DE4445243A1 - Temperaturfühler - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturfühler
oder ein Widerstandsthermometer, bei dem Platin oder eine
Keramik aus Platin und Metall als Widerstand eingesetzt wird.
Ein Temperaturfühler oder ein Widerstandsthermometer hat ei
nen Widerstandsfühler mit einem elektrischen Widerstand der
sich mit der Temperatur verändert. Der Temperaturfühler wird
mit einer Konstantstromquelle betrieben, um Spannungen über
den sich verändernden Widerstand des Widerstandsfühlers zu
entwickeln. Ein Temperaturfühler mit einem Platinfilm ist in
einem Vorabdruck "Platinum Film Temperature Sensors" von G.S.
Iles für die Automobil-Entwickler-Kongreß-Ausstellung, in
Detroit, Michigan, im Februar (24.-28.) 1975 offenbart, ver
anstaltet von der Gemeinschaft der Automobilentwicklungs
ingenieure.
In der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-279,831
ist ein Temperaturfühler gezeigt, der ein Keramiksubstrat,
einen darauf beschichteten Platinwiderstand und eine auf den
Platinwiderstand beschichtete Glas-Schicht umfaßt. Bevor die
Glas-Schicht aufgebracht wird, wird der Platinwiderstand auf
dem Substrat durch Lasereinstrahlung abgeglichen, so daß er
einen elektrischen Widerstand mit einem vorbestimmten Wert
aufweist.
Jedoch wird beim Abgleichen des Platinwiderstands der Wider
stand durch die Lasereinstrahlung erhitzt, wodurch sich der
elektrische Widerstand verändert. Deshalb ist es nicht ein
fach die Präzision des ohmschen Widerstandwertes des Wider
stands zu verbessern und die Abweichung des ohmschen Wider
standswertes neigt zur Vergrößerung. Darüberhinaus kann die
Glas-Schicht hohen Temperaturen nicht widerstehen und der
Temperaturfühler kann nicht bei hohen Temperaturen eingesetzt
werden.
In einigen Anwendungsfällen wird der Temperaturfühler unter
schwierigen Bedingungen benutzt, z. B. bei hohen Temperaturen
und auch in einer oxidierenden Atmosphäre, einer reduzier
enden Atmosphäre oder einer Atmosphäre, die ein korrosives
Gas enthält. Zum Beispiel müssen die Temperatur des Abgases
einer Verbrennungskraftmaschine und das Abgas einer Maschine
überwacht werden. Unter solchen Bedingungen verändert der Wi
derstand des Temperaturfühlers spürbar seinen elektrischen
Widerstandswert über einen längeren Zeitraum hin.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehen
den Probleme zu lösen. Die vorliegende Erfindung schafft ei
nen Temperaturfühler, der
ein Keramiksubstrat umfaßt;
einen Widerstandsfühler umfaßt, der im Keramiksubstrat einge bettet ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist;
eine erste Leitung umfaßt, die am Widerstandsfühler ange schlossen ist, wobei elektrischer Strom durch die erste Leitung dem Widerstandsfühler zugeführt werden kann;
eine zweite Leitung umfaßt, die mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei eine Spannung des Widerstandsfühlers mittels der zweiten Leitung erfaßt werden kann;
einen zweiten Widerstand umfaßt, der elektrisch mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei der zweite Widerstand einen solchen elektrischen Widerstand aufweist, daß bei Beaufschlagung mit elektrischen Strom eines bestimmten Wertes der Widerstandsfühler eine Ausgangsspannung mit einem vorbe stimmten Wert aufweist.
ein Keramiksubstrat umfaßt;
einen Widerstandsfühler umfaßt, der im Keramiksubstrat einge bettet ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist;
eine erste Leitung umfaßt, die am Widerstandsfühler ange schlossen ist, wobei elektrischer Strom durch die erste Leitung dem Widerstandsfühler zugeführt werden kann;
eine zweite Leitung umfaßt, die mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei eine Spannung des Widerstandsfühlers mittels der zweiten Leitung erfaßt werden kann;
einen zweiten Widerstand umfaßt, der elektrisch mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei der zweite Widerstand einen solchen elektrischen Widerstand aufweist, daß bei Beaufschlagung mit elektrischen Strom eines bestimmten Wertes der Widerstandsfühler eine Ausgangsspannung mit einem vorbe stimmten Wert aufweist.
