KR20150081361A - 온도 센서 시스템 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

온도 탐침 부재(1) 및 제1 세라믹 하우징부(200)를 포함하는 온도 센서 시스템(100)이 제공된다. 온도 탐침 부재(1)는 센서 부재(2) 및 전기적 공급 라인들(4)을 포함한다. 제1 세라믹 하우징부(200)는 닫힌 하부 말단(215) 및 개방된 상부 말단(216)을 구비한 슬리브형 하부 영역부(210), 및 개방된 상부 말단(216)과 연결된 상부 영역부(220)를 포함한다. 또한, 센서 부재(2)는 슬리브형 하부 영역부(210) 내에 배치된다. 상부 영역부(220)는 리세스들(221)을 포함하고, 이러한 리세스 내에 전기적 공급 라인들(4)은 적어도 부분적으로 배치 및 안내된다. 하부 영역부(210) 및 상부 영역부(220)는 일체형으로 형성된다. 또한, 온도 센서 시스템(100)의 제조 방법이 제공된다.

Description

온도 센서 시스템 및 그 제조 방법{TEMPERATURE SENSOR SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING A TEMPERATURE SENSOR SYSTEM}
온도 센서 시스템이 제공된다. 또한 온도 센서 시스템의 제조 방법이 제공된다.
매우 다양한 응용 분야에서 모니터링 및 제어를 목적으로 온도를 측정하는 것은 예컨대 세라믹 열 도체-서미스터 소자(NTC thermistor, "부 온도 계수 서미스터"), 규소-온도 센서(예컨대 소위 KTY-온도 센서), 백금 온도 센서(PRTD, "백금 저항 온도 검출기") 또는 열 소자(TC, "열전대(thermocouple)")에 의해 이루어진다.
이는 사용 시 용이한 조립, 충분한 기계적 안정성 및 외부 영향에 대한 고유 온도 센서 부재의 보호, 그리고 공격적 매질(aggressive medium)에 의한 부식을 방지하기 위해 설치는 하우징 내에서 이루어지고, 이러한 하우징은 일반적으로 플라스틱, 단순한 금속 구조물 또는 플라스틱-금속-복합물로 구성된다. 전기적 연결을 위해, 일반적으로 플러그 접촉부 및/또는 라인 공급부들이 하우징 내에 통합된다. 그러한 시스템의 적합한 기밀도는 밀봉부, 주조 물질(casting material) 및/또는 접착제를 이용하여 이루어진다.
그러나, 플라스틱- 또는 중합체 하우징을 구비한 센서 시스템은 매우 높은 온도의 측정을 위해서는 사용되지 않는다. 플라스틱- 또는 중합체 하우징을 구비한 그러한 시스템의 최대 사용 온도는 약 200℃ 내지 250℃로 제한된다. 반면, 근본적으로 내온도성이 더 양호한 금속은, 복합적인 하우징 형태를 구현하기가 매우 어렵고 따라서 대부분 응용물을 위한 기하학적 요건을 충족할 수 없다는 단점을 가진다. 또한, 금속 하우징을 구비한 센서 시스템은 부식 현상으로 인하여 오로지 제한적으로만 매우 공격적인 매질에 사용 가능하다. 이와 같은 구조의 시스템은, 사용되는 물질에 있어 부가적인 구성 조건적 열 전달 및 낮은 열 전도로 인한 응답 시간 지연이 존재한다는 것이 또 다른 단점이다.
문헌 EP 2 420 807 A2로부터 금속 하우징을 구비한 센서 시스템이 공지되어 있다.
문헌 JP 2010 032 237 A로부터 세라믹 슬리브를 구비한 센서 시스템이 설명되어 있다.
적어도 일부 실시 형태들의 해결 과제는 높은 견고성 및 짧은 응답 시간을 가지는 온도 센서 시스템을 제공하는 것이다. 적어도 일부 실시 형태들의 다른 과제는 온도 센서 시스템의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립 청구항들에 따른 대상물 및 방법에 의하여 해결된다. 이러한 대상물의 유리한 실시 형태들 및 발전예들은 종속 청구항들, 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 더 도출된다.
