DE4445243A1 - Temperaturfühler - Google Patents

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.

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.

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.