DE4243261A1 - Surface temp. sensor - contains two part housing fastened together by stud and with strain relief for cable - Google Patents

Surface temp. sensor - contains two part housing fastened together by stud and with strain relief for cable

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Abstract

The surface temp. sensor contains a metal film thermal resistance (1), flexible connecting leads and a housing of at least two parts (11,16). A temp. resistant elastic adhesive layer (5) is arranged between the resistance and a lower housing part with an elastic adhesive band on the other side of the resistance. The distance of the two housing halves is defined by a tubular stud in one of them for forming a press connection (12) and for preventing the housing from flexing. The rest of the vol. is filed with thermoplastic filler or adhesive. A connecting cable strain reliever is arranged in one half of the housing. USE/ADVANTAGE - Esp. for use with heated surfaces. The measurement resistance is mounted without stresses and the measurement surface protected from chemical effects.

Description

Die Erfindung betrifft einen Oberflächentemperatur­ fühler mit einem Metallschicht-Temperaturflachmeß­ widerstand, der insbesondere zur Messung der Tempe­ ratur von Heizflächen geeignet ist.The invention relates to a surface temperature sensor with a metal layer temperature flat measurement resistance, especially for measuring the tempe heating surfaces is suitable.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, plätt­ chenförmige Flachmeßwiderstände, die aus einem ke­ ramischen Trägerplättchen bestehen, auf dem eine dünne temperaturabhängige Widerstandsschicht ange­ bracht ist, für verschiedene Temperaturmeßzwecke anzuwenden.According to the prior art, it is known to use platelets Chen-shaped flat measuring resistors, which consist of a ke ram carrier plate exist on one thin temperature-dependent resistance layer is brought, for various temperature measurement purposes to apply.

Die bei der Anwendung von Temperaturmeßfühlern auf­ tretenden mechanischen und klimatischen Beanspru­ chungen erfordern konstruktive Maßnahmen zur Siche­ rung einer stabilen Lage des Flachmeßwiderstandes in einem Gehäuse. Nach DD-PS 2 54 646 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Enden der flexiblen Anschlußleitungen mit dem angelöteten Platin-Dünnschichtsensor zwischen zwei Thermoplasthalbschalen montiert werden und der Hohlraum anschließend mit elastischer Füllmasse oder mit Thermoplast ausgespritzt wird. Dieser An­ ordnung haftet der Nachteil an, daß Dünnschichtmeß­ widerstände durch die mechanischen Belastungen beim Verspritzen oder durch die chemischen Reaktionen mit den Spritz- und Vergußmaterialien Schaden neh­ men. Außerdem besteht die Gefahr, daß meßtechnische Beeinflussungen des Meßwiderstandes eintreten, die das Meßergebnis verfälschen. Da die verwendeten Ma­ terialien unterschiedliche Dilatationseigenschaften aufweisen, treten mechanische Spannungen auf und die erforderliche Zuverlässigkeit ist nicht gewähr­ leistet, insbesondere bei mehrfachen schnellen Tem­ peraturwechsel über einen längeren Zeitraum.When using temperature sensors mechanical and climatic stress Safety measures require constructive measures tion of a stable position of the flat measuring resistor in one housing. To DD-PS 2 54 646 an arrangement is known in which the ends of the flexible connecting cables with the soldered platinum thin film sensor between two thermoplastic half shells and the Then cavity with elastic filler  or sprayed with thermoplastic. This one order has the disadvantage that thin-film measurement resistance due to the mechanical loads on the Splashing or by chemical reactions damage with the spray and potting materials men. There is also the risk that metrological Influences on the measuring resistance occur falsify the measurement result. Since the Ma different dilatation properties exhibit mechanical stresses and the required reliability is not guaranteed achieves, especially with multiple fast tem temperature change over a longer period of time.

