JP2020523581A

JP2020523581A - 接触温度測定プローブ

Info

Publication number: JP2020523581A
Application number: JP2019568213A
Authority: JP
Inventors: ハント，トマス; シュミット，ミハエル
Original assignee: テーデーカーエレクトロニクスアーゲー
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-08-06
Also published as: EP3612806B1; CN110914657A; WO2019015986A1; EP3612806A1; DE102017116533A1; US20200149974A1

Abstract

本発明は、接触体（３）を有する接触温度測定プローブを特徴とする。接触体（３）は、接触温度測定プローブ（１）が被験体（７）に接触するための底壁（３１）を有する。接触温度測定プローブ（１）は、接触温度測定プローブ（１）が被験体（７）に直接熱的に結合するためのキャリアセラミック（３３）を有する。キャリアセラミック（３３）は、底壁（３１）の、被験体（７）に対向する面に配置されている。接触温度測定プローブ（１）はさらに、キャリアセラミック（３３）と熱的に結合されている温度センサ素子（３０）を備える。

Description

本発明は、温度を検出するための温度センサ素子を有する接触温度センサに関する。

接触温度測定プローブは、試験対象物と測定プローブとの間の熱伝達が所定の接触面を介してのみ行われる電気的温度プローブである。接触温度測定プローブは、管内の流体の間接的温度測定のためにしばしば使用される。接触温度測定プローブが熱伝導の悪い管に接触されると、接触温度測定プローブのセンサ素子の応答時間が長くなり、例えば自動車分野等の、所定の用途のための所与の応答要件を満たすことができない。

本発明の基礎となる課題は、被験体から接触温度測定プローブのセンサ素子への十分良好な熱移送を実現する接触温度測定プローブを提供することにある。

課題は独立請求項の特徴によって解決される。本発明の有利な発展形態は従属請求項において特徴づけられる。

本発明は、接触体を有する接触温度測定プローブによって特徴づけられる。接触体は、接触温度測定プローブが被験体に接触するための底壁を有する。接触温度測定プローブは、接触温度測定プローブが被験体と直接熱的に結合するためのキャリアセラミックを有する。キャリアセラミックは、底壁の、被験体と対向する面上に配置されている。さらに、接触温度測定プローブは、キャリアセラミックと熱的に結合されている温度測定素子を有する。

キャリアセラミックは、被験体に接触体が組み立てられた状態において、キャリアセラミックが被験体と直接的に熱的及び機械的に結合されるように配置されている。ここで、直接的に熱的に結合されている、とは、さらなるコンポーネントの介入（Zwischenschaltung）無しに、キャリアセラミックと被験体とが触れ合うことを意味する。

組み立てられた状態において、被験体にキャリアセラミックを直接的に配置することは、有利な形態で熱伝達点を低減すること（eine Reduzierung von
Waermeuebergangsstellen）を実現する。被験体の表面から温度センサ素子への改良された熱伝達によって、接触温度測定プローブのより高速な応答時間が実現されることができる。

有利な実施形態において、キャリアセラミックは、被験体に対向する面上に及び／又は被験体とは反対の面上に金属化部を有する。金属化部は、良好かつ高速な熱伝導を実現し、したがって、被験体からキャリアセラミック及び温度センサ素子への損失の少ない熱エネルギー伝達を実現する。キャリアセラミックの、被験体に対向する面上に配置された金属化部、及び／又は、キャリアセラミックの、被験体とは反対の面上に配置された金属化部は、特に銅又は銀を含有し得る。

さらなる有利な実施形態において、キャリアセラミックの、被験体に対向する面は全面的な金属化部を有する。したがって、有利には熱伝達が改善されることができる。

さらに、キャリアセラミックは、被験体とは反対の面上に構造化された金属化部を有する。このことは、容易な方法で、温度センサ素子の適切な電気的コンタクトを可能にする。

さらなる有利な実施形態において、キャリアセラミックは、窒化ケイ素を含有するか又は窒化ケイ素から成る。窒化ケイ素は、他のセラミック材料と比較してより高い破断強度を有する。被験体にキャリアセラミックを直接取り付けることに基づいて、キャリアセラミックはより大きい機械的及び熱的負荷を受け（Beanspruchungen unterliegen）得る。セラミックキャリア材料としての窒化ケイ素の使用は、したがって、接触温度測定プローブの信頼性を高めることができるという利点を有する。あるいは又はさらに、特に、例えば酸化アルミニウムなどの、他のセラミック材料が使用されることもできる。

