DE7509505U

DE7509505U - Widerstandsthermometer

Info

Publication number: DE7509505U
Application number: DE7509505U
Authority: DE
Original assignee: Rosemount Engineering Co Ltd
Current assignee: Emerson Process Management Ltd
Priority date: 1974-03-25
Publication date: 1975-08-07

Description

R. SPLANEMANN dipu-chem. or. B. REITZNER - dipl-inq. J. RICHTER ÖNCHEN HAMBURS

Rosemount Engineering Company Limited

Bognor Regis, Sussex Großbritannien

Gebrauchsmusteranmeldung

aooo MUNCHBN 2 25· März 1975 Tal 13

Telefon (089) 226207/ 22 62 0V Telegramme Inventius München

u„„_r. am., 4119-III-9126

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Widerstandsthermometer

Die Neuerung betrifft Widerstandsthermometer.

Durch die Neuerung wird ein Widerstandsthermometer geschaffen, das einen zylindrischen Formkörper aus elektrisch nicht leitendem Material hat, auf dessen zylindrischer Oberfläche ein elektrisch leitender Pfad angeordnet ist, der aus einem Film aus einem Material mit einem temperaturabhängigen Widerstandskoeffizienten besteht. Vorzugsweise ist der leitende Pfad ein gedruckter Film.

Es sind verschiedene Arten von Metallen zur Verwendung in Widerstandsthermometer-Vrrrichtungen bekannt, z.B. Nickel, Kupfer und ihre Legierungen. Vorzugsweise wird jedoch Platin verwendet. Filme aus geeigneten Materialien können z.B. als Oxide der Metalle aufgebracht werden, die gesintert werden, um an dem Formkörper zu haften, der normalerweise ein keramischer Formkörper ist. Der Oxidfilm wird dann zu dem Metall reduziert.

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München aQO 60 807

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Leitende Pfade unter Verwendung von Metall/Glasgemisch-Filmen, die auf nichtleitende Substrate aufgebracht werden, sind in der Elektronikindustrie bekannt und werden allgemein als "Dickfilme" bezeichnet. Es hat sich als möglich erwiesen, bei Geeigneter Wahl von Materialien Dickfilme mit im wesentlichen den gleichen elektrischen Eigenschaften wie bekannte massive Metalle zu bilden. Z.B. ist es bekannt, daß Dickfilme mit Metallen wie Wolfram, Molybden, Gold, Silber oder ihren Legierungen hergestellt werden können, die hohe positive Widerstandstemperaturkoeffizienten haben. Insbesondere ist es jedoch möglich, einen Dickfilm zu bilden der Platinpartikel enthält, um einen Widerstandstemperaturkoeffizienten zu erhalten, der mit dem von massivem Platin vergleichbar ist und der somit zur Verwendung in einem Widerstandsthermometer sehr geeignet ist. Vorzugsweise ist der elektrisch leitende Pfad ein Film, der aus einem geschmolzenen glasigen Material gebildet wird, der Platinpartikel enthält.

Widerstandsthermometer mit leitenden Filmen auf isolierenden Substraten haben eine Reihe von Vorteilen, von denen der wichtigste die relative Leichtigkeit im Vergleich zu aus Draht gewickelten Thermometernist, mit der die Herstellung solcher Thermometer automatisiert werden kann.

Es ist bisher in der Praxis üblich, leitende Filmefür Widerstands vorrichtungen oder Widerstandsthermometervorrichtungen auf flache isolierende Substrate zu drucken oder in anderer Weise aufzubringer. Eine solche Flachkonstruktion ist für Widerstandsvorrichtungen sehr geeignet, da sie in geeigneter Weise mit anderen diskreten Bauelementen oder IC-Vorrichtungen zusammengesehaltet werden können. Eine allgemeine Forderung der Widerstandsthermometer besteht jedoch darin, daß sie in das Innere eines Festkörpers eingesetzt werden können, damit die Innentemperatur des Körpers kontrolliert werden kann. Tatsächlich ist es, nur

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um einen guten thermischen Kontakt mit dem Körper zu erhalten, oft zweckmäßig, das Thermoineter in den Körper einzusetzen. Durch seine zylindrische Form ist das neuerungsgemäße Widerstandsthermometer zum Einsetzen in einen Körper besonders geeignet, da dies einfach dadurch erreicht werden kann, daß ein geeignetes Loch in den Körper gebohrt und die zylindrische Vorrichtung in das Loch eingesetzt wird. Das Loch sollte vorzugsweise so ausgebildet werden, daß das Thermometer einen guten Sitz hat.

Normalerweise hat das zylindrische Thermometer eine isolierende Schutzschicht wie eine Glasur. Anschlußdrähte, die mit den Enden des leitenden Pfads verbunden sind, können vorgesehen werden, von denen sich einer von jedem Ende der zylindrischen Vorrichtung oder beide von einem Ende aus erstrecken.

