DE8913803U1 - Resistance thermometer for measuring surface temperature - Google Patents
Resistance thermometer for measuring surface temperatureInfo
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Description
tfiderstandstheraoaeter zur Messung der Oberflachenteaperatur Resistance theraoaeter for measuring the surface temperature
Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines vorzugsweise zur Oberflichenteaperaturaessung vorgesehenen Widerstandstheracaeters suf der Basis des Einbaue eines Metallschichtteaperatursensors in ein Gehäuse.The invention relates to the construction of a resistance therapist preferably intended for surface temperature measurement based on the installation of a metal layer temperature sensor in a housing.
Aus der Fachliteratur sowie aus der technischen Praxis ist bekannt, dünne, plittchenföraige Metallschichtteaperatursensoren (MSTS), die aus einea keraaischen Trägerplättchen bestehen, auf dea eine dünne, temperaturabhängige, aetallische Widerstandsschicht angeordnet ist, durch geeignete Kontaktierung von AnschluBdrihten und Einbau in Schutzrohre oder andere Gehäuse als Widerstandsthermometer aufzubauen und anzuwenden. Alle bekannten Gehäusekonstruktionen von Widerstandstheraoaetern sind speziell nur for den praktischen Einsatz als Temperaturfühler entwickelt worden und erfüllen zielgerichtet eine oder aehrere der Grundforderungen an diese TeaperaturaeOgeräte, wie hohe aechanische Stabilität, hohe Dynamik, geringe Drift bei verschiedensten Umgebungseinflüssen sowie gute Montierbarkeit aa Meßobjekt besonders für Langzeittemperaturmessungen an Oberflächen.It is known from specialist literature and from technical practice that thin, plate-shaped metal film temperature sensors (MSTS), which consist of a ceramic carrier plate on which a thin, temperature-dependent, metal resistance layer is arranged, can be constructed and used as resistance thermometers by suitable contacting of connecting wires and installation in protective tubes or other housings. All known housing designs of resistance thermometers have been specially developed for practical use as temperature sensors and specifically meet one or more of the basic requirements for these temperature sensors, such as high mechanical stability, high dynamics, low drift under various environmental influences and good mountability as a measuring object, particularly for long-term temperature measurements on surfaces.
In den Patentschriften D0-QS254644, DD-0S254646 und DE-GM7541295 sind Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen der MSTS und seine AnschluQleitungen mittels verschiedenartigster Trägerkonstruktionen mechanisch stabilisiert werden und bei denen diese Trägerkonstruktionen in einem Schutzrohr, einer Hülse oder einer anderen geeigneten Hülle untergebracht sind. Die verbleibenden Hohlräume sind mit einem elektrischIn the patents D0-QS254644, DD-0S254646 and DE-GM7541295, solutions have been proposed in which the MSTS and its connecting cables are mechanically stabilized by means of a wide variety of support structures and in which these support structures are housed in a protective tube, a sleeve or another suitable casing. The remaining cavities are filled with an electrically
nichtleitenden Pulver, Paste oder Fett ausgefüllt. Nachteilig ist, daß durch die Abstände zwischen MSTS und zu Messende« Medium hohe Märaewiderstände und -kapazitäten existieren, die eine schlechte Dynanik zur Folge haben. Gleiches gilt, wenn die Innenseite eier HSlIe durch VorsprQnge oder Vertiefungen als Halterung des MSTS ausgeführt ist und aus Plastspritzassse besteht wie aus der OD-ÖS254645 bekannt ist. AuBerdea ist es bekannt, daß nach der DE-QS2338169 der-MSTS »it Federkraft an die Schutzrohrwand oder das Meßobjekt gepreßt ist. Nachteilig dabei ist, daß die Federkraft temperatur- und alterungsabhängig ist. Ia DE-6M83178791 wurde auch vorgeschlagen, den MSTS aittels einer VerguQaasse ia Inneren einer HQlse aa Boden plananliegend zu befestigen. Nachteilig ist, wie bei allen Konstruktionen mit Schutzrohr die nicht praktikable Montage des Miderstandstheraoaeters an Meßobjekt zur Langzeitoberflächenteaperaturaessung. Bekannt sind auch Lösungen, daß als Gehäuse ein aus Sockel und Kappe bestehendes, ait Einschaelzdrähten versehenes Transistorgehiuse verwendet wird, wobei der MSTS ait den Einschmelzdrähten elektrisch leitend verbunden ist (DE-GM7918556). Ungünstig bei dieser Konstruktion ist der Wärmewiderstand zwischen Sensor und Kappe, der durch die eingeschlossene Luft gebildet wird, wodurch eine geringe Dynaaik die Folge ist. Den gleichen Nachteil besitzt der Einbau des MSTS in eine handelsübliche Lampenfassung, wie es in der DE-0S3049Q56 und dea DE-GM8300390.8 vorgeschlagen wird. Nachteilig bei allen bekannten Konstruktionen ist der zu ihrer Realisierung erforderliche hohe anlagentechnische Aufwand, der fur Anwendungen über den speziellen Bereich des Temperaturfühlers nicht genutzt werden kann.non-conductive powder, paste or grease. The disadvantage is that the distances between the MSTS and the medium to be measured result in high resistances and capacities, which result in poor dynamics. The same applies if the inside of a sleeve is designed as a holder for the MSTS by means of projections or depressions and is made of plastic injection molding, as is known from OD-ÖS254645. It is also known that according to DE-QS2338169 the MSTS is pressed against the protective tube wall or the measuring object by spring force. The disadvantage here is that the spring force is temperature and age dependent. In DE-6M83178791 it was also proposed to attach the MSTS flush with the floor using a cast iron sleeve. As with all designs with a protective tube, the disadvantage is that it is not practical to mount the low-level thermostat on the measuring object for long-term surface temperature measurement. There are also known solutions where a transistor housing consisting of a base and cap and provided with sealing wires is used as the housing, with the MSTS being electrically connected to the sealing wires (DE-GM7918556). The disadvantage of this design is the thermal resistance between the sensor and the cap, which is formed by the trapped air, which results in low dynamics. The same disadvantage applies to installing the MSTS in a commercially available lamp socket, as suggested in DE-0S3049Q56 and DE-GM8300390.8. The disadvantage of all known designs is the high level of technical effort required to implement them, which cannot be used for applications beyond the specific range of the temperature sensor.