Bei der Messung von Oberflächentemperaturen treten zusätzliche Probleme auf, insbesondere treten grö­ ßere Meßfehler und eine geringere Reproduzierbar­ keit der Ergebnisse auf als bei anderen Temperatur­ meßaufgaben. Im Stand der Technik sind eine Reihe von Lösungen bekannt, die eine Erhöhung der Meß­ genauigkeit bei der Oberflächentemperaturmessung zum Ziel haben. Dabei wird versucht, das Problem durch Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der zu messender Oberfläche und dem Tempe­ raturmeßfühler sowie durch Maßnahmen zur Verbesse­ rung des Wärmeübergangs zwischen Oberfläche und Temperaturmeßfühler bei kostengünstiger Fertigung zu lösen. Hierzu werden bevorzugt Flachmeßwider­ stände eingesetzt.Occur when measuring surface temperatures additional problems occur, especially large Lower measurement errors and less reproducible of the results than at other temperatures measuring tasks. There are a number in the prior art known of solutions that increase the measurement accuracy in surface temperature measurement have the objective. It tries to solve the problem through measures to improve heat transfer between the surface to be measured and the temperature temperature sensors and measures to improve them heat transfer between surface and Temperature sensor with inexpensive production to solve. Flat measuring resistors are preferred for this purpose stands used.

Es ist weiterhin bekannt, Platinflachmeßwiderstände auf einer metallischen Unterlage zu befestigen, um einen guten Wärmeübergang zu erreichen und die Meß­ widerstände stabil zu lagern. Als Nachteil hat sich dabei erwiesen, daß durch die Wärmekapazität der metallischen Unterlage Verfälschungen der Oberflä­ chentemperatur auftreten.It is also known platinum flat measuring resistors to attach to a metallic base to to achieve a good heat transfer and the measurement store resistors stably. Has a disadvantage  proved that by the heat capacity of metallic base falsification of the surface temperature.

Bei weiteren bekannten technischen Lösungen werden die Platinflachmeßwiderstände direkt in Kunststoff eingebettet. Dazu sind verschiedene Verfahren be­ kannt. Sie reichen von Plastspritzverfahren, die bei Feuchtigkeitsschichtenfühlern üblich sind, bis zur Kombination des Plastspritzens mit verschie­ denen Klebetechniken.In other known technical solutions the platinum flat measuring resistors directly in plastic embedded. There are various procedures for this knows. They range from plastic injection molding that are common with moisture layer sensors, up to to combine plastic spraying with various those gluing techniques.

Allen diesen bekannten Anordnungen und den Verfah­ ren zu ihrer Herstellung haften jedoch einige oder mehrere der folgenden Nachteile an:All of these known arrangements and procedures However, some or are liable for their manufacture several of the following disadvantages:

  • - Der Meßwiderstand ist nicht ausreichend span­ nungsfrei gelagert, so daß sich auf Grund der diffizilen Temperaturgradienten im Temperatur­ meßfühler mechanische Spannungen ergeben, die Widerstandsänderungen bewirken und damit zu Meßfehlern führen.- The measuring resistor is not sufficiently chip stored free of movement, so that due to the difficult temperature gradients in temperature sensors result in mechanical stresses that Cause resistance changes and thus Lead to measurement errors.
  • - Die Wärmebeständigkeit des Isolierstoffes ist gegrenzt und gestattet den Einsatz des Tempera­ turmeßfühlers nur für Temperaturen von weniger als 80 Grad Celcius.- The heat resistance of the insulating material is limited and allows the use of the tempera tower sensor only for temperatures of less than 80 degrees Celcius.
  • - Der konstruktive Aufbau der bekannten Anord­ nungen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung nur für hohe Stückzahlen.- The constructive structure of the known arrangement low-cost manufacturing only for large quantities.
  • - Die Platinschicht des Flachmeßwiderstandes steht direkt mit einer Vergußschicht in Verbin­ dung, was zur direkten oder indirekten Beeinflussung und damit zur Veränderung des Wi­ derstandswertswertes der Schicht führt.- The platinum layer of the flat measuring resistor is directly connected to a potting layer what direct or indirect  Influencing and thus changing the Wi the current value of the layer leads.
  • - Durch fehlende oder nicht ausreichende Zug­ entlastung der Kabelzuleitungen treten Ausfälle des Meßfühlers auf.- Due to missing or insufficient train Failures occur to relieve the cable feeds of the sensor.
  • - An den bekannten Anordnungen entstehen durch Temperaturwechsel und andere klimatische Bean­ spruchungen Mikrorisse, so daß kein ausreichen­ der Feuchtigkeitsschutz gewährleistet ist.- On the known arrangements arise from Temperature changes and other climatic bean micro cracks, so that not enough moisture protection is guaranteed.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen für die Oberflächentemperaturmessung geeigne­ ten Temperaturmeßfühler zu schaffen, bei dem der Meßwiderstand spannungsfrei gelagert ist und bei dem die Schichtoberfläche vor technologischen, be­ ziehungsweise chemischen Einflüssen geschützt ist. Die zu schaffende Vorrichtung soll außerdem eine stückzahlunabhängige wirtschaftliche Fertigung ge­ statten.The invention is therefore based on the object one suitable for surface temperature measurement to create th temperature sensor in which the Measuring resistor is stored free of stress and at which the layer surface before technological, be or chemical influences is protected. The device to be created should also be a economic production independent of quantity equip.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den in den Patentansprüchen beschriebenen Merk­ malen.According to the invention this object is achieved with the Merk described in the claims to paint.

Von besonderem Vorteil ist dabei die Anwendung ei­ nes Mehrstoffsystems, worunter hier der Einsatz von mehreren Kunststoff- und Isolierstoffen verstanden werden soll. Dieses Mehrstoffsystem wird gebildet durch Plastespritzteile, elastischen Haftkleber, elastisches Klebeband, Heißkleber und weitere Klebe- und Verbundmassen. Die üblicherweise bei Mehrstoffsystemen - besonders bei einseitiger Temperaturbelastung - auftretenden hohen mechani­ schen Spannungen, die zu nichtbeherrschbaren Meß­ fehlern führen, werden erfindungsgemäß durch den angegebenen Schichtaufbau vermieden. Dadurch ge­ lingt es, einen absoluten spannungsfreien Sitz des Meßelementes auch bei wechselnden mechanischen und thermischen Belastungen zu gewährleisten. Vorteil­ haft ist hierbei auch, daß die Wirkung der Zugent­ lastung für die Anschlußkabel bei diesen Belastun­ gen ebenfalls erhalten bleibt. Mit der erfindungs­ gemäßen Anordnung gelingt es, die Elemente in Sand­ wich-Bauweise anzuordnen und trotzdem das Oberflä­ chenwiderstandsthermometer mechanisch sicher und stabil - beispielsweise mit einer Schraubverbin­ dung - an der zu messenden Oberfläche zu befesti­ gen.The use of egg is particularly advantageous multi-material system, including the use of understood several plastic and insulating materials shall be. This multi-substance system is formed through molded plastic parts, elastic pressure sensitive adhesive, elastic tape, hot glue and others Adhesive and composite materials. The usually at Multi-component systems - especially with one-sided  Thermal stress - occurring high mechani tensions that lead to uncontrollable measurement errors lead, according to the invention, by the the specified layer structure avoided. Thereby ge succeeds in ensuring that the Measuring element even with changing mechanical and to ensure thermal loads. Advantage It is also liable that the effect of the train load for the connection cable at these loads gene is also retained. With the fiction According to the arrangement, the elements succeed in sand arrange wich construction and still the surface mechanical resistance thermometer mechanically safe and stable - for example with a screw connection manure - to be attached to the surface to be measured gene.