Beim Temperaturfühler der vorliegenden Erfindung ist der Wi
derstandsfühler (2) in einem Keramiksubstrat (1, 11, 18) ein
gebettet, so daß der Widerstandsfühler keinen Kontakt mit der
zu messenden Atmosphäre hat, wodurch der Widerstandsfühler
keine Abweichungen erfährt. Konsequenterweise bleibt der
Temperaturfühler der vorliegenden Erfindung stabil und zuver
lässig, sogar unter schwierigen Bedingungen, wie einer oxi
dierenden Atmosphäre bei hohen Temperaturen, einer reduzie
renden Atmosphäre bei hohen Temperaturen, einer Atmosphäre,
die korrosives Gas enthält, etc.
Ein keramisches Material für das Keramiksubstrat isoliert
vorzugsweise Elektrizität. Das keramische Material hat vor
zugsweise eine geringe thermische Konduktivität, um einen
Wärmefluß zwischen dem Widerstandsfühler und einem anderen
Widerstand durch das keramische Substrat zu reduzieren, wo
durch auch die Präzision des Temperaturfühlers verbessert
wird. Das keramische Substrat kann zum Beispiel aus Alumi
niumoxid, Stearin (stearite), Mullit, etc. zusammengesetzt
sein. Vorzugsweise kann das gesamte Keramiksubstrat aus dem
gleichen Keramikmaterial bestehen. Jedoch kann ein Teil des
Keramiksubstrats aus einem anderen Keramikmaterial zusam
mengesetzt sein als wie der andere Teil des Keramiksubstrats.
Das Keramiksubstrat kann dicht sein, um das Durchdringen von
Gasmolekülen zu verhindern.
Das Keramiksubstrat kann eine ebene Form aufweisen. Jedoch
kann das Keramiksubstrat jede Form haben, auch eine rohrför
mige und eine zylindrische Gestalt. Das Keramiksubstrat hat
vorzugsweise eine solche Gestaltung, daß Wärme, die auf den
Widerstandsfühler einwirkt die Temperatur des Spannungs
teiler-Widerstands nicht beeinflußt.
Der Widerstandsfühler umfaßt ein Metall mit einem positiven
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Der positive Wider
standstemperaturkoeffizient ist vorzugsweise groß. Das Metall
kann zum Beispiel Platin, Rhodium, Nickel, Wolfram, etc. um
fassen und insbesondere Platin wird bevorzugt. Der Wider
standsfühler kann aus jedem dieser Materialien zusammen
gesetzt sein, aus einer Legierung aus jedem dieser Metalle,
oder einer Keramik bestehend aus Keramikmaterial und jedem
dieser Metalle. Der Temperaturfühler der vorliegenden Erfin
dung kann Temperaturen erfassen, indem der Widerstandsfühler
seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Tem
peratur ändert.
Ein Widerstand zur Spannungsteilung ist elektrisch mit dem
Widerstandsfühler durch zum Beispiel ein Paar von Leitungen
verbunden. Im Gegensatz zum Widerstandsfühler hat der Span
nungsteiler-Widerstand vorzugsweise einen kleinen Wider
standstemperaturkoeffizienten (Absolutwert). Mit anderen
Worten ausgedrückt, verändert der Spannungsteiler-Widerstand
bei einer Veränderung der Temperatur seinen elektrischen
Widerstand kaum. Der Spannungsteiler-Widerstand kann durch
aufdrucken eines Metalls oder eines Metalloxids hergestellt
werden. Alternativ kann der Spannungsteiler-Widerstand aus
einer Glasmatrix und darin eingestreuten Partikeln herge
stellt sein, wobei die Partikel aus einem Metall oder einem
Metalloxid bestehen. Alternativ kann der Spannungsteiler-
Widerstand einen Film aus einem Metall oder einem Metalloxid
und einem Metalldraht umfassen.
Der Spannungsteiler-Widerstand wird vorzugsweise auf der
Oberfläche des Keramiksubstrates aufgebracht, so daß der
Spannungsteiler-Widerstand leicht durch Lasereinstrahlung
einjustiert werden kann, um so die Ausgangsspannung einzu
stellen. Wird elektrischer Strom angelegt, so wird die Aus
gangsspannung erzeugt. Während der Lasereinstrahlung wird
elektrischer Strom mit einem bestimmten Wert dem Wider
standsfühler und dem Spannungsteiler-Widerstand bei einer
bestimmten Temperatur, zum Beispiel 25°C zugeführt, während
die Ausgangsspannung erfaßt wird. Der Spannungsteiler-Wider
stand wird so eingestellt, daß die Rückwärtsspannung des
Widerstandsfühlers einen vorbestimmten Wert hat, der mit dem
elektrischen Strom und dem elektrischen Widerstandswert kor
respondiert.
