KR101010181B1 - 내연기관의 배기가스 시스템에 사용되는 저항 온도계용온도 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은:

-저항 재료가 세라믹 재료 또는 세라믹이나 미네랄 캐리어와 결합한 금속제 저항 재료로 구성된, 전기측정 저항기(3)와;

-보호 관(2)의 내부 공간으로 접근할 수 있는 접근로를 제공하는 후방 단부와 폐쇄 선단부(2b)를 구비하고 그리고 상기 측정 저항기(3)를 보호 관(2)의 폐쇄 선단부(2b)에 매우 인접한 위치에 설치한 보호 관(2)과;

-보호 관(2)의 후방 단부를 통해 나온 적어도 1개의 공급라인(5) 및;

-일 측의 보호 관(2)과 타 측의 측정 저항기(3)와 적어도 1개의 공급라인(4, 5)과의 사이에 공간을 채우는 세라믹 또는 미네랄 재료를 기본으로 하는 전기절연 충진물(6)을 포함하는 저항 온도계용 온도 센서에 관한 것이다. 본 발명에 의거, 상기 충진물(6)의 팩킹 밀도(packing density)는 보호 관(2)의 길이방향으로 밀도가 다르게 이루어진다.

보호 관, 저항 온도계, 측정 저항기, 절연 충진물, 온도 센서, 팩킹 밀도.

Description

내연기관의 배기가스 시스템에 사용되는 저항 온도계용 온도 센서{TEMPERATURE SENSOR FOR A RESISTANCE THERMOMETER, IN PARTICULAR FOR USE IN THE EXHAUST GAS SYSTEM OF COMBUSTION ENGINES}

도1은 온도센서의 제1실시예의 길이방향 횡단면도이고;

도2는 온도센서의 제2실시예의 길이방향 횡단면도이고, 그리고;

도3은 홀더에 장착된, 도1에 도시한 온도 센서의 측면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 온도센서 2: 보호 관 2a: 전방 구간

2b: 둥근 선단부 2c: 후방 구간 2d: 중간부분

2e: 엣지 3: 측정 저항기 4: 공급라인

5: 공급 와이어 6: 충진물 7: 스토퍼

7a: 전방 면 7b: 후방 면 7c-d: 통로

8: 2-구멍 관 9: 홀더 10: 접속 케이블

10a: 시쓰(Sheath) 11: 내부 전도체 12: 보정 벤드

13: 오목한 제한부

본 발명은, 저항 재료가 세라믹 재료 또는 세라믹이나 미네랄 캐리어와 결합한 금속제 저항재료로 구성된, 전기측정 저항기와; 보호 관(protective tube)의 내부 공간으로 접근할 수 있는 접근로를 제공하는 후방 단부와 폐쇄 선단부를 구비하고 그리고 상기 측정 저항기(measuring resistor)를 보호 관의 폐쇄 선단부에 매우 인접한 위치에 설치한 보호 관과; 보호 관의 후방 단부를 통해 나온 적어도 1개의 공급라인 및; 일 측의 보호 관과 타 측의 측정 저항기와 적어도 1개의 공급라인과의 사이에 공간을 채우는 세라믹 또는 미네랄 재료를 기본으로 하는 전기절연 충진물(filler)을 포함하는, 저항 온도계용 온도 센서에 관한 것이다.
독일 DE 44 24 384 C2호에는 상기 종류의 온도 센서가 기재되어 있다. 상기 온도 센서는, 평면 기판에 배치된 저항 재료, 특히 백금으로 제조된 측정 저항기를 포함하는 것이다. 분할 시험 프로드(separate test prod)가 장착된 금속제 보호 관이 측정 저항기를 수용한다. 상기 시험 프로드는 전방단부가 폐쇄되고 그리고 함께 압착된 관으로 구성되었지만, 평면 협폭부를 형성하도록 전방 구간 위가 여전히 비워진(empty) 것이다. 협폭 부분으로 유입되는 평면 측정 저항기는, 시험 프로드의 후방 개방단부를 통해 나온 연결선에 의해 길이가 신장된 연결선을 포함한다. 측정 저항기가 안으로 밀어 넣어진 후에, 폴리실리케이트-기본 세라믹 화합물이 시험 프로드에서 여전히 활용가능한 공간을 채워서 측정 저항기가 완전히 묻어지게 시험 프로드에 채워진다. 다음, 이렇게 준비된 시험 프로드가, 상기 관에서 돌출된 끝이 점차로 가늘어지는 시험 프로드를 가진 긴 길이의 금속제 보호 관에 용접된다. 상기 긴 길이의 보호 관 내부에서, 연결선은 공기 공간(air space)으로 신장하여 연결 케이블의 전도체에 연결되고, 시쓰(sheath)는 크림핑에 의해 보호 관의 후방 단부부분에 고정된다. 상기 온도 센서는 제조비가 많이 들고 그리고 내연기관의 배기가스 시스템 용도로 내구성이 충분하지 않은 것이다.