Um dies zu erreichen, ist an mindestens einer der Gehäusehälften ein Steg vorgesehen, der einen si­ cheren Schutz gegen Deformationen bei der Montage beispielsweise gegen zu starkes Anschrauben, durch seine stabile Rohrform bietet und gleichzeitig eine exakte Fixierung der zu positionierenden Bauteile gewährleistet.To achieve this, at least one of the Half of the housing provided a web that a si Protection against deformation during assembly for example, against excessive screwing its stable tube shape offers and at the same time one exact fixation of the components to be positioned guaranteed.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den Metallschicht-Temperaturflach­ meßwiderstand in der unteren Gehäusehälfte in einer als dünnwandige Vertiefung ausgebildeten Sensor­ mulde anzuordnen. Dadurch wird der Wärmeübergang von der zu messenden Oberfläche auf den Oberflä­ chentemperaturfühler wesentlich verbessert, wodurch eine höhere Meßgenauigkeit bei verbesserter Meßdy­ namik erreicht wird.In an advantageous development of the invention is intended to flat the metal layer temperature measuring resistance in the lower half of the housing in one formed as a thin-walled sensor to arrange trough. This is the heat transfer from the surface to be measured to the surface chentemperature sensor significantly improved, whereby a higher measuring accuracy with improved measuring dy namik is reached.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigtThe invention is intended to be based on an off management example are explained in more detail. In the associated drawing shows

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Oberflächentem­ peraturfühlers, Fig. 1 is a sectional view of one embodiment of the invention Oberflächentem peraturfühlers,

Fig. 2 eine schematische Darstellung für ein Einsatzbeispiel des Oberflächentemperaturfüh­ lers. Fig. 2 is a schematic representation of an example of use of the surface temperature sensor.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Metallschicht- Temperaturflachmeßwiderstand 1 mittels der unteren Klebeschicht 5 mit der unteren Gehäusehälfte 11 verbunden. An der Oberseite des Temperaturflachmeß­ widerstandes 1 befindet sich die Platinschicht 2, auf der eine Passivierungsschicht 3 angebracht ist. Darüber ist das elastische Klebeband 6, wofür hier ein Scotchband eingesetzt ist, und der Klebstoff 10 angeordnet. Der Oberflächentemperaturfühler wird nach oben durch die obere Gehäusehälfte 16 abge­ schlossen. Die Platinschicht 2 ist über den An­ schlußdraht 4 mit der Anschlußleitung 9 verbunden. Die Anschlußleitung 9 ist mit der Zugentlastung 14 gesichert, die hier in Form einer keilförmigen Nut ausgebildet ist. Aus der Anschlußleitung 9 ragen die isolierten Einzeladern 8 heraus, deren uniso­ lierte Leitungslitzen von dem Isoliersteg 13 gegen­ einander isoliert fixiert sind. Um einen guten Wär­ mekontakt zu ermöglichen, ist der Metallschicht- Temperaturflachmeßwiderstand 1 in der Sensormulde 15 des Gehäuseunterteils 11 angeordnet. Durch die Durchführung der Druckstütze 12 bis an den oberen Rand des Temperaturfühlers wird eine sichere und spannungsfreie Befestigung des Temperaturfühlers an der zu messenden Oberfläche ermöglicht.As shown in FIG. 1, the metal layer temperature flat measuring resistor 1 is connected to the lower housing half 11 by means of the lower adhesive layer 5 . At the top of the Temperaturflachmeßesistor 1 is the platinum layer 2 , on which a passivation layer 3 is attached. The elastic adhesive tape 6 , for which a scotch tape is used here, and the adhesive 10 are arranged above this. The surface temperature sensor is closed abge by the upper housing half 16 . The platinum layer 2 is connected to the connecting wire 4 to the connecting line 9 . The connecting line 9 is secured with the strain relief 14 , which is designed here in the form of a wedge-shaped groove. From the connecting line 9 protrude the insulated single wires 8 , the uniso strands from the insulating web 13 are fixed isolated from each other. In order to enable a good heat contact, the metal layer temperature flat measuring resistor 1 is arranged in the sensor depression 15 of the lower housing part 11 . By carrying out the pressure support 12 up to the upper edge of the temperature sensor, a secure and tension-free attachment of the temperature sensor to the surface to be measured is made possible.