적어도 일 실시예에 따른 온도 센서 시스템은 온도 탐침 부재를 포함하고, 온도 탐침 부재는 센서 부재 및 전기적 공급 라인들을 포함한다. 센서 부재는 예컨대 서미스터 부재, 규소- 또는 백금 센서 부재 또는 열 소자일 수 있다.
또한, 온도 센서 시스템은 제1 세라믹 하우징부를 포함한다. 제1 세라믹 하우징부는 닫힌 하부 말단 및 개방 상부 말단을 구비한 슬리브형 하부 영역부 및 개방 상부 말단과 연결된 상부 영역부를 포함한다. 슬리브형 하부 영역부의 닫힌 하부 말단은 제1 세라믹 하우징부의 외측에서 예컨대 원추형으로 연장되는 상단부(tip) 또는 모서리가 둥글게 처리된, 슬리브형 하부 영역부의 상단부로서 형성될 수 있다. 온도 탐침 부재의 센서 부재는 바람직하게는 슬리브형 하부 영역부 내에 배치된다. 예컨대, 센서 부재는 슬리브형 하부 영역부의 내부에서 닫힌 하부 말단의 근방에 배치될 수 있고, 이때 전기적인 공급 라인들은 센서 부재로부터 개방 상부 말단의 방향으로 이어진다.
다른 실시 형태에 따르면, 개방 상부 말단과 연결된 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부는 리세스들을 포함하고, 이러한 리세스들에서 온도 탐침 부재의 전기적 공급 라인들이 적어도 부분적으로 배치 및 안내되어 있다. 리세스들은 예컨대 전기적 공급 라인들의 안내 및 수용을 위한 기능으로 내부에 위치한 포켓 또는 함몰부의 형태로 형성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 세라믹 하우징부의 하부 영역부 및 상부 영역부는 일체형으로 형성된다. 예컨대 하부 영역부 및 상부 영역부는 공통의 제조 공정에서 제조될 수 있다. 하부 영역부 및 상부 영역부는 특히 별도로 제조되는 2개의 부품이 결합 공정을 이용하여, 예컨대 고정 수단을 이용하여 서로 결합되는 그러한 부품이 아니다. 유리하게는 제1 세라믹 하우징부의 하부 영역부와 상부 영역부 사이에는 이음부가 존재하지 않는다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 세라믹 하우징부는 사출 성형 부품이다. 예컨대, 제1 세라믹 하우징부는 소위 세라믹 사출 성형 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 세라믹 사출 성형 기술을 이용하여, 유리하게는 고객 특정 주문에 맞춰진 매우 복합적인 세라믹 하우징 형태가 구현될 수 있고, 이러한 하우징 형태는 높은 기계적 강도를 가지며 정밀하고 반복 구현 가능하게 제조될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 세라믹 하우징부는 열 전도도가 높은 세라믹 물질을 포함한다. 예컨대 제1 세라믹 하우징부는 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드를 포함하거나, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드로 구성될 수 있다. 유리하게는, 이러한 물질들은 매우 높은 기계적 강도를 가지며, 온도 센서 시스템에는 응용 시 요구되는 부하를 견딜만큼 충분한 기계적 안정성을 제공한다. 또한, 온도 센서 시스템은 제1 세라믹 하우징부의 물질 특성으로 인하여 매우 짧은 응답 시간을 포함한다. 응답 시간은 예컨대 제1 세라믹 하우징부의 벽 두께 및 물질에 따라 6초 미만이고, 유리하게는 3초 미만이다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 세라믹 하우징부는 슬리브형 하부 영역부의 영역 내에서 0.3 mm와 3 mm 사이의 벽 두께를 가진다. 매우 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 세라믹 하우징부는 슬리브형 하부 영역부의 영역 내에서 0.5 mm와 1.5 mm 사이의 벽 두께를 가진다. 이를 통해, 온도 센서 시스템은 매우 짧은 응답 시간을 제공하면서 이와 동시에 충분한 안정성을 제공할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 센서 시스템은 제2 세라믹 하우징부를 포함하고, 제2 세라믹 하우징부는 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부와 연결되어 있다. 제2 세라믹 하우징부는 바람직하게는 온도 센서 시스템을 밀폐한다. 