내연기관의 배기가스 시스템에서의 온도 센서의 작동 조건은 가혹하다. 작동 조건은 높은 온도변화, 600℃를 넘는 거의 1000℃에 이르는 높은 온도, 예를 들어, 단지 5초 동안에 800℃로 온도가 상승하고, 진동하며 그리고 센서 주위를 흐르는 공격적 작용제(aggressive agents)와 접촉하는 특징이 있는 것이다. 공지된 온도 센서는 상기 조건을 견딜 수 없었다. 일 측의 금속제 연결선과 타 측의 세라믹 매립 화합물의 서로 다른 열팽창 계수와 관련한 급격한 온도 변화가 연결선에 작용하고 그리고 연결선의 차단을 유발하는 응력(stress)을 초래한다. DE 44 24 384 C2에서 제안한 바와 같이, 세라믹 매립 화합물에서 자유로운 최대 보호 관 부분을 남기는 것은, 노출 연결선이 측정 저항기에도 위험을 주는 연속한 진동에 의해 손상을 당하게 되는 위험에 있기 때문에 상기 문제에 대한 해결이 되지 않는다. 예를 들어 산화 알루미늄인, 응집된 세라믹 분말에 묻힌 서미스터(thermistor)가 산화 알루미늄 매립 화합물과 직접 접촉하여 있는 미네랄-절연 케이블과 연결된 DE 102 54 637 B4 및 DE 199 22 928 A1에 개재된 종류의 온도 센서도 유사한 결함을 갖고 연결된 것이다.

DE 100 34 265 A1은, 저항기가 절연 세라믹 재료에 묻히는 대신에 공기 챔버에 둘러싸여 있는, 폐쇄 보호 관에 위치한 측정 저항기를 가진 온도 센서를 개시하였다. 연결 케이블은 측정 저항기용 보호 관의 후방 구간에 용접된 미네랄-절연 금속-외장 2개-코어 케이블로 구성된다. 이러한 경우에, 보호 관 내의 공기 챔버에서 자유롭게 신장된 측정 저항기는 특히, 둘레를 공기가 에워싸서 효율적인 열적 절연이 되어 있으며, 느린 반응과 진동으로 손상을 받게 되는 위험에 노출되어 있다. 이러한 결함을 극복하기 위해서, DE 101 58 527 A1은 배기 가스가 내부 공간안으로 유입하여 측정 저항기 둘레를 흐르게 허용하는, 측정 저항기 구역에서 보호 관의 선단부에 트인 구멍을 설치한 것이다. 이러한 구조가 보다 빠르게 온도 변화에 대해 온도 센서가 반응하는 결과를 나타내지만, 배기 가스에 의한 화학적 공격에 노출되어 있는 상기 측정 저항기는, 전기 분로가 측정 저항기의 공급라인을 설치하는 추가 위험성으로 이끄는 불연소물, 특히 검댕 및 응축물의 누적으로 얼룩져 나쁘게 되는 경향이 있다. 또한, 개방 보호 관에서 배기 가스에 노출될 수 있는 측정 저항기는 폐쇄 보호 관에 사용할 수 있는 측정 저항기보다 상당히 더 비싼 것이다.

부분적으로 상반되는 내연기관의 배기가스 시스템에 사용되는 온도 센서의 배치 요건은, 저렴한 비용으로 활용할 뿐만 아니라 고온 배기가스에 의한 화학적 공격에 대한 둔감성, 내구성, 기계적 안정성 및 신뢰성도 갖고 그리고 온도 변화에 신속하게 반응하는 차량의 내연기관의 배기가스 시스템에 사용하기에 적절한 온도 센서를 발견하기 곤란하게 만들었다.

본 발명의 목적은:

-저항 재료가 세라믹 재료 또는 세라믹이나 미네랄 캐리어와 결합한 금속제 저항 재료로 구성된 전기측정 저항기와;

-보호 관의 내부 공간으로 접근할 수 있는 접근로를 제공하는 후방 단부와 폐쇄 선단부를 구비하고 그리고 상기 측정 저항기를 보호 관의 폐쇄 선단부에 매우 인접한 위치에 설치한 보호 관과;

-보호 관의 후방 단부를 통해 나온 적어도 1개의 공급라인 및;

-일 측의 보호 관과 타 측의 측정 저항기와 적어도 1개의 공급라인과의 사이에 공간을 채우는 세라믹 또는 미네랄 재료를 기본으로 하는 전기절연 충진물을 포함하는, 저항 온도계용 온도 센서로 달성되고, 상기 충진물의 팩킹 밀도는 보호 관의 길이방향으로 변화한다. 본 발명의 부가적인 특징은 청구범위의 종속항에 개재되어 있다.