さらなる有利な実施形態において、温度センサ素子はサーミスタを含む。サーミスタはＮＴＣ抵抗（負温度係数抵抗）と称されることもできる。サーミスタは負の温度係数を有する抵抗を含む。サーミスタは有利には、被験体の表面における温度又は温度変化が非常に容易に、費用対効果的に検出され得ることを可能にする。

さらなる有利な実施形態において、温度センサ素子は、材料結合によるつなぎ接続又は接続部（eine stoffschluessige Fuegeverbindung）を介してキャリアセラミックと結合されている。材料接続によるつなぎ接続ははんだ接続を含む。あるいは、材料接続によるつなぎ接続は、温度センサ素子とのキャリアセラミックの同時焼成（einer gemeinsamen Sinterung）によって製造されることができる。

さらなる有利な実施形態において、接触温度測定プローブは、評価ユニットとの電気的結合のために、少なくとも１つのコンタクトを有し、温度センサ素子及び／又はキャリアセラミックは、それぞれ導電性接続ワイヤを介して少なくとも１つの電気コンタクトと結合され及び／又は直接接続されている。接続ワイヤはメッキ又はメッキ部を有することができる。コンタクトは例えばコンタクトピンを含むことができる。

さらなる有利な実施形態において、それぞれの導電接続ワイヤは、鉄ニッケル合金を含有する配線を有する。配線上には銅メッキが施されている。特に接続ワイヤは、銅メッキされたニッケル鉄合金のワイヤ（Dumet-Draht）として形成されることができる。有利には、かかる接続ワイヤは、銅又はアルミニウムから成る標準的なワイヤと比較して、低い熱伝導率を有する。したがって、温度センサ素子、特にサーミスタチップからの熱排出が低減されることができる。

さらなる有利な実施形態において、キャリアセラミックの、被験体とは反対の面上にある金属化部、及び／又は、温度センサ素子は、導電性接続又は接続部を介してそれぞれの導電接続ワイヤと接続される。接続は、溶接、はんだ付け、ボンディング、接着によって形成されることができる。

さらなる有利な実施形態において、キャリアセラミック及び温度センサ素子は共通のモールドを有する。モールドは、好ましくは、サーミスタが水分及び／又は他の環境影響に対して抵抗性であり、したがって温度センサ素子が高められた信頼性を有するように形成される。特にモールドは水分がサーミスタに侵入するのを防ぐ。

本発明の実施形態は、模式的な図面を参照して、以下に述べられる。

接触温度測定プローブの一実施形態の断面を示す図である。接触温度測定プローブの接触体の一実施形態の第１断面を示す図である。接触体の実施形態の第２断面を示す図である。

同一の構成又は機能の要素は図面にわたって同一の参照符号が付されている。

図１は、接触温度測定プローブ１の一実施形態の断面を示す。接触温度測定プローブ１は接触体３及び例えばテンションクランプ５を有する。テンションクランプ５の一端は例えば接触体３と機械的に結合されている。テンションクランプ５は、接触体３を被験体７に押圧し、接触体３を被験体７に固定するように、配置され及び構成されている。あるいは、接触温度測定プローブ１はテンションベルトを有し、その両端はそれぞれ接触体３に固定されている。好ましくはテンションベルトの長さは調整可能である。

図示の実施形態において、接触温度測定プローブ１は、管９の形態の被験体７に取り付けられている。管９の内部には、ここでは図示されていない流体、例えば冷却剤が、流れて又は静止して存在することができる。流体は、ガス及び／又は液体を含むことができる。接触温度測定プローブ１は、管９と熱的に接触している温度センサ素子３０を有する。接触体３はコネクタハウジング１３を有する。コネクタハウジング１３の内部には、評価ユニットとの電気的結合のためのコンタクトピン１５が配置されており、コンタクトピン１５は伝導性の接続を介して温度センサ素子３０と接続されている、