상부 영역부는 예컨대 돌기부를 포함할 수 있고, 이러한 돌기부는 슬리브형 하부 영역부의 개방 말단 안으로 연장되며, 이러한 돌기부를 이용하여 상부 영역부는 하부 영역부에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 돌기부는 리세스들을 포함하고, 이러한 리세스들 내에서 온도 탐침 부재의 전기적 공급 라인들은 적어도 부분적으로 배치 및 안내되어 있다. 따라서 제1 및 제2 세라믹 하우징부는 통합된 라인 공급부들, 바람직하게는 전기적 공급 라인들에 기하학적으로 정합되며 통합된 라인 공급부들을 구비할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 세라믹 하우징부는 예컨대 접착을 위한 결합 재료로 충진될 수 있는 밀봉면을 구비할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 세라믹 하우징부는 제1 세라믹 하우징부와 동일한 물질을 포함한다. 제2 세라믹 하우징부는 바람직하게는 제1 세라믹 하우징부와 마찬가지로 사출 성형 부품이며, 이러한 사출 성형 부품은 세라믹 사출 성형 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 및 제2 세라믹 하우징부는 결합 재료를 통해 서로 결합되어 있다. 결합 재료는 예컨대 온도 센서 시스템의 사용 온도에 따라 중합체, 유리 또는 세라믹 접착제를 포함하거나, 중합체, 유리 또는 세라믹 접착제일 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 세라믹 하우징부는 결합 재료를 이용하여 밀봉면을 통해 힘에 의한 결합(force-fit) 그리고 형상 맞춤 결합(form-fit)으로 서로 결합될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 센서 시스템은 주조 물질을 포함하고, 이러한 주조 물질은 제1 세라믹 하우징부의 하부 영역부 내에 배치되며 센서 부재를 둘러싼다. 바람직하게는, 센서 부재는 주조 물질에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 주조 물질은 예컨대 중합체, 바람직하게는 내온도성 중합체, 유리 또는 예컨대 알루미늄 옥사이드 시멘트와 같은 시멘트 종류 물질을 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 이때 주조 물질의 선택은 특히 온도 센서 시스템의 사용 온도에 따라 좌우된다. 예컨대, 주조 물질은 사용 온도가 300℃까지 달할 때 내온도성 폴리머를 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
사용 온도가 1000℃까지 달하면, 특히 유리 또는 시멘트 종류 물질이 바람직하다.
다른 실시 형태에 따르면, 주조 물질 및 결합 재료는 동일한 물질을 포함한다. 예컨대, 주조 물질로서 접착 특성을 가진 내온도성 주조 물질이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 세라믹 하우징부의 접착을 위한 물질은, 이와 동시에, 전기적 공급 라인들의 고정을 위해 기능하고/기능하거나 전기적 공급 라인들과 연결된 연결 라인들의 고정을 위해 기능하고/기능하거나 전기적 공급 라인들 및 라인 공급부들에 대한 결합 지점을 충진하기 위해 기능할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 탐침 부재의 전기적 공급 라인들은 하나 이상의 내온도성 물질, 바람직하게는 부식 경향이 낮은 내온도성 물질을 포함하거나 하나 이상의 그러한 물질로 구성될 수 있다. 전기적 공급 라인들은 예컨대 철 와이어 또는 예컨대 백금, 금 또는 은과 같은 고급 물질로 이루어진 와이어일 수 있다. 또한, 전기적 공급 라인들은 온도 안정성이 높은 합금 강, 예컨대 크롬 및/또는 니켈 함량이 높은 합금 강으로 이루어진 와이어이거나 니켈로 피복된 구리 와이어로서 형성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 전기적 공급 라인들은 연결 라인들과 결합되어 있다. 바람직하게는, 연결 라인들은 내온도성이다. 예컨대 연결 라인들은 마찬가지로 적어도 부분적으로 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부의 리세스들 내에서 안내될 수 있다. 전기적 공급 라인들과 연결 라인들의 결합은 예컨대 고온 납땜 공정, 예컨대 경질 납땜(hard soldering), 크림핑(crimping) 또는 용접에 의해 이루어진다.