Bei der vorliegenden Erfindung weist die Ausgangsspannung des
Temperaturfühlers eine geringe Abweichung auf. Bei der vor
liegenden Erfindung wird der Spannungsteiler-Widerstand, der
einen kleinen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist
mittels Lasereinstrahlung abgeglichen, anstatt des Wider
standsfühlers, der einen großen Widerstandstemperaturkoef
fizienten hat, so daß die Wärme, die durch die Laserein
strahlung erzeugt wird, keinen Einfluß auf einen elektrischen
Widerstandswert der Spannungsteiler-Widerstands hat, wodurch
ein Fehler in der Ausgangsspannung reduziert wird. Bei der
vorliegenden Erfindung wird die Rückwärtsspannung des Wider
standsfühlers beim Abgleichen überwacht, um so im wesent
lichen die Wirkungen von elektrischen Widerstandsänderungen
in den Leitungen, infolge einer Temperaturänderung zu redu
zieren, wodurch eine Veränderung in der Ausgangsspannung re
duziert wird.
Vorzugsweise bei 25°C hat der zweite Widerstand einen elek
trischen Widerstand, der hundert mal größer ist als der elek
trische Widerstand des Widerstandsfühlers, um so die Genauig
keit des Temperaturfühlers zu erhöhen. Noch besser ist es,
wenn bei 25°C der zweite Widerstand einen elektrischen Wi
derstand hat, der mehr als tausend mal größer ist als der
elektrische Widerstand des Widerstandsfühlers.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Spannungsteiler-Wi
derstand an einer Stelle angeordnet sein, so daß er der zu
messenden Atmosphäre nicht ausgesetzt ist. Bei einer solchen
Anordnung bleibt der Spannungsteiler-Widerstand zuverlässig
und ein elektrischer Widerstandswert des Spannungsteiler-Wi
derstands verändert sich im Laufe der Zeit kaum.
Vorzugsweise kann das Keramiksubstrat zwei Enden aufweisen,
wobei der Widerstandsfühler am einen Ende angebracht sein
kann und der Spannungsteiler-Widerstand am anderen Ende ange
ordnet sein kann.
Der Spannungsteiler-Widerstand ist vorzugsweise an einer
Stelle angebracht, wo er einen bestimmten Abstand vom
Widerstandsfühler hat, so daß der Wärmefluß zwischen dem
Spannungsteiler-Widerstand und dem Widerstandsfühler redu
ziert ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der
Temperaturfühler hohe Temperaturen erfaßt. Während der
Widerstandsfühler hohen Temperaturen, wie zum Beispiel 1000°C
ausgesetzt wird, wird der Spannungsteiler-Widerstand bei
viel geringeren Temperaturen gehalten, zum Beispiel bei 300°C,
so daß die Lebensdauer des Spannungsteiler-Widerstands
höher ist.
Der Spannungsteiler-Widerstand ist vorzugsweise mit einer
Glas-Schicht überzogen, um die Haltbarkeit zu verbessern. In
der Ausführungsform hat der Spannungsteiler-Widerstand einen
bestimmten Abstand vom Widerstandsfühler, um die Wärmeüber
tragung zu verringern, obwohl die Glas-Schicht höheren Tem
peraturen widerstehen könnte.
Ein Verfahren zum Beschichten der Glas-Schicht auf den Span
nungsteiler-Widerstand umfaßt die Schritte: herstellen eines
Schlammes aus Glaspulver (zum Beispiel mit Borsilikatglas),
aufbringen des Schlammes auf die Oberfläche des Spannungs
teiler-Widerstandes, trocknen des aufgebrachten Schlammes,
und brennen des aufgebrachten Schlammes. Der Schlamm-Auf
bring-Schritt kann durch Eintauchen, Messerbeschichtung,
Spraybeschichtung, etc. erfolgen.
Beim Temperaturfühler nach der vorliegenden Erfindung erzeugt
der Widerstandsfühler Spannung, indem elektrischer Strom dem
Widerstandsfühler zugeführt wird, und das Spannungssignal
wird erfaßt. Das Spannungssignal kann dann umgesetzt werden,
zum Beispiel durch einen Mikroprozessor, um die Temperatur
anzuzeigen. Sogar wenn die Leitungen, Anschlußpunkte, Seiten
verbindungen einen geringen elektrischen Widerstand auf
weisen, behält der Temperaturfühler die Genauigkeit, um die
Temperatur zu erfassen. Eine Leitung kann verwendet werden,
um die elektrischen Signale, wie die Spannung, vom Wider
standsfühler zu übertragen, und die Leitung kann an den
Widerstandsfühler angeschlossen sein. Alternativ kann eine
elektrische Leistung mit einer bestimmten Spannung dem
Widerstandsfühler zugeführt werden, während ein elektrischer
Stromwert erfaßt wird.