Ziel der Erfindung ist es, ein Widerstandsthermometer zur Messung der Oberflächentemperatur zuThe aim of the invention is to develop a resistance thermometer for measuring the surface temperature
scheffen, das durch den Einsatz bekannter Bauteile eine technologisch einfache, effektive und kostenminimierende Herstellung ermöglicht.which, through the use of known components, enables technologically simple, effective and cost-minimizing production.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, abweichend von den bekannten Konstruktionen auf der Basis eines Metallschichttemperatursensors (HSTS) ein Widerstandsthermometer zur Messung der Oberflächentemperatur zu entwickeln, dessen Aufbau aus bekannten Konstruktionsteilen nach dem Baukastenprinzip gleichzeitig eine höhere mechanische Stabilität, eine hohe Meßdynamik und eine geringe Drift bei verschiedensten Umgebungseinflüssen sowie eine gute Montierbarkeit am Meßobjekt vorzugsweise fur Langzeitmessungen an Oberflächen gewährleistet.The invention is based on the task of developing a resistance thermometer for measuring surface temperature, in contrast to the known designs based on a metal layer temperature sensor (HSTS), the construction of which from known construction parts according to the modular principle simultaneously ensures higher mechanical stability, high measurement dynamics and low drift under various environmental influences as well as good mountability on the measurement object, preferably for long-term measurements on surfaces.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das Widerstandsthermometer dadurch gekennzeichnet ist, daß der MSTS in einem bekannten Plastgehäuse elektronischer Leistungsbauelemente mit Kühlfläche angeordnet ist und der zur Kühlung des elektronischen Baulementes ausgebildete und mit einer Bohrung versehene Anschluß den Träger des MSTS bildet. Die Anschlußflachen des MSTS sind durch Bonddrähte mit den für das elektronische Leistungsbauelement vorgesehenen Anschlüssen verbunden. Das Gehäuse wird durch die Metallfläche des als Träger benutzten Anschlusses und die Plastumhüllung des MSTS und der Kontaktstellen der Bonddrähte mit den nach außen geführten Anschlüssen begrenzt. Der MSTS, die Bonddrähte und die Kontaktstellen der Bonddrähte sind mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen elastischen und temperaturwechselbeständigen Schicht versiegelt. Bei Gehäusetypen mit «ehr als 3 Anschlüssen ist der als Sensorträger benutzte Anschluß nicht mit den Anschlußflächen des MSTS elektrisch leitend verbunden.The object of the invention is achieved in that the resistance thermometer is characterized in that the MSTS is arranged in a known plastic housing of electronic power components with a cooling surface and the connection designed to cool the electronic component and provided with a hole forms the carrier of the MSTS. The connection surfaces of the MSTS are connected to the connections provided for the electronic power component by bonding wires. The housing is limited by the metal surface of the connection used as a carrier and the plastic covering of the MSTS and the contact points of the bonding wires with the connections leading to the outside. The MSTS, the bonding wires and the contact points of the bonding wires are sealed with a moisture-impermeable, elastic and temperature-change-resistant layer. In housing types with more than 3 connections, the connection used as a sensor carrier is not electrically connected to the connection surfaces of the MSTS.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind, die Anwendung bekannter Konstruktionsteile nach dem Baukasten-The advantages of the solution according to the invention are the use of known construction parts according to the modular
prinzip, Montagefreundlichkeit, geringe Ansprechzeiten, hohe Meßgenauigkeit, Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Abschirmbarkeit gegenüber elektromagnetischen Wellen, die von Meßobjekt ausgehen oder übertragen werden.principle, ease of installation, short response times, high measurement accuracy, insensitivity to moisture and shieldability against electromagnetic waves that emanate from or are transmitted by the measuring object.