다른 실시 형태에 따르면, 연결 라인들은 적어도 일부 영역들에서 피복되어 있다. 예컨대, 연결 라인들은 피복을 포함하고, 이러한 피복은 예컨대 사용 온도가 300℃일 때까지 중합체를 포함하거나 중합체로 구성된다. 사용 온도가 300℃를 초과할 때, 예컨대 300℃와 1000℃사이일 때, 피복은 유리 섬유를 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다. 다른 실시 형태에 따르면, 연결 라인들은 금속 피복된 미네랄 절연 라인들로 형성된다. 연결 라인들과 전기적 인터페이스와의 결합은 예컨대 각 요건에 따라 플러그 결합에 의해 또는 크림핑, 납땜이나 용접에 의해 이루어질 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 센서 시스템은 출구 영역을 포함하고, 이러한 출구 영역 내에서 전기적 공급 라인들 및/또는 연결 라인들은 제1 및/또는 제2 세라믹 하우징부로부터 나와 있다. 바람직하게는, 출구 영역은 밀봉부를 이용하여 밀폐되어 있다. 밀봉부는 예컨대 중합체, 유리 또는 세라믹 주조 물질을 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 이때 특히 사용 온도가 300℃까지는 중합체를 이용한 밀봉이 적합하고, 사용 온도가 300℃를 초과하면 유리를 이용한 밀봉이 적합하다. 바람직한 실시 형태에 따르면, 밀봉부는 주조 물질 및/또는 결합 재료와 동일한 물질을 포함한다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 NTC-센서 부재이다. NTC-센서 부재는 무엇보다도 낮은 제조 비용을 특징으로 한다. NTC-센서 부재는 예컨대 유리 피복을 구비할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 페로브스카이트 구조를 포함한다. 예컨대 센서 부재는 원소들 Y, Ca, Cr, Al, O를 함유한 페로브스카이트 구조를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 센서 부재는 일반 화학식 ABO3의 페로브스카이트 구조를 갖는 세라믹 물질을 포함한다. 특히 높은 응용 온도에 사용되기 위해, 예컨대 300℃와 1000℃사이의 그러한 높은 응용 온도에 사용되기 위해 이와 같은 센서 부재가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 기능 세라믹 센서 부재는 (Y1-xCax)(Cr1-yAly)O3의 조성을 포함하며, 이때 x = 0.03 내지 0.05이고, y = 0.85이다.
다른 실시 형태에 따르면, 센서 부재는 스피넬 구조를 포함한다. 예컨대 센서 부재는 원소들 Ni, Co, Mn, O를 함유하는 스피넬 구조를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 센서 부재는 일반 화학식 AB2O4 또는 B(A,B)O4의 스피넬 구조를 갖는 세라믹 물질을 포함한다. 이와 같은 센서 부재는 특히 낮은 용용 온도에 사용되기 위해, 예컨대 300℃까지의 낮은 응용 온도에 사용되기 위해 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 기능 세라믹 센서 부재는 Co3-(x+y)NixMnyO4의 조성을 포함하며, 이때 x = 1.32이고 y = 1.32이다.
본원에 설명된 온도 센서 시스템의 이점은 특히, 부가적인 시스템 요소를 포함하지 않고도 간단하고 표준화된 조립을 가능하게 하는 하우징 치수의 매우 정밀한 설계와 동시에, 매우 짧은 응답시간, 매우 높은 기계적 및 화학적 견고성 및 극한의 장시간 안정성에 있다. 이를 통해 본원에 설명되는, 제1 및 제2 세라믹 하우징부에 의해 세라믹 봉지된 온도 센서 시스템은 높은 응용 온도에서 특히 공격적인 매질이나 가스에서 사용될 수 있다.
