlich einige bestimmte Beispiele für das Widerstandselement beschrieben, wobei natürlich keine Einschränkung auf die genauen Einzelheiten dieser Beispiele besteht.

Beispiel 1

Ein Widerstandselement mit dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau wurde mit einem Aluminiumoxidrohr als Keramikunterlage hergestellt, das einen Innendurchmesser von 0,3 mm, einen Außendurchmesser von 0,5 mm und eine Länge von 2 mm hatte. Auf die Außenumfängsfläche des Aluminiumoxidrohrs wurde in einem Bedampfungsverfahren Platin zum Bilden eines Platin films mit einer Dicke von 0,8 µm aufgebracht. Dann wurde mit einem Laserstrahl der Platinfilm abgetragen, um ein Platin schichtmuster zu erhalten, das durch eine in dem Platinfilm gebildete Spiralnut begrenzt war. Die auf diese Weise erhal tene Platinschicht hatte einen Widerstand von 100 Ohm.

Andererseits wurde eine Glaspaste als Bindemittel durch Mischen von 10 Vol.-% Nickelpulver mit 90 Vol.-% eines Glases mit einer Arbeitstemperatur von 750°C und durch Hinzufügen eines organischen Bindemittels und Terpineol zu dem Gemisch hergestellt. Nachdem ein Paar von Zuleitungsdrähten in Form von rostfreien Stahldrähten (SUS 304) mit einem Durchmesser von 0,2 mm in die einander entgegengesetzten Endabschnitte der mittigen Öffnung des Aluminiumoxidrohrs eingeführt worden sind, wurde die Glaspaste auf die einander gegenüber liegenden Stirnbereiche des Aluminiumoxidrohrs aufgebracht, um die Zuleitungsdrähte in ihrer Lage festzuhalten. Dann wurden die die ringförmigen Zwischenräume zwischen den Edelstahldrähten und dem Aluminiumoxidrohr füllenden Glaspa stemassen getrocknet. Die auf diese Weise hergestellte Baueinheit aus dem Aluminiumoxidrohr mit den provisorisch daran befestigten Zuleitungsdrähten wurde dann bei einer Temperatur von 750°C über 10 min in einer Stickstoffatmos phäre gebrannt, wodurch die Zuleitungsdrähte durch die gebrannten Glasmassen bzw. Glasfüllungen an den einander gegenüberliegenden Endbereichen der Innenfläche des Alumi niumoxidrohrs befestigt wurden.

Darauffolgend wurde eine Platinpaste auf die einander gegen überliegenden Stirnflächen des Aluminiumoxidrohrs und den entsprechenden Stirnflächen der Glasfüllungen aufgebracht und bei einer Temperatur von 700°C über 5 min gebrannt, um damit die Platinleiter für die elektrische Verbindung zwi schen den an dem Aluminiumoxidrohr befestigten Zuleitungs drähten und der auf der Außenfläche des Aluminiumoxidrohrs gebildeten Platinschicht herzustellen. Danach wurden das Aluminiumoxidrohr, die Platinschicht, die Platinleiter und Teile der Zuleitungsdrähte mit Glas zum Bilden einer Schutz schicht überzogen. Auf diese Weise wurde das gewünschte Widerstandselement fertiggestellt.

Eine Zugbelastungsprüfung, die an den Zuleitungsdrähten von fünf Proben des auf die beschriebene Weise hergestellten Widerstandselements ausgeführt wurde, zeigte bei keiner der fünf Proben ein Lösen von den Glasfüllungen. Die Zuleitungs drähte sind gerissen, wenn die daran aufgebrachte Zugkraft auf 1400 bis 1700 g erhöht wurde.

Das auf diese Weise aufgebaute Widerstandselement wurde in eine Temperaturmeßvorrichtung gemäß Fig. 3 eingebaut und als Temperaturmeßelement für das Messen der Temperatur eines gasförmigen Fluids in dem Durchlaß 14 verwendet. Das auf diese Weise eingebaute Widerstandselement wurde hinsichtlich seiner Funktionsantwort bzw. seines Ansprechvermögens und hinsichtlich seiner Meßgenauigkeit bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des Fluids bewertet. Es hat sich gezeigt, daß dieses Widerstandselement ein weitaus besseres Ansprechvermögen als das herkömmliche Widerstandselement mit den Platinzuleitungsdrähten hatte. Außerdem wurde mit dem Widerstandselement kein abnormaler Wert gemessen.