Die Neuerung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 7 beispielsweise erläutert. Es zeigt*

Figur 1 ein zylindrisches Widerstandsthermometer mit einem Anschlußdraht an jedem Ende,

Figur 2 eine Darstellung des leitenden Pfads des Thermometers der Fig. 1, der Klarheit halber vergrößert und abgewickelt,

Figur 3 eine weitere Ausführungsform des zylindrischen Widerstaadsthermometers mit beiden Anschlußdrähten an einem Ende,

Figur 4 eine Darstellung des leitenden Pfads des Thermometers der Fig. 3, der Klarheit halber vergrößert und abgewickelt,

Figur 5a, 5b, 5c verschiedene Formen und Anwendungen von der Einstellung dienenden Blindteilen in dem leitenden Pfad des Thermometers,

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Figur 6 eine weitere Ausführungsform des Widerstandsthermometer mit einer anderen Methode der Befestigung von Anschlußdrähten, und

Figur 7 eine Abwandlung des Thermometers der Fig. 6.

In Fig, 1 ist auf einen zylindrischen Formkörper IO ein Pfad 11 aus elektrisch leitendem Material gedruckt. Der Formkörper 10 besteht aus elektrisch nicht leitendem Material wie einem Keramikmaterial oder Aluminiumoxid und das elektrisch leitende Material des Pfads 11 ist ein geschmolzenes glasiges Material, das Platinpartikel enthält

Fig. 2 zeigt die Form des Pfads 11, der eine Peihe von Meandern 20 hat, die an einem Ende mit einem Anschlußplättchen 21 versehen ist. Am anderen Ende iεt ein zweites Anschlußplättchen 22 vorgesehen, an den ein gerades Stück 23 angeschlossen ist, das sich längs der diesem Ende nächsten fünf Mäander erstreckt. Diese Mäander sind mit dem Stück 23 durch Verbindungsteile 24 verbunden. Zwischen dem innersten Mäander, der mit dem geraden Suück 2 3 verbunden ist, und dem einen Ende der Reihe von Mäandern ist ain Blindteil 25 aus dem elektrisch leitenden Material vorgesehen. Der Zweck des geraden Teils 23, der verbindungsteile 24 und des Blindteils 25 wird später beschrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, sind Abschlußkappen 12 aus elektrisch leitendem Material an den Enden des Formkörpers 10 befestigt und mit den jeweiligen Anschlußplättchen 21 und verbunden. Ein Anschlußdraht 13 ist mit jeder Kappe 12 verbunden. Die vollständige Vorrichtung hat einen überzucr aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material wie einem Glasurmaterial.

Bei der Herstellung des Widerstandsthermometers wird der Pfad 11 auf den zylindrischen Formkörper 10 gedruckt. Die

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Kappen 12 können an die Anschlußplättchen 21 und 22 angelötet oder angeschweißt oder durch eine Kaltschweißsicke verbunden werden. Die Abschlußkappen und die Anschlußdrähte können aus Nickel, einer Nickellegierung oder für die Verwendung bei hohen Temperaturen aus einem Edelmetall wie Gold bestehen.

Um Widerstandsthermometervorrichtungen mit eng tolerierten Widerstandswerten bei einer bestimmten Temperatur z.B. O⁰C zu erzeugen, ist es notwendig, die Vorrichtung zuzuschneiden, um den gewünschten Gesamtwiderstandswert zu bilden. Die oben beschriebene Vorrichtung ist zum leichten Zuschneiden besonders geeignet. Der Widerstandswert der Vorrichtung, gemessen zwischen den Anschlußleitungen, wird in einer geeigneten Brückenschaltung mit demjenigen einer Standardvorrichtung verglichen, die längs ihr anaeordnet lind auf der gleichen Temperatur gehalten wird. Ein Laser wird benutzt, um aufeinanderfolgende Verbindungsteile 2 4 abzuschneiden und den gemessenen Widerstandswert der Vorrichtung zu erhöhen, bis er innerhalb eines geringen Betrags (einige Prozent) desjenigen der Standardvorrichtung lisgt. Dieses Durchschneiden der Verbindungstelle kann als digitales Zuschneiden angesehen werden, da jedes durchgeschnittene Verbindungsteil den Widerstandswert um einen gleichen Betrag erhöht. Eine weitere Zunahme des Widerstandswertes genau einzustellen, kann dann dadurch erreicht werden, daß ein Laser verwendet wird, um in den Blindteil 25 zu schneiden und dadurch effektiv die Länge des aufgebrachten Pfads zu erhöhen. Diese genaue Einstellung kann als eine analoge Einstellung angesehen werden. Der Vorteil dieser Einstellmethode besteht darin, daß der Laserstrahl nur auf die Vorrichtung nur für kurze Zeitperioden angewandt werden muß, während die Verbindungsteile 24 durchgeschnitten und in den Blindteil 25 eingeschnitten wird. Es ist wichtig, die Leistung des Lasers möglichst gering zu halten, da diese in der Vorrichtung absorbiert wird, die Vorrichtung erhitzt und se zu einem Einstellfehler führt.