Der Widerstandsfühler, der zweite Widerstand, die Leitungen
und die Anschlußpunkte können vorzugsweise aufgedruckt sein,
um einen Film zu bilden. Jedoch können diese Elemente auch
durch Messerbeschichtung, Spraybeschichtung, o.a. ausgebildet
werden.
Ein Temperaturfühler umfaßt ein Keramiksubstrat und ein Wi
derstandsfühler, der Platin enthält, ist im Keramiksubstrat
eingebettet. Elektrischer Strom kann durch Leitungen dem Wi
derstandsfühler zugeführt werden. Durch Leitungen kann die
Spannung des Widerstandsfühlers erfaßt werden. Ein anderer
Widerstand zur Spannungsteilung ist elektrisch mit dem Wi
derstandsfühler verbunden, wobei der Widerstand mittels La
sereinstrahlung abgeglichen wird, um seinen elektrischen Wi
derstandswert einzustellen, so daß unter Anlegung elektri
schen Stroms eines bestimmten Wertes am Widerstandsfühler
dessen Ausgangsspannung mit einem vorbestimmten Wert erzeugt
wird. Wärme, die am Widerstand durch die Lasereinstrahlung
erzeugt wird, verändert den elektrischen Wert des Widerstan
des nicht so sehr wie den des Widerstandsfühlers, so daß die
Präzision des Temperaturfühlers verbessert wird. Der Wider
standsfühler vermeidet den Kontakt zur Atmosphäre.
Weitere Einzelheiten werden weiter unten mit Hilfe der Aus
führungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen darge
stellt sind, erläutert.
In den Figuren zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Aus
führungsform eines Temperaturfühlers nach der vorlie
genden Erfindung, wobei das Keramiksubstrat in drei
Schichten getrennt ist;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Gebrauchsbeispiel des
Temperaturfühlers;
Fig. 3 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform
des Temperaturfühlers nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform
des Temperaturfühlers nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer vierten Aus
führungsform des Temperaturfühlers nach der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer fünften Aus
führungsform des Temperaturfühlers nach der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 7 eine Vergrößerung eines Teils der Fig. 1 und
Fig. 8 ein schematisches Schaltkreisdiagramm der ersten
Ausführungsform des Temperaturfühlers nach der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 1 zeigt die erste Ausführungsform des Temperaturfühlers
nach der vorliegenden Erfindung, wobei das Keramiksubstrat
aus Gründen der Übersichtlichkeit in drei Schichten 1, 11, 18
aufgetrennt ist. Mittels Fig. 1 kann auch ein Verfahren zur
Herstellung der ersten Ausführungsform dargestellt werden.
In Fig. 1 wird ein Widerstandsfühler 2, der aus einer pastö
sen Mischung aus Platin und Aluminiumoxid zusammengesetzt ist
auf eine Oberfläche des Keramiksubstrats 1 aufgedruckt.
Während des Druckens besteht die Keramikschicht aus Alumi
niumoxid/Tonerde (green alumina), die noch nicht gebrannt
ist.
Ein paar von Stromleitungen 3, 4 wird ebenfalls auf die Ober
fläche der Keramikschicht 1 gedruckt. Ein Ende der beiden
Stromleitungen 3, 4 wird mit den Enden des Widerstands 2 ver
bunden. Die anderen Enden der Stromleitungen 3, 4 verbinden
jeweils Anschlußpunkte 9, 10, um eine Verbindung mit einer
Seitenfläche 1s sicherzustellen.
Ein paar von Leitungen 5, 6 wird ebenfalls auf die Oberfläche
der Keramikschicht 1 gedruckt. Eine Spannung, die vom Wider
stand 2 erzeugt wird, kann durch die Leitungen 5, 6 erfaßt
werden. Ein Ende der beiden Leitungen 5, 6 verbindet jeweils
die Enden des Widerstands 2. Die anderen Enden der zweiten
Leitungen 5, 6 verbinden jeweils zu Anschlußpunkten 7, 8, um
eine Verbindung mit einer Seitenfläche 1s sicherzustellen.
Ein Ende 2a des Widerstands 2 verzweigt in die Stromleitung 3
und die Leitung 5, während das andere Ende 2b des Widerstands
2 in die Stromleitung 4 und die Leitung 6 verzweigt.
Die Stromleitungen 3, 4, die Leitungen 5, 6 und die Anschluß
punkte 9, 10 können zum Beispiel aus einer pastösen Mischung
aus Platin und Aluminiumoxid zusammengesetzt sein. Sie werden
vorzugsweise beim Schritt des Aufdruckens des Widerstands 2
mit aufgedruckt. Jedoch können die Materialien für die Strom
leitungen 3, 4, die Leitungen 5, 6 und die Anschlußpunkte 7,
8 unterschiedlich zu dem des Widerstands 2 sein.