본 발명에 따르는 온도 센서는 저항 재료가 세라믹 재료 또는 세라믹이나 미네랄 캐리어와 결합한 금속제 저항 재료로 구성된 전기측정 저항기를 포함한다. 보호 관의 내부 공간으로 접근할 수 있는 접근로를 제공하는 후방 단부와 폐쇄 선단부를 구비한 보호 관은, 상기 측정 저항기를 보호 관의 폐쇄 선단부에 인접한 위치에 설치한 것이다. 측정 저항기의 적어도 1개의 공급라인은 보호 관의 후방 단부를 통해 나온다. 상기 측정 저항기의 제2공급라인은 보호 관의 후방 단부를 통해 나오거나 보호관의 선단부와 연결되는데, 후자의 경우엔 상기 보호 관은 측정 저항기를 보호하는 작용을 할 뿐만 아니라, 공급라인의 하나로서의 역할도 한다. 보호 관 내에서, 측정 저항기와 1개 이상의 공급라인은 세라믹 또는 미네랄 재료에 기본한 충진물에 묻힌다. 보호 관의 후방 단부에는, 보호 관 내에 충진물을 보유한 폐쇄 부분이 설치되고, 적어도 1개의 공급라인이 보호 관의 후방 단부에서 나온다. 보호 관 내의 충진물의 팩킹 밀도는 전구간에 걸쳐 일정하지 않고, 보호 관의 길이방향으로 임의적인 변화가 있는 것이다. 임의 구역의 팩킹 밀도를 증가시키어서, 임의 지점과 그 부근에서의 진동으로 발생하는 위험한 상황을 감소시키었다. 대조적으로, 임의적인 다른 구역에 팩킹 밀도를 감소시키어서, 일 측의 온도 센서의 세라믹과 미네랄 성분 및 타 측의 금속제 성분과의 사이에서 서로 다른 열팽창으로 발생하는 위험을 상기 구역에서 감소시키었다.

상기 특징들을 결합하여서, 서로 다른 요건에서 보았을 때에 부분적으로 서로 상반되는 온도 센서에 배치하기에 앞서, 합체할 수 없는 많은 이점들을 제공하는 방식으로 온도 센서를 최적하게 할 수 있다.

●상기 측정 저항기는, 고온의 배기 가스에 의한 침범을 받게 노출되지 않도록 폐쇄된 보호 관으로 에워싸여져 보호된다. 어느 정도, 고온 배기가스는 전적으로 보호 관에만 작용하고, 상기 관은 알려진 적절한 높은 내열성과 내화학성 금속 및 금속 합금체 이다.

●상기 보호 관은, 제조비를 저렴하게 하는데 유익한 단일체(single piece)로 생산되어 사용된다.

●상기 측정 저항기는, 한 편에선 측정 저항기를 특정한 용도에 맞게 전형적인 진동 응력으로부터 보호를 받게 하고 그리고 다른 한 편에선 전기 측정 저항기가 온도 변화에 신속하게 반응하도록 보호 관에서 전기 측정 저항기로 효과적인 열전달을 제공하는 세라믹 충진물에 묻힌다.

●상기 측정 저항기의 공급라인은 세라믹 또는 미네랄 재료에 기본한 충진물을 통해 이어지며, 따라서 전기적인 절연뿐만 아니라 기계적인 보호, 특히 차량 운행 중에 엔진에 의해 일어나는 진동 영향으로부터 보호를 받게 된다.

●종래 기술과 반대로, 세라믹 또는 미네랄 재료에 기본한 충진물에 측정 저항기와 적어도 1개의 공급라인을 매립하여, 종래 기술의 경우에서와 같이, 급하게 높아진 온도의 램프로 인해 야기되는 응력에 노출될 때에 본 발명에 따르는 온도 저항기에서는 동일한 해로운 작용을 하지 않으며, 따라서, 명확하게 긴 사용 서비스 수명이 이루어진다. 이러한 이점은 놀라울 정도로 단순한 단계, 즉 균일한 밀도로 보호 관 내의 충진물을 패킹하는 대신에, 패킹 밀도의 변화를 보호 관의 길이방향으로 주어서 얻어진 것이다.

●상술한 바와 같이 형성된 패킹 밀도의 변화는 단순한 방식으로 이루어져서, 일정하지 않은 패킹 밀도가 의도적으로 조정되지 않는 측정 저항기와 대비하여, 측정 저항기 제조가를 미미하게 증가시키거나 또는 전혀 증가시키지 않는다.

●임의적인 구역에서의 낮은 패킹 밀도는, 한 편에선 공급라인과 측정 저항기 사이에 상대적 이동 및 다른 한 편에선 세라믹 또는 미네랄 충진물과의 사이에 상대적 이동을 수월하게 하여, 필연적인 열팽창에 의해 발생된, 한 편에선 공급라인과 측정 저항기 사이에 그리고 다른 한 편에선 세라믹 또는 미네랄 충진물 사이에 상호 작용이, 종래 기술의 경우에 비해서 현저하게 적은 응력을 측정 저항기와 공급라인이 받는 것이다. 이러한 사실은 특히, 공급라인 구역에 최소의 충진물 패킹 밀도가 있기 때문이다.