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Fig. 5a zeigt den Einstellblindteil 25 vergrößert. Es ist ersichtlich, daß die leitenden Ffadteile 50 und 51 in den und aus dem Blindteil an gegenüberliegenden Seiten des Blindteils führen. Bei dieser Anordnung bildet ein einziger Laserschnitt-52 einen L-förmigen Pfad 53 in dem Blindteil. Jedoch ergibt sich aus dem Schnitt 52 nur eine geringe Erhöhung des Widerstandswertes des Blindteils, da der Abschnitt 54 des Blindteils noch als eine überbrückung der Spitze 55 des unteren Teils 55 des L-förmigen Pfads 53 wirkt. Eine größere Erhöhung des Widerstandswertes des Blindteils 25 kann durch die in den Fig. 5b und 5c gezeigte Anordnung erreicht werden. Hierbei führen die leitenden Pfadteile 56 und 57 in den und aus dem Blindteil an dessen gleicher Seite. Damit erhöht ein einziger Laserschnitt 5 8 (Fig. 5b) wirksam die Länge des leitenden Pfads und damit den Widerstandswert. Drei Laserschnitte 59 (Fig. 5c) können angewandt werden, um die Pfadlänge noch weiter zu erhöhen.

Es ist ersichtlich, daß anstelle eines Lasers irgendeine andere materialabhebende Methode ausreichender Feinheit angewandt werden kann, wie z.B. auch . Sandstrahl- oder Funkenabriebtechniken. Obwohl die digitale Einstellung am zweckmäßigsten durch Entfernung von kurzen Verbindungsteilen 24 durchgeführt wird, ist es auch möglich, durch zu Zufügen von kurzen Verbindungsteilen zwischen Milanderecken und dem geraden Teil 23 einzustellen und so den Gesamtwiderstand zu verringern. Solche zugefügten Verbindungsteile können Draht- oder Metallstege sein, die im Wärmedruckverfahren angeschweißt oder durch leitende Anstriche oder Klebstoffe gebildet werden können.

Nach dem Einstellen der Vorrichtung wird die Schutzisolierschicht 14 auf die Vorrichtung aufgebracht. Diese kann eine Glasurschicht oder irgendeine andere geeignete Form einer bekannten Isolierung sein.

Fig. 3 zeigt eine andere Aus füll rungs form des Widerstandsthermometers, bei dem beide Anschlußdrähte 30 von einem

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Ende der Vorrichtung ausgehen. Die Anordnung eines geeigneten aufgebrachten Pfads auf dem Formkörper ist in Abwicklung in Fig. 4 gezeigt. Hierbei ist ein Anschlußplättchen 40 an einem Ende des Pfads vorgesehen, der eine Reihe von Mäandern 20 wie in Fig. 2 umfaßt, und mit dem anderen Ende ist ein gerader Teil 41 verbunden, der sich längs der Mäander erstreckt und in einem Anschlußplättchen 42 ändert. Ähnliche Verbindungsteile 24 sind ebenfalls vorgesehen, die den geraden Teil 41 mit den dem anderen Ende nächstgelegenen fünf K. andern verbinden.

Die Anschlußdrähte 30 sind z.B. durch Glasieren oder Kleben in Löchern 31 befestigt, die an einem Ende des Formkörpers vorgesehen sind. Die Verbindung zwischen den Anschlußdrähten 30 und den Anschlußplättchen 40 und 42 ist durch Schaltdrähte 32 hergestellt. Diese können an den Anschlußplättchen 40, 42 und an den Anschlußdrähten 30 durch Löten, Schweißen od^r Verwendung eines leitenden Klebstoffs befeshigt werden.

Die Vorrichtung wird in der gleichen Weise wie die Verrichtung der Fig. 1 mit Ausnahme der unterschiedlichen Verbindung der Anschlußdrahte hergestellt und nach dem Zuschneiden in der zuvor beschriebenen Weise erhält die Vorrichtung einen isolierenden Schutzüberzug 33.

Verschiedene andere Anordnungen der Befestiguno und Verbindung der Anschlußdrähte können ebenfalls in Betracht gezogen werden. Es ist z.B. möglich, einen Draht mit jedem Ende der Vorrichtung in der Weise für die Verbindung beider Drähte »it einem Ende, die anhand der Fiei. 3 beschrieben wurde, zu verbinden. Dann würde an jedem Ende der Anschlußdraht in einem Loch am Ende des Formkörpers 10 befestigt werden und ein Schaltdraht würde zwischen den Anschlußdraht und das jeweilige Anschlußpolster 21 und 22 geschaltet werden.