Ein Keramiksubstrat 11 ist vorzugsweise aus dem gleichen
Material wie das Keramiksubstrat 1 hergestellt. Seitenan
schlüsse 12, 13 zur elektrischen Verbindung der Anschluß
punkte 9, 10 sind auf die Seitenfläche 11s des Keramiksub
strats 11 gedruckt.
Der Seitenanschluß 12 verbindet elektrisch zu einer Anschluß
fläche 15. Eine Fläche 16 für die Teilungsspannung ist
zwischen die Seitenanschlüsse 12, 13 gedruckt. Die Fläche 16
verbindet zu einer anderen Anschlußfläche 17. Die Anschluß
fläche 15 überquert die Anschlußfläche 17 nicht.
Die Anschlußflächen 15, 17 und die Fläche 16 werden auf die
Oberfläche eines Endes 11a des Keramiksubstrates aufgedruckt.
Die Anschlußflächen 15, 17 und die Fläche 16 können aus einer
pastösen Mischung aus Platin und Aluminiumoxid bestehen.
Jedoch brauchen die Materialien für die Anschlußflächen 15,
17 und die Fläche 16 nicht die gleichen wie für den
Widerstand 2 zu sein.
Ein Keramiksubstrat 18 ist vorzugsweise aus dem gleichen
Material wie das Keramiksubstrat 1 hergestellt. Seitenan
schlüsse 19, 20, die sich zur Rückseite des Keramiksubstrates
erstrecken, werden auf die Seitenfläche 18s des Keramik
substrates 18 gedruckt. Die Seitenanschlüsse 19, 20 verbinden
jeweils zu Anschlußflächen 21, 22, die auf die Rückseite des
Keramiksubstrates gedruckt sind. Die Seitenanschlüsse 19, 20
und die Anschlußflächen 21, 22 können aus einer pastösen
Mischung von Platin und Aluminiumoxid zusammengesetzt sein.
Jedoch brauchen die Materialien für die Seitenanschlüsse 19,
20 und die Anschlußflächen 21, 22 nicht die gleichen wie für
den Widerstand 2 zu sein.
Die drei rohen Keramiksubstrate 1, 11, 18 werden zusammen
laminiert, gepreßt und dann bei 1600°C gebrannt, um ein
einheitliches Stück zu bilden. Falls der Widerstand 2 Wolfram
oder Nickel enthält, kann die Atmosphäre beim Brennen eine
reduzierende Atmosphäre sein. Falls der Widerstand 2 Platin
oder Rhodium enthält, kann die Atmosphäre entweder eine redu
zierende Atmosphäre oder eine oxidierende Atmosphäre sein.
Ein Widerstand 14 zum Teilen der Spannung besteht aus einer
Mischung aus Rutheniumoxid und Glas, wird aufgedruckt und
gebrannt, um die Seitenanschlüsse 12, 13 zu verbinden. Der
Widerstand 14 bedeckt zumindest einen Teil der Fläche 16 zur
Spannungsteilung, um an der Fläche 16 anzuschließen. Zum
Beispiel kann der Widerstand 14 einen elektrischen Widerstand
von 50 Kiloohm haben und der Widerstandsfühler kann einen
elektrischen Widerstand von 20 Ohm haben.
Elektrischer Strom einer bestimmten Höhe wird dem Widerstand
2 über die Anschlußflächen 21, 22 zugeführt, während eine
Ausgangsspannung vom Widerstand 2 über die Anschlußflächen
15, 17 ermittelt wird. Unter diesen Bedingungen wird der
Widerstand 14 für die Spannungsteilung durch Laserein
strahlung abgeglichen, um eine Ausgangsspannung abzugeben,
die einen bestimmten Wert hat, der zum elektrischen Strom
korrespondiert. Nach dem Abgleichen kann der Widerstand 14
mit einer Glas-Schicht beschichtet werden, um den Widerstand
zu schützen.
Beim Abgleichen wird ein Infrarot- oder ein Ultraviolett-Laser
verwendet. Zum Beispiel erzeugt ein Yttrium-Aluminium-Garnet-
Laser einen Strahl mit einem Durchmesser von 50 µm auf dem
Widerstand 14, wobei er mit einer Rate von 0.25 mm pro Se
kunde bewegt wird. Der Laser kann eine Oszillationsfrequenz
von einem Kilohertz und eine Leistung von 600 Milliwatt.