또한, 온도 센서 시스템의 제조 방법이 제공된다. 이를 통해 제조될 수 있거나 제조되는 온도 센서 시스템은 전술한 실시 형태들의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 전술한 실시 형태 및 이하에 설명되는 실시 형태는 온도 센서 시스템 뿐만 아니라 온도 센서 시스템의 제조 방법을 위해서도 균등하게 적용된다.
일 실시 형태에 따르면, 온도 탐침 부재, 및 예컨대 세라믹 사출 성형 기술을 이용하여 제조되는 제1 및 제2 세라믹 하우징부가 준비된다. 제1 및 제2 세라믹 하우징부의 제조 시, 예컨대 세라믹 피드 스톡(feed stock)은 이에 상응하는 금형 내에 주입된다. 세라믹 피드 스톡은 예컨대 알루미늄 옥사이드 분말, 알루미늄 나이트라이드 분말 또는 실리콘 카바이드 분말과 같은 구조 세라믹 분말, 및 유기 결합제를 포함한다. 이로부터 제조되는 소위 성형체는 바람직하게는 이후에 탈지 공정에서 가급적 유기 성분이 제거된다. 탈지 공정은 2단계로, 즉 물 및 열에 의해, 또는 1단계로, 즉 열에 의해 진행된다. 이어서, 탈지된 몸체는 바람직하게는 적합한 온도에서 소결되며, 이때 온도는 알루미늄 옥사이드의 경우 그 순도에 따라 약 1600℃ 내지 1700℃이다.
일 실시 형태에 따르면, 온도 탐침 부재는 제1 세라믹 하우징부의 슬리브형 하부 영역부 내에 배치된다. 이후, 주조 물질은 제1 세라믹 하우징부 내에 반입되되, 센서 부재가 주조 물질에 의해 완전히 둘러싸이도록 반입된다. 또한, 전기적 공급 라인의 일부는 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부의 리세스들 내에 배치된다. 이어서, 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부는 예컨대 중합체, 유리 또는 세라믹 접착제를 포함하는 결합 재료를 이용하여 제2 세라믹 하우징부와 결합된다. 바람직한 실시 형태에 따르면, 주조 물질 및 결합 재료는 동일한 물질을 포함한다.
다른 실시 형태에 따르면, 온도 탐침 부재의 전기적 공급 라인들은 경질 납땜, 크림핑 또는 용접을 이용하여 연결 라인들과 결합된다. 또한, 바람직하게는, 전기적 공급 라인들의 일부 영역들 및/또는 연결 라인들의 일부 영역들은, 상부 영역부와 제2 세라믹 하우징부의 결합 전에, 부분적으로 제1 세라믹 하우징부의 상부 영역부의 리세스들 내에 배치된다.
다른 실시 형태에 따르면, 연결 라인들은 이후에 제1 및/또는 제2 세라믹 하우징부로부터의 출구 영역 내에서 중합체를 이용하거나 유리를 이용하여 밀봉된다.
온도 센서 시스템의 다른 이점들 및 유리한 실시 형태들은 이하 도 1 내지 도 7과 연관하여 설명되는 실시 형태들로부터 도출된다.
도 1 내지 도 4는 일 실시예에 따른 온도 센서 시스템의 개략도들이다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 온도 센서 시스템의 개략적 단면도이다.
도 6은 도 1 내지 도 4의 온도 센서 시스템의 개략적 분해도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 온도 센서 시스템의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일한 효과를 가진 구성요소는 각각 동일한 참조 번호를 구비할 수 있다. 도시된 요소들 및 이들의 크기비는 기본적으로 축척에 맞지 않는 것으로 간주된다. 오히려, 개별 요소들 예컨대 층들, 부품들, 영역들은 더 나은 표현 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되어 두껍거나 큰 치수로 도시되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본원에 설명된 일 실시예에 따른 온도 센서 시스템(100)의 다양한 도면들이다. 도 3의 온도 센서 시스템(100)은 제2 세라믹 하우징부(300)를 포함하지 않고 도시되어 있다. 도 5는 도 1 내지 도 4의 온도 센서 시스템(100)을 단면도로 도시하고, 도 5는 온도 센서 시스템(100)을 분해도의 형태로 도시한다. 이하의 설명은 도 1 내지 도 6에 균등하게 적용된다.