●특정적으로, 측정 저항기의 높은 위험은 진동으로 초래된다. 본 발명은, 측정 저항기 구역 또는 그 이웃한 구역에, 특히 측정 저항기에 바로 인접한 보호 관의 후방 단부와 측정 저항기 사이 구역에, 국부적으로 밀도가 높은 부위(locally higher density)를 제공하여, 상기 진동에 대처한 것이다. 상기 국부적으로 밀도가 높은 부위는, 진동이 측정 저항기가 진동을 허용하는 충진물에 있는 공동을 생성해야 하는 경우에, 안전한 양(precautionary measure)의 부위로 된다. 측정 저항기 구역에서 국부적으로 높은 밀도와 결합한 충진물의 낮은 패킹 밀도는, 전혀 또는 미미하게만 온도 센서의 반응 비율을 감소할 것이다. 상기 충진물의 국부적인 높은 밀도는 피할 수 없는 진동의 해로운 작용으로부터 측정 저항기를 보호하기에 충분한 밀도이다. 동시에, 상기 언급된 구역과 대비되는 낮은 패킹 밀도의 구역은 과도한 열 변형에 의해 발생하는 고장을 방지한다.

●부가로, 국부적으로 높은 패킹 밀도에 인접한, 측정 저항기 구역의 충진물의 국부적으로 감소된 패킹 밀도는, 세라믹 또는 미네랄 기판에, 특히 보드에 설치된 세라믹 부품인 측정 저항기에 해를 끼칠 위험성이 충진물을 패킹하는 동안에 감소되는 이점을 제공한다.

본 발명에 따라 양호하게 제공된 보호 관의 포위체는, 상기 포위체가 보호 관 내에서 충진물을 재배분하기 위한 공간을 감소시킨 것이기 때문에, 보호 관에 충진물을 유지하기에 적절할 뿐만 아니라, 패킹 밀도의 차(difference)를 균형 잡히게 하는 진동에도 불구하고 보호 관에 충진물의 불균일한 패킹 밀도를 유지하기에도 적절한 것이다. 특히, 충진물이 상기 포위체에 의해 기계적인 프리-스트레스(pre-stress)를 받는 경우에, 상기 목적은 양호하게 이루어질 것이다. 이러한 경우에, 국부적으로 증가된 패킹 밀도, 예를 들면, 추가된 최대 패킹 밀도는, 상기 포위체의 전방에서 얻을 수 있다.

양호하게, 최대 패킹 밀도의 부위가 보호 관의 후방 단부에 제공된다. 이러한 구성은, 보호 관의 일 지점에, 보호 관의 후방 단부를 통해 나온 측정 저항기의 적어도 1개의 공급라인을 고정하기에 적합하게 한다. 이러한 구성은 온도 센서의 결합 세기에 대해서 만이 아니라, 진동에 대한 내성에 대해서도 양호한 것으로 알려져 있다. 온도 램프에 의해 생성된 공급라인의 길이 변화는, 보호 관의 후방 단부에서 추가된 최대 패킹 밀도의 부위에 고정지점이 있음에도 불구하고, 공급라인의 임의적인 고장 위험성 없이 저밀도의 충진물 구역에서 실행될 수 있다.

유익하게, 상기 충진물의 국부적으로 높은 밀도의 부위는, 측정 저항기가 상기 부위에 직접적으로 견고하게 충진물에 팩킹되도록 위치되게 한다. 선택적으로, 측정 저항기에 바로 인접하여 국부적으로 높은 밀도의 충진물을 제공할 수도 있다. 이러한 구성은 충진물 압축 공정을 통해 측정 저항기에 대한 손상 위험을 감소시키는 이점이 있다. 상기 2개의 방식은 유익하게 한 방식에 다른 한 방식을 결합시킬 수 있는 것이며, 이러한 경우, 압축도(the degree of compaction)를 낮아지게 된다.

국부 압축은 예를 들어 크림핑 공구로 외부에서 보호 관의 횡단면을 제한하여 이루어진다. 측정 저항기 둘레 구역에서는 보호 관의 제한이 제약을 받아서 보호 관의 내부 직경이 측정 저항기에 의해 취해진 공간보다 더 크게 남아 있게 된다.

부차적으로 이어지는 단계에서 오목하게 제한을 받는 보호 관의 횡단면을 가지어서, 상기 충진물은 국부적인 기계적 프리-스트레스를 받게 된다.