Ein dem vorstehend beschriebenen Widerstandselement gleich artiges anderes Widerstandselement wurde dadurch herge stellt, daß die als Zuleitungsdrähte verwendeten Drähte aus rostfreiem Stahl (SUS 304) mit Nickel überzogen wurden. Auch in diesem Fall waren die Zuleitungsdrähte durch die Glasfül lungen, die Nickel enthielten, mit ausreichend hoher Verbin dungsfestigkeit an dem Aluminiumoxidrohr befestigt.

Beispiel 2

Ein Widerstandselement mit dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau wurde mit einem Aluminiumoxidrohr als Keramikunterlage hergestellt, das einen Innendurchmesser von 0,2 mm, einen Außendurchmesser von 0,45 mm und eine Länge von 2,5 mm hatte. Wie bei dem Beispiel 1 wurde auf die Außenumfangsflä che des Aluminiumoxidrohrs Platin zum Bilden eines Platin films aufgebracht, der nach dem Formen eines geeigneten Musters eine Platinschicht mit einem Widerstandswert von 100 Ohm ergab.

An den einander gegenüberliegenden Endabschnitten dieses Aluminiumoxidrohrs wurden zwei Zuleitungsdrähte mit einem Durchmesser von 0,13 mm mittels einer Glaspaste befestigt, die aus 60 Vol.-% Platin und 40 Vol.-% Glas zusammengesetzt war. Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte mit je weils 40 Gew.-% Ni, deren Außenfläche mit einer 3 µm dicken Platinschicht überzogen war. Die auf diese Weise hergestell te Einheit aus dem Aluminiumoxidrohr mit den provisorisch daran befestigten Zuleitungsdrähten wurde bei einer Tempera tur von 700°C über 5 min in Luft gebrannt. Darauffolgend wurde die Einheit mit Glas überzogen und dann bei einer Temperatur von 680°C über 5 min in Luft gebrannt, wodurch auf der Außenumfangsfläche des Aluminiumoxidrohrs eine Schutzschicht aus Glas gebildet wurde. Auf diese Weise wurde das gewünschte Widerstandselement gemäß der Darstellung in Fig. 5 hergestellt.

Wenn die Zugfestigkeit von fünf Zuleitungsdrähten der auf diese Weise erhaltenen Widerstandselemente geprüft wurde, sind die Zuleitungsdrähte gerissen, wenn die daran aufge brachte Zugkraft auf 1250 bis 1380 g erhöht wurde. Keiner der fünf Prüflinge wurde vor dem Reißen aus dem Wider standselement herausgezogen bzw. von diesem gelöst.

Beispiel 3

Es wurden verschiedenerlei Proben des Widerstandselements gemäß Fig. 5 hergestellt, wobei jeweils Zuleitungsdrähte und/oder Bindemittelgemische verwendet wurden, die von denjenigen des Widerstandselements gemäß Beispiel 2 ver schieden waren. Alle diese Proben zeigten ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit zwischen den Zuleitungsdrähten und den Bindemitteln.

Probe A: Die Zuleitungsdrähte dieser Probe waren 40% Ni-Fe- Drähte, deren Außenfläche mit Platin bedampft war.

Probe B: Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte, deren Außenflächen mit Nickel überzogen waren. Das bei dieser Probe verwendete Bindemittelgemisch wurde aus einer Glaspa ste mit 30 Vol.-% Nickel, 30 Vol.-% Platin und 40 Vol.-% Glas hergestellt. Die zwischen dem Aluminiumoxidrohr und den jeweiligen Zuleitungsdrähten angebrachten Bindemittelmassen wurden in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt.

Probe C: Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte, deren Außenflächen durch Bedampfen mit einer 1 µm dicken Silber schicht überzogen wurden. Das Bindemittelgemisch wurde aus einer Glaspaste mit 20 Vol.-% Silber, 20 Vol.-% Platin und 60 Vol.-% Glas hergestellt.

Probe D: Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte, deren Außenflächen durch Plattieren mit einer 7 µm dicken Palla diumschicht überzogen waren. Das bei dieser Probe verwendete Bindemittelgemisch wurde aus einer Glaspaste mit 40 Vol.-% Palladium hergestellt.