온도 센서 시스템(100)은 온도 탐침 부재(1)를 포함하고, 온도 탐침 부재는 센서 부재(2) 및 전기적 공급 라인들(4)을 포함한다. 센서 부재(2)는 도시된 실시예에서 NTC-센서 부재로서 형성되며 유리 피복을 구비한다.
센서 부재(2)는 원소들 Y, Ca, Cr, Al, O를 함유하는 페로브스카이트 구조를 포함한다. 특히 센서 부재(2)는 (Y1-xCax)(Cr1-yAly)O3의 조성을 포함하며, 이때 x = 0.03 내지 0.05이고, y = 0.85이다. 이를 통해 온도 센서 시스템(100)은 유리하게는 높은 응용 온도에 사용되기 위해, 예컨대 300℃와 1000℃사이의 그러한 높은 응용 온도에 사용되기 위해 적합하다. 대안적으로, 센서 부재(2)는 스피넬 구조를 포함한다.
NTC-센서 부재에 대해 대안적으로, 센서 부재(2)는 예컨대 규소 센서 부재, 백금 센서 부재 또는 열 소자일 수 있다.
또한, 온도 센서 시스템(100)은 제1 세라믹 하우징부(200)를 포함하고, 제1 세라믹 하우징부는 닫힌 하부 말단(215) 및 개방 상부 말단(216)을 구비한 슬리브형 하부 영역부(210), 및 개방 상부 말단(216)과 연결된 상부 영역부(220)를 포함한다. 슬리브형 하부 영역부(210) 및 상부 영역부(220)는 함께 하나의 "L"형 몸체를 형성하고, 이러한 몸체는 일체형으로 형성되어 있다. 제1 세라믹 하우징부(200)는 세라믹 사출 성형 공정을 이용하여 제조되는 사출 성형 부품이다. 제1 세라믹 하우징부(200)는 알루미늄 옥사이드를 포함한다. 대안적으로, 제1 세라믹 하우징부(200)는 알루미늄 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드를 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
센서 부재(2)는 슬리브형 하부 영역부(210) 내에서 닫힌 하부 말단(215)의 근방에 배치되어 있다. 센서 부재(2)와 결합된 전기적 공급 라인들(4)은 개방 상부 말단(216)의 방향으로 이어진다. 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(220)는 리세스들(221)을 포함하고, 이러한 리세스들 내에서 온도 탐침 부재(1)의 전기적 공급 라인들(4)이 적어도 부분적으로 배치 및 안내되어 있다.
온도 센서 시스템(100)은 제2 세라믹 하우징부(300)를 더 포함하고, 제2 세라믹 하우징부는 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(200)와 결합된다. 제2 세라믹 하우징부(300)는 돌기부(301)를 포함하고, 이러한 돌기부는 리세스들(321)을 구비하며, 이러한 리세스들 내에서 전기적 공급 라인들은 적어도 부분적으로 안내 및 배치되어 있다. 제2 세라믹 하우징부(300)는 마찬가지로 알루미늄 옥사이드를 포함하고, 사출 성형 부품으로 제조된다.
제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)는 결합 재료(500)를 이용하여 서로 결합되어 있다. 결합 재료(500)는 중합체를 포함한다. 대안적으로, 결합 재료(500)는 유리 또는 세라믹 접착제를 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
제1 세라믹 하우징부(200)의 슬리브형 하부 영역부(210) 내에 주조 물질(400)이 배치되고, 주조 물질은 온도 탐침 부재(1)의 센서 부재(2)를 둘러싼다. 주조 물질(400)은 중합체를 포함한다. 대안적으로, 주조 물질(400)은 유리 또는 예컨대 알루미늄 옥사이드 시멘트와 같은 시멘트 종류 물질을 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
전기적 공급 라인들(4)은 경질 납땜을 이용하여 내온도성 연결 라인들(600)과 결합된다. 대안적으로, 전기적 공급 라인들(4)은 크림핑 또는 용접을 이용하여 연결 라인들(600)과 결합될 수 있다. 연결 라인들(600)은 피복을 포함하고, 피복은 중합체로 구성된다. 또한, 연결 라인들(600)의 피복이 유리 섬유로 구성되거나 연결 라인들(600)이 금속 피복된 미네랄 절연 라인들로서 형성될 수 있다. 연결 라인들(600)은 크림핑을 이용하여 플러그 결합부(800)와 결합된다. 대안적으로, 연결 라인들(600) 및 플러그 결합부(800)의 결합은 납땜 또는 용접을 이용하여 수행될 수 있다.