양호하게, 폐쇄 수단은 스토퍼를 포함하며, 측정 저항기 중의 적어도 1개 공급라인은 전기적 절연상태로 상기 스토퍼를 통과한다. 상기 스토퍼는 보호 관에 압입되고 그리고 프리-스트레스가 스토퍼의 전방의 충진물에 유지되게 보호 관에 고정된다. 상기 사실을 이루는 일 방식은, 보호 관의 후방 단부에 외부 나사부를 제공하고 그리고 보호 관에 나사 결합하는 캡 너트를 통해 보호 관 안으로 상기 스토퍼를 압입하여 이루어진다. 캡 너트가 느슨하게 되는 것을 방지하기 위해, 납땜, 용접 또는 코킹 작업으로 프리-스트레스 위치에 상기 스토퍼를 고정할 수 있다. 스토퍼를 보호 관 안으로 압입하고 그리고 보호 관의 엣지를 내부방향으로 플랜지로 하여 스토퍼가 제 위치에 고정되는, 본 발명의 부가적인 개량으로, 상당히 단순하고, 저렴한 비용을 소비하여, 결과적으로 양호하게 종래 문제를 해결하였다. 충진물의 프리-스트레스를 보유하면서 제 위치에 스토퍼를 고정하는 다른 유익한 방식은, 스토퍼 구역에 보호 관을 코킹 또는 압착하거나 또는 핀으로 스토퍼를 제 위치에 고정하는 작업을 포함하는 것이다.

충진물이 포위체에 의해 기계적으로 프리-스트레스를 받으면, 최대 팩킹 밀도의 부위가 상기 포위체에서 발생한다. 그러나, 최대 패킹 밀도의 부위는 또한 다른 지점에서, 예를 들면 포위체와 측정 저항기 사이의 중간 지점에 있을 수도 있다. 그러한 지점에서는, 최대 팩킹 밀도의 부위가 마찬가지로 각각의 지점에서 보호 관의 횡단면을 제한(restriction)하여 구해지고, 상기 제한은 상기 구역에서 보호 관의 소성 변형에 의해 외측으로부터 생성된다. 이러한 구조는 예를 들어, 햄머작업 또는 압착작업으로 이루어진다. 온도 센서의 서비스 능력은 임의적인 이러한 작업에 의해 손상되지 않는다. 중앙에 위치된 최대 팩킹 밀도의 부위에서 출발하여, 공급라인 길이의 임의적인 열성이 감소된 변화가, 어떠한 해로운 작용도 갖지 않고 양쪽방향으로 일어난다.

제1라인에서, 최대 팩킹 밀도의 부위는 측정 저항기에서 또는 저항기의 이웃에서 일어난다.

양호하게, 2개 또는 최대로 3개의 최대 팩킹 밀도의 부위가 보호 관을 따라서, 예를 들면 측정 저항기 구역 또는 측정 저항기에 근접한 구역에서 1개 또는 2개가 있고 그리고 보호 관의 후방 단부의 포위체에서 다른 1개가 있게 된다. 이러한 구성은 온도 센서의 바람직한 내구성 면에서 특히 양호한 것이다.

낮은 패킹 밀도는, 예를 들어 보호 관이 진동을 주어서 분말 형태의 충진물로 채워질 때에 구해진다. 대조적으로, 국부 압축은 보호 관의 직경으로 순차적인 국부적인 제한을 하고 그리고 포위체에 발휘된 압력으로 구해진다.

특정적으로 적합한 충진물로는 저렴한 가격으로 작업에 용이하게 이용할 수 있는 고온 내열성을 가진 산화 마그네슘이 있다. 부가적으로, 적합한 충진물로는 분말 형태의 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 및 폴리실리케이트, 그리고 그 혼합물이 있다. 상기 리스트는 모든 적절한 충진물을 완전하게 열거한 것이 아니고, 단지 특정적으로 양호한 충진물의 일부 예를 기재한 것이다. 분말 형태의 세라믹 및 미네랄 충진물에 더하여, 세라믹 주조 화합물, 세라믹 접착제 및 열-전달 요소가 유사하게 충진물로서 적합한 것이다. 화학적 반응을 하고 1650℃에서 안정적으로 있는 적절한 세라믹 주조 화합물의 일 예로, 상품명 Cerastil V336으로 독일 오베르셀에 소재하는 Panasol-Elosol GmbH에서 판매하는 것이 있다.

적절한 세라믹 접착제의 예는, 상품명 Cotronics 906으로 미국 뉴욕주 브룩클린에 소재하는 Cotronics Corp.에서 판매하는 것이 있다.

600℃ 내지 대략 1000℃ 범위의 온도에서 측정 저항기로서 사용하기에 적절한 것에는, 세라믹 NTC 저항기, 예를 들어 음성(negative) 온도 계수를 가진 세라믹 측정 저항기가 있다. 본 발명의 목적에 특히 양호한 것은 플랫(flat) 측정 저항기이다. 플랫 측정 저항기는 기판으로도 기술되는 플랫 세라믹 캐리어에 인쇄된 금속제 저항 재료로 구성된다. 산화 알루미늄 웨이퍼는 기판으로 웨이퍼의 값이 증명되어져 있다. 저항 재료를 보호하는 수단으로서, 2개 웨이퍼 또는 플레이트 사이에 개재될 수도 있다. 저항기로는, 온도 0℃에서 개별적으로 100ohms 또는 200ohms의 저항을 가진 백금 저항기와 같은 백금 또는 백금 합금으로 제조된 측정 저항기인, Pt-100 또는 Pt-200 저항기가 특히 매우 적절하다. 그러한 저항기는 알루미늄 기판에 인쇄되고 그리고 대응적으로 높은 내열성 금속으로, 예를 들면, 백금 또는 백금 합금으로 제조된 연결선을 갖는다. 대부분의 경우에서, 백금으로 제조된 연결선은 짧은 길이 만을 갖고 그리고 Inconel 600, Inconel 601, 또는 Inconel 602와 같은 다른 높은 내열성 금속(a different highly temperature-resistant metal)으로 제조된 저렴한 가격의 연결선으로 길이가 신장 된다.