Fig. 2 zeigt eine Befestigungsmöglichkeit des er­ findungsgemäßen Temperaturfühlers mittels einer Deckkappe 17. Zwischen der Deckkappe 17 und dem An­ lagefühler 20 ist eine Druckfeder 18 angebracht, die den sicheren Wärmekontakt des Anlagefühlers 20 mit der zu messenden Oberfläche gewährleistet. Die Deckkappe 17 ist mittels der Klebeschicht 19 an der zu messenden Oberfläche befestigt. Fig. 2 shows a mounting option of the inventive temperature sensor by means of a cover cap 17th Between the cover cap 17 and the position sensor 20 , a compression spring 18 is attached, which ensures the safe thermal contact of the system sensor 20 with the surface to be measured. The cover cap 17 is fastened to the surface to be measured by means of the adhesive layer 19 .

Claims (2)

1. Oberflächentemperaturfühler, vorzugsweise für Heizflächen, mit einem Metallschicht-Temperatur­ flachmeßwiderstand (1), flexiblen Anschlußleitungen (9) und einem mindestens zweiteiligen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - sich zwischen dem Metallschicht-Temperatur­ flachmeßwiderstand (1) und dem unteren Gehäuseteil (11) eine temperaturbeständige elastische Klebe­ schicht (5), vorzugsweise aus Chlorbutadien­ kautschuk, befindet,
  • - sich auf der anderen Seite des Metallschicht- Temperaturflachmeßwiderstandes (1) ein elastisches Klebeband befindet,
  • - in mindestens einer der beiden Gehäusehälften (11, 16) ein Steg in Form einer rohrförmigen Druck­ stütze (12) angeordnet ist, der den Abstand der beiden Gehäusehälften (11, 16) definiert und eine Durchbiegung der Gehäusehälften (11, 16) verhin­ dert,
  • - die verbleibenden Hohlräume mit thermoplastischen Verfüllmaterial oder mit Klebstoff (10) ausgefüllt sind, und
  • - in mindestens einer der Gehäusehälften (11, 16) eine Zugentlastung (14) für die Anschlußkabel (9), vorzugsweise in Form einer keilförmigen Nut angebracht ist.
1. Surface temperature sensor, preferably for heating surfaces, with a metal layer temperature flat measuring resistor ( 1 ), flexible connecting lines ( 9 ) and an at least two-part housing, characterized in that
  • - Between the metal layer temperature flat measuring resistor ( 1 ) and the lower housing part ( 11 ) a temperature-resistant elastic adhesive layer ( 5 ), preferably made of chlorobutadiene rubber,
  • - There is an elastic adhesive tape on the other side of the metal layer temperature flat measuring resistor ( 1 ),
  • - In at least one of the two housing halves ( 11 , 16 ), a web in the form of a tubular pressure support ( 12 ) is arranged, which defines the distance between the two housing halves ( 11 , 16 ) and prevents the housing halves ( 11 , 16 ) from bending ,
  • - The remaining cavities are filled with thermoplastic filling material or with adhesive ( 10 ), and
  • - In at least one of the housing halves ( 11 , 16 ) a strain relief ( 14 ) for the connecting cable ( 9 ), preferably in the form of a wedge-shaped groove, is attached.
2. Oberflächentemperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschicht- Temperaturflachmeßfühler (1) im unteren Gehäuseteil (11) in einer als Sensormulde (15) ausgebildeten Vertiefung angeordnet ist.2. Surface temperature sensor according to claim 1, characterized in that the metal layer temperature flat sensor ( 1 ) is arranged in the lower housing part ( 11 ) in a recess formed as a sensor trough ( 15 ).
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