Der elektrische Schaltkreis ist in Fig. 8 dargestellt. Der
elektrische Schaltkreis hat einen temperaturempfindlichen
Widerstand 2 und einen Spannungsteiler-Widerstand 14, die
parallel zueinander angeordnet sind. Elektrischer Strom wird
dem Widerstandsfühler 2 mittels der Anschlußflächen 21, 22
zugeführt. Die vom Widerstandsfühler 2 erzeugte Spannung wird
durch den Widerstand 14 geteilt, um an den Anschlußflächen
15, 17 die Ausgangsspannung zu erhalten.
So wie sich die Temperatur des Widerstandsfühler 2 ändert,
während konstant elektrischer Strom zugeführt wird, ändert
sich der elektrische Widerstand des Widerstandsfühlers 2, so
daß sich die vom Widerstandsfühler 2 erzeugte Spannung verän
dert, wodurch sich dementsprechend die Ausgangsspannung an
den Anschlußflächen 15, 17 ändert.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Gebrauch eines Temperatur
fühlers 30 im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Der Tempe
raturfühler 30 ist mittels eines Gehäuses 32 an einem Abgas
rohr 31 befestigt. Ein Ende 30a, in dem der Widerstand 2 ein
gebettet ist, ist in das Innere des Abgasrohrs 31 eingesetzt,
während das andere Ende 30b, welches den Widerstand 14 um
faßt, an der Außenseite des Abgasrohres 31 angeordnet ist.
Das Gehäuse 32 steht schraubbar mit dem Abgasrohr 31 in Ein
griff und ein Element 33 zur Stoßdämpfung ist zwischen dem
Gehäuse 32 und dem Temperaturfühler 30 angeordnet.
Das Ende 30a ist durch eine Schutzabdeckung 34 abgedeckt, um
einen Stoß auf das Ende zu verhindern, da das Keramiksubstrat
des Temperaturfühlers 30 infolge eines Stoßes beschädigt wer
den könnte. Die Schutzabdeckung 34 ist durchlöchert, um es zu
ermöglichen, das Abgas ins Innere der Schutzabdeckung 34 ge
langt.
Das andere Ende 30b ist mit einem Verbindungsstück 36 verbun
den, so daß elektrische Signale an den Anschlußflächen 15,
17, 21, 22 zur Leitung 37 übertragen werden. Das Ende 30b und
das Verbindungsstück 36 sind in einem Gehäuse 35 unterge
bracht.
Bei einem Verfahren zur Herstellung der ersten Ausführungs
form werden die drei rohen Keramikschichten 1, 11, 18 zusam
men laminiert, gepreßt und dann gebrannt, um ein einheit
liches Stück zu bilden. Jedoch sind zur Herstellung der
ersten Ausführungsform nicht unbedingt drei rohe Keramik
schichten erforderlich. Zum Beispiel können ohne die rohe
Keramikschicht 18 die Anschlußflächen, die elektrisch mit den
Anschlußpunkten 9, 10 verbunden sind, auf die Rückseite der
rohen Keramikschicht 1 gedruckt werden, die der Oberfläche
gegenüber liegt, auf die der Widerstand 2 gedruckt ist.
In Fig. 3 ist die zweite Ausführungsform dargestellt, die der
ersten Ausführungsform ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß ein
Ende der Keramikschicht 41a mit einer Schicht 41b beschichtet
ist, die aus keramischen Material besteht, so daß ein Wider
standsfühler 42 im Keramiksubstrat 41 eingebettet ist,
während das andere Ende der Keramikschicht 41a durch die
Schicht 41b nicht bedeckt ist. Bei der zweiten Ausführungs
form umfaßt das Keramiksubstrat 41 die Keramikschicht 41a und
die Beschichtungsschicht 41b und der Widerstandsfühler 42 ist
zwischen der Keramikschicht 41a und der Beschichtungsschicht
41b angeordnet. Leitungen sind mit dem Widerstandsfühler 42
verbunden und Teile dieser Leitungen sind ebenfalls mit der
Schicht 41b beschichtet. Die anderen Teile der Leitungen und
ein Widerstand zur Spannungsteilung sind durch eine Glas-
Schicht abgedeckt.
Beim Verfahren zur Herstellung der zweiten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung wird eine keramische Paste
auf eine Oberfläche eines Endes der rohen Keramikschicht 1
aufgebracht, so daß der Widerstand 2 durch die keramische
Paste abgedeckt ist. Jedoch wird das andere Ende durch die
keramische Paste nicht abgedeckt. Die rohe Keramikschicht
wird mit der Paste zusammengebrannt, um ein einheitliches
Stück zu bilden.