배기가스의 고온과 화학적 공격을 견디어낼 수 있는 보호 관은 알려져 있으며, 그 예로는 Inconel합금, 특히 Inconel 600, Inconel 601 및 Inconel 602와 같은 높은 내열성 니켈 합금을 포함한다. Inconel합금은 특정적으로 산화 및 다른 부식에 대한 내성을 가진 높은 내열성 니켈-기본 초합금 집단의 것이다. 예를 들어, Inconel 600은 72% 니켈, 16% 크롬 및 8% 철을 함유한다.

본 발명의 개조에 의거, 충진물 부분은 측정 저항기에서 포위체로 인도하는, 각각의 공급라인을 분리적으로 수용하기 위한 분할 구멍이, 보호 관의 후방 단부를 통해 나온 측정 저항기의 각각의 공급라인용으로, 충진물에 매립된 세라믹 관으로 대체되어 제공된다. 상기 세라믹 관은, 보호 관에 주어진 공급라인의 위치와, 보호 관에 대한 절연성 및 상호 관련성 등을 온도 센서를 생산하는 동안에 보다 용이하게 실현할 수 있는 이점을 제공한다. 산화 알루미늄으로 제조된 세라믹제 2개-슬롯 관은 저렴한 비용으로 이용할 수 있다. 양호하게, 세라믹 관에 있는 명확한 슬롯의 폭은 슬롯에 의해 수용되는 공급라인의 직경에 가깝게 채택되어, 한 편에선 상기 라인이 진동으로부터 보호를 받고 그리고 다른 한 편에선 슬롯에 수용된 공급라인과 세라믹 관 사이에 상대적 운동이 공급라인의 길이가 열적으로 유발된 변화인 경우를 허용한다.

양호하게, 세라믹 관은 측정 저항기로부터 포위체로 직접 인도된다. 바람직하게, 세라믹 관은 측정 저항기에 세라믹 본드에 의해 견고하게 접속된다. 이러한 경우에, 상기 측정 저항기는 세라믹 관을 사용하는 보호 관에 용이하게 위치될 수 있다. 특정적으로, 양호한 방식에 따라, 세라믹 관은, 양호하게 충진물이 프리-스트레스를 받는 포위체를 길이방향으로 세라믹 관을 프리-스트레스를 가할 필요가 없게, 포위체 안으로 또는 포위체를 통해서 곧바로 안내된다. 상기 포위체가 그 위치에 고정되어졌으면, 세라믹 관이 예를 들어 세라믹 접합에 의해 포위체와 접속하게 된다.

충진물의 최대 팩킹 밀도의 일 지점이 공급라인을 고정하기 위해, 포위체와 저항기 사이에 중앙 구역에서 필요하면, 상기 구역은 마찬가지로 이러한 경우에 보호 관의 횡단면을 대응적으로 제한하여 구할 수 있다. 상기 경우에서, 세라믹 관은 국부적으로 파괴되는 일이 발생하지만, 일단 세라믹 관이 충진물에 있게 되면, 이것은 전혀 문제가 되지 않을 것이다. 여기에서는 제한된 지점의 양측에 공급라인이 어떠한 해로운 작용도 하지 않고 열적으로 팽창할 수 있는 가능성이 남아 있을 뿐이다. 공급라인은 세라믹 관에서 느슨하게 유지되고, 힘은 상기 세라믹 관으로부터 공급라인으로 전달될 수 없고, 그러한 결과로, 인장 또는 압축 응력은 공급라인이 찢겨 나가게 이끄는 증가 할 수 없을 것이다.

본 발명의 특정한 이점은 온도 센서가 표준 치수로 사전 조립되고 다음, 특정한 적용 조건으로 채택된 홀더에 접속되어, 예를 들어 안으로 나사 결합되는, 장착 대기용 온도 센서를 형성한 것이다.

도1에 설명된 온도 센서(1)는 보호 관(2) 내에서 공급 와이어(5)에 의해 길이가 신장된 공급라인(4)을 가진 측정 저항기(3)를 포함한다. 상기 측정 저항기(3), 상기 공급라인(4) 및 상기 공급 와이어(5)는 세라믹 또는 미네랄 충진물(6)에 묻힌다.

양호하게, 측정 저항기(3)는 얇은 세라믹 평판이 인쇄된 백금 저항기이다.