온도 센서 시스템(100)은 출구 영역(700)을 포함하고, 이러한 출구 영역 내에서 연결 라인들(600)은 제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)로부터 나와 있다. 출구 영역(700)은 중합체를 포함한 밀봉부(900)를 이용하여 밀폐된다. 대안적으로, 밀봉부(900)는 유리 또는 세라믹 주조 물질을 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
유리하게는, 온도 센서 시스템(100)은 매우 짧은 응답 시간, 매우 높은 기계적 및 화학적 견고성, 그리고 양호한 장시간 안정성을 포함한다. 이를 통해 온도 센서 시스템(100)은 높은 응용 온도에서 매우 공격적인 매질이나 가스에 사용될 수 있다. 온도 센서 시스템(100)의 다른 이점은 부가적인 시스템 요소 없이 간단하고 표준화된 조립을 가능하게 하는 하우징 치수의 매우 정밀한 설계에 있다.
도 7은 본원에 설명된 일 실시예에 따른 온도 센서 시스템(100)의 제조 방법을 도시한다. 이때 제1 방법 단계(10)에서 온도 탐침 부재(1), 그리고 제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)가 준비된다. 제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)는 바람직하게는 세라믹 사출 성형 기술을 이용하여 제조된다. 이때 알루미늄 옥사이드 분말로 이루어진 구조 세라믹 분말 및 유기 결합제를 포함하는 세라믹 피드 스톡은 원하는 금형 내에 주입되고, 이로부터 생성되는 성형체는 이후에 탈지 공정에서 가급적 유기 성분이 제거된다. 이후, 탈지된 성형체는 1600℃ 내지 1700℃에서 소결된다.
이후의 방법 단계(20)에서, 온도 탐침 부재(1)는 제1 세라믹 하우징부(200)의 슬리브형 하부 영역부(210)의 닫힌 하부 말단(215) 내에 배치된다. 이후, 방법 단계(30)에서 주조 물질(400)은 제1 세라믹 하우징부(200), 특히 슬리브형 하부 영역부(210) 내에 반입되되, 센서 부재(2)는 주조 물질(400)에 의해 둘러싸이도록 반입된다. 주조 물질(400)은 바람직하게는, 중합체를 포함한다. 대안적으로, 주조 물질(400)은 유리 또는 예컨대 알루미늄 옥사이드 시멘트와 같은 시멘트 종류 물질을 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 이후의 방법 단계(40)에서 온도 탐침 부재(1)의 전기적 공급 라인들(4)의 일부는 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(200)의 리세스들(221) 내에 배치된다. 이후, 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(220)는 방법 단계(50)에서 결합 재료(500)를 이용하여 제2 세라믹 하우징부(300)와 결합되고, 결합 재료는 예컨대 중합체, 유리 또는 세라믹 접착제를 포함한다. 이때 전기적 공급 라인들(4)의 영역들은 제2 세라믹 하우징부(300)의 돌기부(301)의 리세스들(321) 내에서 안내된다. 이어서, 출구 영역(700)은 중합체를 포함하는 밀봉부(900)에 의해 밀폐된다. 대안적으로, 밀봉부(900)는 유리 또는 세라믹 주조 물질을 포함하거나 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
도면들에 도시된 실시예들은 대안적 또는 부가적으로 일반적 설명의 실시 형태들에 따른 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예들에 한정되지 않으며, 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함한다. 이는 특히, 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명시적으로 특허 청구범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라고 특허 청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포괄한다.