In Fig. 4 ist die dritte Ausführungsform dargestellt, die der
ersten Ausführungsform ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß ein
Ende der Keramikschicht 46a durch eine Schicht 46b beschich
tet ist, die aus keramischen Material besteht, so daß ein
Widerstandsfühler 47 im Keramiksubstrat 46 eingebettet ist,
während das andere Ende der Keramikschicht 46a durch die
Schicht 46b nicht beschichtet ist. Bei der dritten Ausfüh
rungsform bedeckt die Beschichtungsschicht 46b die gesamte
Oberfläche des einen Endes der Keramikschicht 46a mit dem
Widerstand 47, während bei der zweiten Ausführungsform die
Beschichtungsschicht 42 nur die Oberfläche mit dem Widerstand
42 darauf bedeckt. Ähnlich der zweiten Ausführungsform sind
Leitungen mit dem Widerstandsfühler verbunden und Teile
dieser Leitungen sind durch die Beschichtungsschicht 46b
ebenfalls abgedeckt. Die anderen Teile der Leitungen und ein
Widerstand zur Spannungsteilung sind durch eine Glas-Schicht
abgedeckt.
Bei einem Verfahren zur Herstellung der dritten Ausführungs
form nach der vorliegenden Erfindung wird ein Ende der rohen
Keramikschicht 1 in einen keramischen Schlamm eingetaucht, so
daß das Ende mit dem Widerstand 2 durch die Keramikbeschich
tung beschichtet ist. Die rohe Keramikschicht wird zusammen
mit der Keramikbeschichtung gebrannt, um ein Stück zu bilden.
In Fig. 5 wird die vierte Ausführungsform nach der vorliegen
den Erfindung dargestellt, die der ersten Ausführungsform
ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß das Keramiksubstrat 51 mit
einem Durchgangsloch 58 ausgebildet wird, zwischen einem
Widerstandsfühler 52 in einem Ende des Keramiksubstrats 51
und einem Widerstand 54 zur Spannungsteilung, im anderen Ende
des Keramiksubstrats 51, um so einen Wärmefluß zwischen dem
Widerstandsfühler 52 und dem Spannungsteiler-Widerstand 54
durch das Keramiksubstrat zu verringern. Wenn der Wider
standsfühler 52 hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wird der
Spannungsteiler-Widerstand 54 bei wesentlich geringeren Tem
peraturen gehalten, so daß die Lebensdauer des Widerstands 54
länger ist.
Vorzugsweise wird das Durchgangsloch 58 in der Nähe des Wi
derstandsfühlers 52 ausgebildet. Das Durchgangsloch 58 er
streckt sich in Dickenrichtung des Keramiksubstrates 51. Der
Widerstand 52 ist in einem Ende des Substrates 51 eingebet
tet.
In Fig. 6 wird die fünfte Ausführungsform nach der vorliegen
den Erfindung dargestellt, die der ersten Ausführungsform
ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß ein Ende 61a des Keramik
substrates 61 dünner ist als die anderen Teile des Keramik
substrates 61, um so den Wärmefluß zwischen dem Widerstands
fühler 62, der im dünnen Ende 61a eingebettet ist und dem
Spannungsteiler-Widerstand 64 im andere Ende durch das Kera
miksubstrat 61 zu verringern. Falls der Widerstandsfühler 62
hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wird der Spannungsteiler-
Widerstand 64 bei viel geringeren Temperaturen gehalten, wo
durch die Lebensdauer des Widerstandes 64 erhöht wird.
Beim Temperaturfühler nach der vorliegenden Erfindung ist der
Widerstandsfühler im Keramiksubstrat eingebettet, wodurch der
Widerstandsfühler nicht so leicht beschädigt wird. Ein elek
trischer Widerstandswert des Spannungsteiler-Widerstands wird
eingestellt, um so die Veränderung in der Ausgangsspannung
des Temperaturfühlers zu verringern. Darüberhinaus hat der
Temperaturfühler eine verbesserte Genauigkeit im Ermitteln
von Temperaturen, da der Spannungsteiler-Widerstand einen
höheren elektrischen Widerstand als der Widerstandsfühler
hat.
Ein Temperaturfühler umfaßt ein Keramiksubstrat (1, 11, 18) und
ein Widerstandsfühler (2), der Platin enthält, ist im Kera
miksubstrat eingebettet. Elektrischer Strom kann durch Lei
tungen (3, 4) dem Widerstandsfühler (2) zugeführt werden.
Durch Leitungen (5, 6) kann die Spannung des Widerstands
fühlers erfaßt werden. Ein anderer Widerstand (14) zur Span
nungsteilung ist elektrisch mit dem Widerstandsfühler ver
bunden, wobei der Widerstand mittels Lasereinstrahlung abge
glichen wird, um seinen elektrischen Widerstandswert einzu
stellen, so daß unter Anlegung elektrischen Stroms eines be
stimmten Wertes am Widerstandsfühler dessen Ausgangsspannung
mit einem vorbestimmten Wert erzeugt wird. Wärme, die am Wi
derstand (14) durch die Lasereinstrahlung erzeugt wird, ver
ändert den elektrischen Wert des Widerstandes (14) nicht so
sehr wie den des Widerstandsfühlers, so daß die Präzision des
Temperaturfühlers verbessert wird. Der Widerstandsfühler ver
meidet den Kontakt zur Atmosphäre.