보호 관(2)은 폐쇄된 둥근 선단부(2b)를 가진 가느다란 원통형 전방 구간(2a)과, 전방 구간(2a)의 직경보다 큰 직경의 원통형 후방 구간(2c), 및 원추형 중간부분(2d)을 갖는다. 선택적으로, 상기 선단부(2b)는 평탄하고 그리고/또는 상기 중간부분(2d)은 단차진 것이다.

보호 관의 전방 부분(2a)의 직경과 측정 저항기(3)는 상호 적절하게 채택하여서, 보호 관(2)과 측정 저항기(3)사이에 불필요한 대형 공간을 발생하지 않게 한다. 보호 관(2)은 예를 들어, Inconel 600, Inconel 601, 또는 Inconel 602와 같은 높은 내열성 재료로 제조된다. 상기 충진물(6)은 예를 들어, 산화 마그네슘 분말, 산화 알루미늄 분말, 질화 알루미늄 분말 또는 그 혼합물로 구성된다. 측정 저항기(3)를 보호 관(2)에 도입한 후에, 상기 충진물(6)이 측정 저항기(3), 공급라인(4) 및, 공급 와이어(5)를 에워싸도록 안에 채워진다. 이러한 공정은 관을 동시적으로 가볍게 두드리고 및/또는 흔드는 단계별 동작으로 상기 재료를 채워서 행해진다. 보호 관(2)은, 구형 전방면(7a)과 단차진 후방면(7b)을 가진 금속 또는 세라믹 성형체로 이루어진 스토퍼(7)를 사용하여 폐쇄된다. 선택적으로, 상기 전방 면(7a)을 평탄하게 하고 그리고/또는 상기 후방 면(7b)을 평탄하게 할 수 있다. 상기 스토퍼(7)에는 2개 공급 와이어(5) 각각에 적합한 연속 통로(7c)를 설치한다. 스토퍼(7)를 사용하여, 충진물을 후방으로부터 보호 관(2) 안으로 밀어 넣어서, 더욱 조밀하게 한다. 본 발명에 따라서, 충진물(6)은 균일하지 않은 패킹 밀도를 나타낸다. 임의적인 경우에, 스토퍼(7)가 금속으로 제조되면, 충진물(6)이 또한 스토퍼(7) 내의 통로(7c) 안으로 이어져서, 스토퍼(7)로부터 상기 공급 와이어(5)를 절연한다. 상기 스토퍼(7)는 내측에 플랜지가 형성된 보호 관(2)의 엣지(2e)에 의해 보호 관(2) 내에서 유지된다. 엣지(2e)의 플랜지 형성 동작은 양호하게 보호관(2) 안으로 강제적으로 스토퍼(7)를 유입하는 중에 실시되어, 충진물(6)이 기계적인 프리-스트레스를 받게 되고 그리고 프리-스트레스가 보호 관(2)의 플랜지 엣지(2e)에 의해 유지되게 된다.

충진물(6)의 팩킹 밀도는 측정 저항기(3)를 둘러싸고 있는 구역에서 최대에 이르게 되고 그리고 다른 최대의 밀도 부위는 스토퍼(7)의 구형 전방면(7a)의 전방이 된다. 측정 저항기(3)에서의 최대 위치는 화살표(13)로 도면에서 지시된 곳이고, 상기 최대 위치는 보호 관(2)의 횡단면에서 부차적인 제한을 하여 구해진다.

도2에 설명된 실시예는 측정 저항기(3)가 채널에 2개 구멍을 가진 세라믹 관(8)과, 특히 산화 알루미늄으로 제조된 관(8)과 견고하게 접속된 구성이 도1에 도시한 실시예와 다른 것이다. 상기 관(8)의 채널의 2개 구멍은 상호 상관 관계로 절연되어 있는 2개 공급 와이어(5)를 수용한다. 2개 통로(7c) 대신에, 상기 스토퍼(7)는 세라믹제 2개 구멍 관(8)의 후방 단부를 수용하는 1개 중앙 통로(7d) 만을 갖는다. 양호하게, 통로(7d)의 직경과 2개 구멍 관(8)의 외부 직경은 상기 2개 구멍 관(8)이 스토퍼(7)에 밀접하게 안내되도록 상호 긴밀하게 채택된다.

온도 센서(1)의 제조는, 측정 저항기(3)와 2개 구멍 관(8)으로 구성된 조립체를 보호 관(2) 안에 유입하고, 충진물을 안에 채워서, 본 발명에 의해 제안된 예를 들어 크림핑 작업으로 측정 저항기(3) 구역에서, 불균일하게 조밀하게 하고, 추가적으로 스토퍼(7) 수단으로 프리-스트레스를 받게 하여, 그런 후 스토퍼(7)가 보호 관(2)의 후방 엣지(2e)의 내부방향 플랜지 동작에 의해 제 위치에 고정되어 이루어지는 것이다.