Probe E: Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte, deren Außenflächen durch Bedampfen mit einer 0,5 µm dicken Rho diumschicht überzogen waren. Das Bindemittelgemisch wurde aus einer Glaspaste mit 20% Rh-Pt-Legierung hergestellt.

Probe F: Die Zuleitungsdrähte waren Drähte aus Verbundmate rial, nämlich 52% Ni-Fe-Kerndrähte, deren Außenflächen mit einem 2 µm dicken Platinfilm überzogen waren.

Beispiel 4

Ein Widerstandselement mit dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau wurde unter Verwendung eines BeO₂-Keramiksubstrats als Keramikunterlage mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 2 mm hergestellt. Ähnlich wie bei dem Beispiel 1 wurde auf eine der einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Keramiksubstrats Platin zum Bilden eines Platinfilms aufge bracht, der mit einem zickzackförmigen Muster versehen wurde, um eine Platinschicht mit einem Widerstandswert von 100 Ohm zu erhalten.

An den einander gegenüberliegenden Endabschnitten dieses Keramiksubstrats wurden zwei Zuleitungsdrähte mit einem Durchmesser von 0,2 mm mittels einer Glaspaste befestigt, die aus 10 Vol.-% Platin, 10 Vol.-% Eisen, 5 Vol.-% Nickel und den restlichen Vol-% Glas bestand. Die Zuleitungsdrähte waren 40% Ni-Fe-Drähte, deren Außenflächen durch Plattieren mit einer 3 µm dicken Platinschicht überzogen waren. Die auf diese Weise hergestellte Einheit aus dem Keramiksubstrat mit den daran provisorisch befestigten Zuleitungsdrähten wurde bei einer Temperatur von 780°C über 10 min in einer Stick stoffatmosphäre gebrannt. Darauffolgend wurde die gebrannte Einheit mit Glas überzogen und dann bei einer Temperatur von 700°C über 5 min gebrannt, wodurch auf der vorstehend ge nannten einen Hauptfläche des Keramiksubstrats eine Schutz schicht aus Glas gebildet wurde. Auf diese Weise wurde das gewünschte Widerstandselement gemäß Fig. 6 fertiggestellt.

Es wurde die Zugfestigkeit von fünf Zuleitungsdrahtproben von auf diese Weise hergestellten Widerstandselementen geprüft. Keine der Proben wurde von den Glasmassen getrennt. Die Proben sind gerissen, wenn die an den Drähten aufge brachte Zugkraft auf 1000 bis 1500 g erhöht wurde.

Beispiel 5

Das Widerstandselement gemäß diesem Beispiel war gleich dem Widerstandselement gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß das Glasmaterial der Glaspaste aus Kristallglas mit ZnO×B₂O₃×SiO₂ bestand, das bei einer Temperatur von 850°C kristallisierte. Die Einheit aus dem Aluminiumoxidrohr und den daran mit dem Kristallglas befestigten Zuleitungsdrähten wurde bei einer Temperatur von 720°C über 15 min und ferner bei einer Temperatur von 850°C über 30 min in einer Stick stoffatmosphäre gebrannt, wodurch die Zuleitungsdrähte durch die gebrannten Glaspastenmassen fest an dem Aluminiumoxid rohr befestigt wurden. Bei diesem Beispiel war die Verbin dungsfestigkeit zwischen den Glasmassen und den Zuleitungs drähten gegenüber derjenigen bei dem Beispiel 1 um 10% oder mehr erhöht.

Es wird ein Widerstandselement zur Parameterermittlung angegeben, das eine Keramikunterlage mit einer Auflageflä che, einen auf der Auflagefläche der Keramikunterlage gebil deten elektrischen Widerstandskörper, elektrisch mit dem Widerstandskörper verbundene Zuleitungen, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Zuleitungen aus Platin haben, und Bindemittel für das Befestigen der Zuleitungen an der Kera mikunterlage enthält. Zum Erhöhen der Verbindungsfestigkeit zwischen den Zuleitungen und dem Bindemittel enthält dieses mindestens ein Metall, aus dem zumindest die Außenfläche der jeweiligen Zuleitung geformt ist.