図２は、接触体３の一実施形態の第１断面を詳細に示す。接触体３は、被験体７への接触温度測定プローブ１の接触のための底壁３１を有する。

接触体３は、接触温度測定プローブ１との被験体７の直接的な熱的結合のためのキャリアセラミック３３を有する。キャリアセラミック３３は、底壁３１の、被験体７に対向する面上に配置されている。

接触体３は例えば開口を有する中空空間３５を備える。開口は、接触体３の底壁３１に配置されており、少なくとも部分的にキャリアセラミック３３によって覆われるか又は閉鎖される（verschlossen）。

中空空間３５内には、例えば少なくとも部分的に保持要素３６が配置されている。保持要素３６は、温度センサ素子３０及びキャリアセラミック３３を保持するように配置され、構成されている。

保持要素３６は、例えば保持クリップとして構成される。保持要素３６は、例えばクランプ接続によって、接触体３の中空空間３５内に保持される。例えば、中空空間３５の内壁は係止フック３７を有し、その上で保持クリップのクリップアーム３８が支持される（abzustuetzen）。

キャリアセラミック３３は、例えば保持要素３６と機械的に結合されている。

キャリアセラミック３３は、好ましくは窒化ケイ素を含有するか又は窒化ケイ素から成る。窒化ケイ素は高い破断強度（eine hohe Bruchfestigkeit）を有する。あるいは、キャリアセラミック３３が代替的な又は付加的なセラミック材料、例えば酸化アルミニウム、を含有することも可能である。即ち、セラミック材料は破断強度、熱伝導率及び／または加工性に関する要件に依存して選択されることができる。

キャリアセラミック３３は、好ましくは、被験体７に対向する面上に、被験体７の熱エネルギーを効率的に受け容れる（effizienten Aufnahme）ための全面的な（vollflaechige）金属化部を有する。

キャリアセラミック３３の、被験体７とは反対の面上に温度センサ要素３０が配置され、これはキャリアセラミック３３と熱的に結合されている。

温度センサ素子３０は、好ましくは、キャリアセラミック３３と直接的に、熱的及び機械的に結合される。キャリアセラミック３３は、被験体７とは反対の面上に金属化部、好ましくは構造化された金属化部を有する。金属化部は、例えば、銀若しくは銅を含有するか、又は、銀若しくは銅から成ることができる。

温度センサ素子３０は、材料結合によるつなぎ接続（eine stoffschluessige Fuegeverbindung）を介してキャリアセラミック３３と結合される。材料結合によるつなぎ接続は、はんだ接続を含むことができる。あるいは、材料結合によるつなぎ接続部は、温度センサ素子３０とのキャリアセラミック３３の同時焼結（einer gemeinsamen Sinterung）によって生成され得る。この場合、温度センサ素子３０もセラミック素材を有することが好ましい。焼結は、加圧無し又は加圧有りで（drucklos oder mit Druck）行うことができる。

温度センサ素子３０は、好ましくは、ＮＴＣ抵抗器（ＮＴＣ−ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、負温度係数）とも称されるサーミスタを含む。

接触温度測定プローブ１は、評価ユニットとの電気的結合のために、少なくとも１つのコンタクトを有する。温度センサ素子３０及び／又はキャリアセラミック３３は、それぞれ導電性接続ワイヤ３９を介して、少なくとも１つの電気的コンタクトと結合され及び／又は直接接続される。

接続ワイヤ３９は好ましくはメッキを有する。それぞれの導電性接続ワイヤ３９は、例えば鉄ニッケル合金を含有する配線を有する。配線上には例えば銅メッキが塗布されている。

好ましくは、金属化部はキャリアセラミック３３の被験体７とは反対の面上にあり、及び／又は、温度測定素子３０は材料結合による接続を介してそれぞれの導電性接続ワイヤ３９と接続されている。

キャリアセラミック３３及び温度センサ素子３０は、好ましくは共通のモールド４１を有する。モールド４１は、被験体７とは反対の面上において、温度センサ素子３０及びキャリアセラミック３３が、保持要素３６及び又は接触体３のプラスチックによって覆われていない所で、モールド４１で覆われるように、実質的に、キャリアセラミック３３上の被験体７とは反対の面上に施されている。