도3은 금속제 슬리브(sleeve)로 구성된 홀더(9)와 도1에 따르는 온도 센서와의 사이에서의 접속을 나타낸 도면이며, 홀더의 일 단부는 보호 관(2)의 후방 구간(2c)상으로 활주하고 그리고 편리하게 용접에 의해 보호 관에 접속된다. 접속 케이블(10)은 온도 센서(1)의 공급 와이어(5)와 2개 내부 전도체(11)가 접속하게 홀더(9)의 타 단부 안으로 도입된다. 상기 접속은 용접, 경납 또는 크림핑으로 이루어진다.

양호하게, 상기 접속 케이블(10)은 내부 전도체(11)가 세라믹 또는 미네랄 절연 재료로 시쓰로부터 절연되는 금속 시쓰(10a)를 갖는다. 절연 재료로서 특정적으로 적합한 것에는 산화 알루미늄과 산화 마그네슘이 있다. 접속 케이블(10)의 금속제 시쓰(10a)는 용접 작업으로 홀더(9)에 양호하게 접속된다. 접속 와이어(5)의 노출 구간이 열팽창의 결과로서 오버로드 되지 않게 하기 위해서, 보정 벤드(12)가 설치된다.

상기 유닛에 다른 작동 상태를 채택하기 위해, 상기 홀더(9)에는 예를 들어 해당 부위에 상기 온도 센서(1)가 나사 결합되게 하는 장착 플랜지 또는 나선 부시(threaded bush)가 설치된다.

상기 온도 센서(1)는 표준 성분으로 사용되고 그리고 다른 길이의 접속 케이블(10)이 연결된다.

도2에서 설명된 온도 센서(1)에는 도1에서 설명된 것과 동일한 방식으로 홀더(9)와 접속 케이블(10)이 연결된다.

Claims (22)

1. -저항 재료가 세라믹 재료 또는 세라믹이나 미네랄 캐리어와 결합한 금속제 저항 재료로 구성된, 전기측정 저항기(3)와;

   -보호 관(2)의 내부 공간으로 접근할 수 있는 접근로를 제공하는 후방 단부와 폐쇄 선단부(2b)를 구비하고 그리고 상기 측정 저항기(3)가 보호 관(2)의 폐쇄 선단부(2b)의 인접 위치에 설치된 보호 관(2)과;

   -보호 관(2)의 후방 단부를 통해 나온 적어도 1개의 공급라인(5) 및;

   -일 측의 보호 관(2)과 타 측의 측정 저항기(3)와 적어도 1개의 공급라인(4, 5)과의 사이의 공간을 채우는 세라믹 또는 미네랄 재료를 기본으로 하는 전기절연 충진물(6)을 포함하는 저항 온도계용 온도 센서에 있어서;

   상기 충진물(6)의 팩킹 밀도는 보호 관(2)의 길이방향으로 변화하고, 그리고 상기 보호 관(2)은 상기 충진물(6)의 최대 팩킹 밀도 부위에서 오목한 제한부(13)를 나타내는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
2. 제1항에 있어서, 포위체(2e, 7)는 보호 관(2)의 후방 단부에 설치되고, 포위체는 보호 관(2)내에 충진물(6)을 보유하고 그리고 적어도 1개의 공급라인(5)이 보호 관(2)의 후방 단부에서 나오는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충진물(6)의 최대 팩킹 밀도 부위는 측정 저항기(3)의 근방에 위치한 것을 특징으로 하는 온도 센서.
4. 제1항에 있어서, 충진물(6)의 2개 또는 많아야 3개의 최대 팩킹 밀도 부위가 보호 관(2)을 따라서 존재하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
5. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 공급라인(5)은 충진물(6)의 최소 팩킹 밀도 부위에서 보호 관(2) 내로 신장된 것을 특징으로 하는 온도 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 충진물(6)은 최대 팩킹 밀도 부위에서 기계적 프리-스트레스를 받는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
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8. 제1항에 있어서, 상기 측정 저항기(3)는 음성 온도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 측정 저항기(3)는 플랫 측정 저항기인 것을 특징으로 하는 온도 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 측정 저항기(3)는 백금 또는 백금 합금을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
11. 제2항에 있어서, 상기 포위체(2e, 7)는 전기적 절연 상태로 측정 저항기(3)의 적어도 1개의 공급라인(5)이 통과하는 스토퍼(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
12. 제11항에 있어서, 상기 충진물(6)의 팩킹 밀도는 상기 스토퍼의 전방에서 추가적인 최대 부위를 나타내는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 스토퍼(7)는 보호 관(2)의 후방 단부(2e)를 내부방향으로 플랜지 형성하여 제 위치에서 유지하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
14. 제1항에 있어서, 충진물(6)에 묻힌 세라믹 관(8)은 각각 분리된 공급라인(5)을 수용하고, 이를 측정 저항기(3)로부터 포위체(2e, 7)에 이르게 하기 위해 측정 저항기(3)의 각 공급라인(5)을 위한 분리된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
15. 제14항에 있어서, 상기 세라믹 관(8)은, 세라믹 관(8)을 끼워 설치하도록 포위체(2e, 7)에 제공된 통로(7d)의 외측 또는 통로(7d)에서 마감되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
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