In der Zeichnung wird eine erfindungsgemäße Ausführung dargestellt.The drawing shows an embodiment according to the invention.
Fig. 1: zeigt die Frontansicht der erfindungsgemäßen Losung als SchnittFig. 1: shows the front view of the inventive solution as a section
Fig. 2: zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen LösungFig. 2: shows the side view of the inventive solution
Der Metallschichttemperatursensor (MSTS) 1 ist mit einen gut wärmeleitfähigen Kleber auf der Metallfläche 6 eines Trägerkörpers in bekannten Plastgehäuse fixiert. Die Bohrung 10 in der Metallfläche 6 ermöglicht das Anschrauben des Widerstandsthermometer an ein Meßobjekt, so daß ein guter Wärmekontakt und damit eine hohe Dynamik gewährleistet werden können. Die Bonddrähte 4 haben vorzugsweise einen Durchmesser von 50 um, bestehen vorzugsweise aus Gold, Silber, Platin oder Aluminium und sind vorzugsweise durch Thernokonpressionsbondung mit den Anschlußflächen 3 des MSTS und den Kontaktstellen 8 der Anschlüsse 5 elektrisch leitend verbunden. Der MSTS einschließlich seiner Anschlußflächen 3, die Bonddrähte 4, die Kontaktstellen 8 und die Metallfläche 6 vorzugsweise in der Umgebung des MSTS 1 sind vorzugsweise mit Silikonlack als elastische, temperaturwechselbeständige Schicht abgedeckt, wodurch eine Versiegelung gegen Feuchtigkeit und damit eine Driftminimierung gegeben ist. Die Plastumhüllung 7 ist in einem Mehrfachplastspritzwerkzeug hergestellt und besteht aus Epoxydharz. Für das erfindungsgemäße Widerstandsthermometer sind vorzugsweise bei elektronischen Leistungsbauelementen bekannte Bauformen der Trägerkörper und des Plastgehäuses einsetzbar." ßie Anstihlttasb "5':und der Anschluß 2The metal layer temperature sensor (MSTS) 1 is fixed with a good thermally conductive adhesive on the metal surface 6 of a carrier body in a known plastic housing. The hole 10 in the metal surface 6 enables the resistance thermometer to be screwed onto a measuring object, so that good thermal contact and thus high dynamics can be ensured. The bonding wires 4 preferably have a diameter of 50 µm, are preferably made of gold, silver, platinum or aluminum and are preferably electrically connected to the connection surfaces 3 of the MSTS and the contact points 8 of the connections 5 by thermocompression bonding. The MSTS including its connection surfaces 3, the bonding wires 4, the contact points 8 and the metal surface 6 preferably in the vicinity of the MSTS 1 are preferably covered with silicone varnish as an elastic, temperature change-resistant layer, which seals against moisture and thus minimizes drift. The plastic casing 7 is manufactured in a multiple plastic injection mold and consists of epoxy resin. For the resistance thermometer according to the invention, known designs of the carrier body and the plastic housing are preferably used in electronic power components." ßie Anstihlttasb "5':and the connection 2
bestehen aus Kupfer und sind innerhalb der Plastumhüllung 7 vorzugsweise versilbert oder vernickelt und außerhalb der Plastumhüllung 7 vorzugsweise verzinnt. Ois Anschlösse 5 und der als Trägerkörper ausgebildete Anschluß 2 sind durch die Stege 11 Mechanisch stabil als wiederkehrendes Konstruktionsteil aneinandergereiht und bilden einen in der Mikroelektronik bekannten Trägerstreifen. consist of copper and are preferably silver-plated or nickel-plated inside the plastic casing 7 and outside the plastic casing 7 preferably tin-plated. The connections 5 and the connection 2 designed as a carrier body are mechanically stably lined up as a recurring structural part by the webs 11 and form a carrier strip known in microelectronics.
Ein Tragerstreifen besitzt vorzugsweise 14 der genannten Konstruktionsteile. Nie aus der Mikroelektronik bekannt ist, werden auch die erfindungsgenäßen Widerstandsthermoneter in letzten Fertigungsschritt durch Auftrennen der Stege vereinzelt.A carrier strip preferably has 14 of the above-mentioned structural parts. As is known from microelectronics, the resistance thermometers according to the invention are also separated in the last production step by separating the webs.
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1 Metallschichtteaperatursensor (MSTS)1 Metal layer temperature sensor (MSTS)
2 Anschluß2 Connection
3 AnschluQflachen3 connection surfaces
4 Bonddrähte4 bond wires
5 Anschlüsse5 connections
6 Metallflache6 metal plate
7 Plastumhüllung7 Plastic covering
8 Kontaktstellen8 contact points
9 elastische Schicht9 elastic layer
Bohrung StegeDrilling webs
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-
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