モールド４１は好ましくは、温度センサ素子３０内に湿気又は水分（Feuchtigkeit）が侵入できないように、かつキャリアセラミック３３が、キャリアセラミック３３の、被験体とは反対の面上で主に全面的に又は全面的に支持される（abgestuetzt）ように構成され、配置されている。したがって、キャリアセラミック３３及び／又は温度センサ素子３０の撓み又は破断（ein Durchbiegen oder Brechen）は最大限に阻止されることができ、接触温度測定プローブ１の信頼性が高められる。

被験体７とのキャリアセラミック３３の直接的な熱的及び機械的結合は、応答時間（eine Ansprechzeit）が大幅に短縮されることができるという利点を有する。熱伝達点（Waermeuebergangsstellen）を減らすことができ、それぞれの寸法に依存して、特にキャリアセラミック３３の厚さとの関係で、接触温度測定プローブ１の、所要の又は所望の応答時間が実現されることができる。

図３は接触体３の実施形態の第２断面を示す。

本発明は、これらの実施形態に制限されるものではない。むしろ、本発明は、あらゆる新規な特徴及び特徴のあらゆる組み合わせを含み、特に、その特徴又はその組み合わせ自身が明示的に特許請求の範囲又は実施形態に記載されていない場合であっても、特許請求の範囲に記載された特徴のあらゆる組み合わせを包含する。

１接触温度測定プローブ（Anlegetemperaturmessfuehler）
３接触体（Anlegekoerper）
５テンションクランプ（Spannklemme）
７被験体（Pruefkoerper）
９管（Rohr）
１３コネクタハウジング（Steckergehaeuse）
１５コンタクトピン（Kontaktstift）
３０温度センサ素子（Temperatursensorelement）
３１底壁（Bodenwandung）
３３キャリアセラミック（Traegerkeramik）
３５中空空間（Hohlraum）
３６保持素子（Halteelement）
３７係止フック（Rasthaken）
３８クリップアーム（Klammerschenkel）
３９接続ワイヤ（Anschlussdraht）
４１モールド（Verguss）

Claims

接触体を有する接触温度測定プローブであって、
前記接触体は、
− 前記接触温度測定プローブが被験体に接触するための底壁と、
− 前記被験体が前記接触温度測定プローブに直接熱的に結合するためのキャリアセラミックと、を備え
前記キャリアセラミックは、前記底壁の、前記被験体に対向する面に配置されており、
前記キャリアセラミックは、前記被験体に対向する面に金属化部を有し、
当該接触温度測定プローブはさらに、
− 前記キャリアセラミックと熱的に結合されている温度センサ素子）を備える、
接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミックは、前記被験体とは反対の面に金属化部を有する、
請求項１記載の接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミックは、前記被験体に対向する面に全体的な金属化部を有する、
請求項１又は２記載の接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミックは、前記被験体とは反対の面に構造化された金属化部を有する、
請求項２又は３記載の接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミックは、窒化ケイ素を含有するか又は窒化ケイ素から成る、
請求項１乃至４いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。
前記温度センサ素子はサーミスタを含む、
請求項１乃至５いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。
前記温度センサ素子は、材料結合によるつなぎ接続を介して前記キャリアセラミックと結合されている
請求項１乃至６いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。
前記接触温度測定プローブは、評価ユニットとの電気的に結合するために少なくとも１つのコンタクトを有し、
前記温度センサ素子及び／又は前記キャリアセラミックはそれぞれ、メッキを有する導電性の接続ワイヤを介して、前記少なくとも１つのコンタクトと結合されており、及び／又は直接接続されている、
請求項１乃至７いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。
それぞれの前記導電性の接続ワイヤは、鉄ニッケル合金を含有する配線を有し、前記配線上には銅メッキが施されている、
請求項８記載の接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミックの、前記被験体とは反対の面上の前記金属化部及び／又は温度センサ素子は、材料結合による接続部を介して、それぞれの導電性の接続ワイヤと接続されている、
請求項１乃至９いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。
前記キャリアセラミック及び前記温度センサ素子は共通のモールドを有する
請求項１乃至１０いずれか１項記載の接触温度測定プローブ。