Claims (14)
1. Temperaturfühler mit
einem Keramiksubstrat;
einem Widerstandsfühler, der im Keramiksubstrat einge bettet ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist;
einer ersten Leitung, die am Widerstandsfühler ange schlossen ist, wobei elektrischer Strom durch die erste Leitung dem Widerstandsfühler zugeführt werden kann;
einer zweiten Leitung, die mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei eine Spannung des Widerstandsfühlers mittels der zweiten Leitung erfaßt werden kann; und
einem zweiten Widerstand, der elektrisch mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei der zweite Widerstand einen solchen elektrischen Widerstand aufweist, daß bei Beaufschlagung mit elektrischen Strom eines bestimmten Wertes der Widerstandsfühler eine Ausgangsspannung mit einem vorbe stimmten Wert aufweist.
einem Keramiksubstrat;
einem Widerstandsfühler, der im Keramiksubstrat einge bettet ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist;
einer ersten Leitung, die am Widerstandsfühler ange schlossen ist, wobei elektrischer Strom durch die erste Leitung dem Widerstandsfühler zugeführt werden kann;
einer zweiten Leitung, die mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei eine Spannung des Widerstandsfühlers mittels der zweiten Leitung erfaßt werden kann; und
einem zweiten Widerstand, der elektrisch mit dem Widerstandsfühler verbunden ist, wobei der zweite Widerstand einen solchen elektrischen Widerstand aufweist, daß bei Beaufschlagung mit elektrischen Strom eines bestimmten Wertes der Widerstandsfühler eine Ausgangsspannung mit einem vorbe stimmten Wert aufweist.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der zweite
Widerstand einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
hat, dessen absoluter Wert kleiner ist als der positive
Temperaturkoeffizient des Widerstandsfühlers.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der absolute Wert
des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des zweiten
Widerstands nicht größer ist als die Hälfte des positiven
Temperaturkoeffizienten des Widerstandsfühlers.
4. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei bei 25°C der
zweite Widerstand einen elektrischen Widerstand hat, der
größer ist als der des Widerstandsfühlers.
5. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei bei 25°C der
zweite Widerstand einen elektrischen Widerstand hat, der zwei
mal größer ist als der elektrische Widerstand des
Widerstandsfühlers.
6. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der zweite Wider
stand mittels der zweiten Leitung mit dem Widerstandsfühler
verbunden ist.
7. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei das Keramiksub
strat zwei Enden aufweist, und der Widerstandsfühler in einem
der beiden Enden angeordnet ist und der zweite Widerstand im
anderen der beiden Enden angeordnet ist.
8. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der zweite Wider
stand auf eine Oberfläche des Keramiksubstrates aufgeschich
tet ist, und der Temperaturfühler weiterhin eine Glas-Schicht
umfaßt, wobei der zweite Widerstand mit dieser Glas-Schicht
beschichtet ist.
9. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der Widerstands
fühler, der zweite Widerstand, die erste Leitung und die
zweite Leitung aufgedruckt sind und einen Film bilden.
10. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der Widerstands
fühler zumindest eines von den folgenden Materialien enthält:
Platin, Rhodium, Nickel und Wolfram.
11. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der Widerstands
fühler im wesentlichen aus einer Keramik besteht, die Keramik
und zumindest eines der folgenden Materialien enthält: Pla
tin, Rhodium, Nickel und Wolfram.
12. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei der Widerstands
fühler Platin enthält.
13. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei das Keramiksub
strat ein Durchgangsloch umfaßt, zwischen dem Widerstands
fühler und dem zweiten Widerstand, um den Wärmefluß zwischen
dem Widerstandsfühler und dem zweiten Widerstand durch das
Keramiksubstrat zu verringern.
14. Temperaturfühler nach Anspruch 1, wobei das Keramiksub
strat eine ebene Gestaltung mit zwei Enden aufweist und der
Widerstandsfühler in einem der beiden Enden eingebettet ist,
der zweite Widerstand im anderen Ende eingebettet ist, wobei
das eine Ende mit dem Widerstandsfühler dünner ist als das
andere Ende mit dem zweiten Widerstand, so daß der Wärmefluß
zwischen dem Widerstandsfühler und dem zweiten Widerstand
durch das Keramiksubstrat verringert wird.
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