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Bei einer anderen Anordnung wird ein Anschlußdraht direkt mit dem jeweiligen Anschlußplättchen an jedem Ende des Formkörpers verbunden. Eine 4-Draht-Anschlußleitung kann leicht vorgesehen werden, wenn es erforderlich ist, um den Widerstand der Anschlußleitungen der Vorrichtung zu kompensieren.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform fur die Anordnung von Anschlußdrähten. Ein Formkörper 60 mit einem leitenden Pfad darauf hat Anschlußplättchen 61 an jeder Ende. In der Figur ist am rechten Ende des Formkörpers ein Hohlniet 62 vor dem Einsetzen in ein Loch 6 4 durch das Ende des Formkörpers gezeigt. An dem Niet 52 ist eine Anschlußfahne 6 3 befestigt. Um die Anschluß fahne 6 3 mit dem Anschlußplättchen 61 zu verbinden, wird der Niet 6 2 in das Loch 6 4 eingesetzt und die Enden des Niets werden verformt, um den Niet zu befestigen, wie am linken Ende des Formkörpers 60 gezeigt ist. Der Nier wird aus einem Edelmetall oder aus Weichmetall hergestellt, um eine zufriedenstellende Verformung zu ermöglichen. Ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Niet und dem Anschlußplättchen 61 kann durch Löten, Schweißen oder durch Aufbringen von leitendem Klebstoff auf die Kontaktfläche sichergestellt werden. In Fig.7 ist eine Abwandlung dieser Anordnung gezeigt, bei der ein massiver Niet 70 in das Loch 6 4 eingesetzt und verformt wird, um einen elektrischen Kontakt mit dem Anschlußplättchen 61 herzustellen. Ein Anschlußdraht 72 ist an dem Nietkopf bei 6 3 durch Schweißen, Löten oder einen leitenden Klebstoff befestigt.

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Claims

Ansprüche

1. Widerstandsthermometer, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Formkörper (10, 60) aus elektrisch nicht leitendem Material, auf dessen zylindrischer Oberfläche ein elektrisch leitender Pfad (11) angeordnet ist, der aus einem Film aus einem Material mit einem temperaturabhängigen Widerstandskoeffizienten besteht.

2. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Pfad aus einem Film besteht, der aus einem geschmolzenen, glasigen Material besteht, das Platinpartikel enthält.

3. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen isolierenden Schutzüberzug (14, 33).

4. Widerstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Formkörper aus einem keramischen Material oder Aluminiumoxid besteht.

5. Widerstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Pfad als eine Reihe von Mäandern (20) ausgebildet 1st und ein gerades Stück (23, 41), das sich längs wenigstens einiger Müander an einem Ende des Pfads erstreckt, und Blindteile (24) aufweist, die das gerade Stück mit mehreren Mäandern an dem einen Ende des Pfads verbindet.

6. Widerstandsthermometer nach eineir der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Pfad wenigstens einen Blindte.'l (25) zwischen den Enden des Pfads aufweist, der eine Breite hat, die wesentlich größer als die Breite des übrigen Teils des Pfads ist.

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7. Widerstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfad ein Anschlußplättchen (21, 22; 40, 42) an jedem Ende aufweist.

8. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplättchen (21, 22; 40, 42) nahe den gegenüberliegenden Enden des Foimk^rpers angeordnet sind, und daß eine Abschlußkappe (12) aus elektrisch leitendem Material an jedem Ende des Formkörpers befestigt ist, um mit dem jeweiligen Anschlußplä+i,chen Anschlußdrähte (13) l,u verbinden, die mit den Abschlußkappen verbunden sind.

9. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußdraht (30) für jedes Anschlußplättchen (40, 42) in einem Loch (31) am Ende des Formkörpers nahe dem jeweiligen Anschlußplättchen (4O, 42) vorgesehen ist_/und daß ein Schaltdraht (32) jeden Anschlußdraht mit dem entsprechenden Anschlußplättchen verbindet.

10. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Hohlniet (62) durch ein entsprechendes Quer loch (6 4) in dem Formkörper nahe jedem Anschlußplättchen (61) erstreckt, wobei die Enden der Niete verformt sind, um die jeweiligen Anschlußplättchen zu berühren, und Anschlußfahnen (6 3) mit den Nieten verbunden sind.

11. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein massiver Niet (70) in ein entsprechendes Querloch (64) in dem Formkörper nahe jedem Anschlußplättchen (61) genietet ist, um das Anschlußplättchen zu beruh ren,und daß Anschlußdrähte (72) mit den Köpfen der jeweiligen massiven Niete verbunden sin5..

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