Claims

1. Widerstandselement zur Parameterermittlung, das eine Keramikunterlage (30; 42) mit einer Auflagefläche, einen auf der Auflagefläche der Keramikunterlage gebildeten elektri schen Widerstandskörper (36), eine elektrisch mit dem Wider standskörper verbundene Zuleitvorrichtung (32) und eine Verbindungsvorrichtung (34) zum Befestigen der Zuleitvor richtung an der Keramikunterlage enthält, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuleitvorrichtung (32) eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als eine Zuleitung aus Platin hat und daß die Verbindungsvorrichtung (34) mindestens ein Metall ent hält, aus dem zumindest die Außenfläche der Zuleitvorrich tung geformt ist.

2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Zuleitvorrichtung (32) hauptsächlich aus einer Legierung hergestellt ist, die eine Wärmeleitfähigkeit hat, welche nicht höher als ein Drittel derjenigen von Platin ist.

3. Widerstandselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Legierung aus der Gruppe Nickelchrom, Bronze, Monelmetall, Invarstahl, rostfreier Stahl und Ni-Fe-Legie rung gewählt ist.

4. Widerstandselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zuleitvorrichtung (32) mindestens einen aus der Legierung geformten Zuleitungsdraht und eine aus dem mindestens einen Metall geformte Deckschicht auf weist, die auf der Außenfläche des Drahts ausgebildet ist.

5. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung (34) ein Glas als Verbindungsmaterial enthält.

6. Widerstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das Glas ein Kristallglas ist.

7. Widerstandselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß das Kristallglas ZnO×B₂O₃×SiO₃ enthält.

8. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung (34) von 7 bis 70 Vol.-% des mindestens einen Metalls enthält.

9. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitvorrichtung (32) und die Verbindungsvorrichtung (34) miteinander durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur verbunden werden, die höher als ein Drittel des Schmelzpunkts des mindestens einen Metalls ist, wobei die Zuleitvorrichtung durch die Verbin dungsvorrichtung in bezug auf die Keramikunterlage (30; 42) festgelegt wird.

10. Widerstandselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Wärmebehandlung in einer inerten Atmosphäre vorgenommen wird.

11. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikunterlage (30; 42) aus Aluminiumoxid gebildet ist.

12. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikunterlage (30) ein zylindrisches Teil ist, dessen äußere Umfangsfläche die Auflagefläche ist, auf der der Widerstandskörper (36) gebil det ist, und das eine Höhlung hat, in die die Verbindungs vorrichtung (34) für das Festlegen der Zuleitvorrichtung (32) an dem zylindrischen Teil angebracht ist.

13. Widerstandselement nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Höhlung durch das zylindrische Teil (30) hindurchgehend ausgebildet ist und die Zuleitvorrichtung (32) aus zwei Zuleitungsdrähten besteht, deren Endabschnitte in die offenen Endabschnitte der Höhlung eingeführt und in der Verbindungsvorrichtung (34) eingebettet sind.

14. Widerstandselement nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zwei Leiter (38), die jeweils die beiden Zuleitungs drähte (32) mit den beiden einander gegenübergesetzten Enden des Widerstandskörpers (36) verbinden.

15. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitvorrichtung (32) elektrisch mittels der Verbindungsvorrichtung (34) mit dem Widerstandskörper (36) verbunden ist.

16. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauflage ein flaches Substrat (42) mit einander gegenüberliegenden Hauptflächen ist, von denen eine die Auflagefläche bildet, auf der der Widerstandskörper (36) ausgebildet ist, und daß die Zuleit vorrichtung (32) aus zwei Zuleitungsdrähten besteht, deren Endabschnitte mittels der Verbindungsvorrichtung (34) an der einen Hauptfläche des flachen Substrats festgelegt sind.

17. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (36) aus einem Platinfilm besteht, der in Form eines Musters derart gestaltet ist, daß sich ein vorbestimmter Wider standswert ergibt.

18. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch eine Schutzschicht (40), die zumindest die Auflagefläche der Keramikunterlage (30; 42) und den Widerstandskörper (36) überdeckt.

19. Widerstandselement nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schutzschicht (40) aus einem Glas besteht.

20. Widerstandselement nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Änderung des elektrischen Widerstands des Widerstandskörpers (36) für den Einsatz als Temperaturmeßelement zum Messen der Temperatur eines gasförmigen Fluids genutzt ist.