100 온도 센서 시스템 200 제1 세라믹 하우징부
210 하부 영역부 215 닫힌 하부 말단
216 개방 상부 말단 220 상부 영역부
221, 321 리세스 300 제2 세라믹 하우징부
301 돌기부 400 주조 물질
500 결합 재료 600 연결 라인
700 출구 영역 800 플러그 결합
900 밀봉부 1 온도 탐침 부재
2 센서 부재 4 전기적 공급 라인들
10, 20, 30, 40, 50 방법 단계

Claims (14)

  1. 센서 부재(2) 및 전기적 공급 라인들(4)을 포함하는 온도 탐침 부재(1); 및
    닫힌 하부 말단(215) 및 개방 상부 말단(216)을 구비한 슬리브형 하부 영역부(210), 및 상기 개방 상부 말단(216)과 연결된 상부 영역부(220)를 포함하는 제1 세라믹 하우징부(200);를 포함하고,
    상기 센서 부재(2)는 상기 슬리브형 하부 영역부(210) 내에 배치되고,
    상기 상부 영역부(220)는 리세스들(221)을 포함하고, 상기 리세스들 내에서 상기 전기적 공급 라인들(4)은 적어도 부분적으로 배치 및 안내되며, 그리고
    상기 하부 영역부(210) 및 상기 상부 영역부(220)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 세라믹 하우징부(200)는 사출 성형 부품인 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 세라믹 하우징부(200)는 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 하우징부(200)와 결합되며 리세스들(321)을 구비한 돌기부(301)를 포함하는 제2 세라믹 하우징부(300);를 포함하고, 상기 리세스들 내에서 상기 전기적 공급 라인들(4)은 적어도 부분적으로 배치 및 안내되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)는 중합체, 유리 또는 세라믹 접착제를 포함하는 결합 재료(500)에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 하우징부의 하부 영역부(210) 내에 배치되며 상기 센서 부재(2)를 둘러싸는 주조 물질(400);을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 주조 물질(400)은 중합체 또는 유리 또는 알루미늄 옥사이드 시멘트를 포함하거나 그것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 부재(2)는 NTC-센서 부재인 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 NTC-센서 부재(2)는 (Y1-xCax)(Cr1-yAly)O3의 식을 가지며, 이때 x = 0.03 내지 0.05이고, y = 0.85인 페로브스카이트 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 NTC-센서 부재(2)는 Co3-(x+y)NixMnyO4의 식을 가지며 이때 x = 1.32, y = 1.32인 스피넬 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 온도 센서 시스템의 제조 방법에 있어서,
    온도 탐침 부재(1), 및 제1 및 제2 세라믹 하우징부(200, 300)의 준비 단계;
    상기 온도 탐침 부재(1)를 상기 제1 세라믹 하우징부(200)의 슬리브형 하부 영역부(20) 내에 배치하는 단계;
    상기 제1 세라믹 하우징부(200)에 주조 물질을 반입시키되, 상기 센서 부재(2)가 상기 주조 물질(400)에 의해 둘러싸이도록 반입시키는 단계;
    상기 전기적 공급 라인들(4)의 일부를 상기 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(220)의 돌기부(301)의 리세스들(221) 내에 배치하는 단계; 그리고
    상기 제1 세라믹 하우징부(200)의 상부 영역부(220)와 상기 제2 세라믹 하우징부(300)를 결합 재료(500)를 이용하여 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 주조 물질(400) 및 상기 결합 재료(500)는 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 전기적 공급 라인들(4)은 경질 납땜, 크림핑 또는 용접을 이용하여 상기 연결 라인들(600)과 결합되고, 상기 연결 라인들(600)은, 상기 상부 영역부(220)와 상기 제2 세라믹 하우징부(300)의 결합 전에, 부분적으로 상기 상부 영역부(220)의 돌기부(301)의 리세스들(221) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 연결 라인들(600)은 상기 제1 및/또는 제2 세라믹 하우징부(200, 300)로부터의 출구 영역(700) 내에서 중합체를 이용하거나 유리를 이용하여 밀봉되는 것을 특징으로 하는 방법.
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