TW201421495A - 減輕熱電動勢之金屬片電阻器 - Google Patents

Abstract

一種金屬片電阻器包括一電阻器本體其具有一電阻性元件其由一電阻性金屬材料片製成及一第一端部(termination)其被電連接至該電阻性元件以形成一第一接合處(junction)及一第二端部其被電連接至該電阻性元件以形成一第二接合處，該第一端部與該第二端部係由導電金屬材料片製成。該電阻性元件，該第一端部，及該第二端部被設置成可減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓。

Description

減輕熱電動勢之金屬片電阻器 〔相關申請案〕

本申請案與2009年3月19日提申之美國暫時申請案第61/161,636號及2009年4月15日提申的美國暫時申請案第61/169,377號有關，這兩個申請案的全部內容藉此參照被併於本文中。

本發明係有關於電阻器。詳言之，本發明係有關於金屬片電阻器其被建構來減輕熱電動勢的影響。

熱電動勢(EMF)是一種電壓，它是在兩個不相同的金屬結合在一起時被產生。當有兩個極性相反的接合處且接合處的溫度相同時，就沒有淨電壓。當其中一個接合處的溫度不同於另一接合處時，一淨電壓差就會被偵測到。一電阻器可具有一金屬電阻性元件其被連接在銅端子(terminal)之間，藉以提供兩個接合處並讓該電阻器易受到熱EMF的不利影響。

此種結構的電阻器通常被用來藉由測量橫跨該電阻器的電壓降來感測電流。在該電流很小的情形中，橫跨該電阻器被產生的訊號電壓亦很小且熱EMF造成的任何電壓會造成一很明顯的測量誤差。

一種解決此問題的先前技藝方法是將用於該電阻性元件的金屬合金更改為具有低熱電動勢的金屬合金。在一些情形中，這會產生其它的問題，譬如像是成本增加，大量電阻(bulk resistivity)的增加，這會產生一製造成本很高的電阻器形狀，或犧牲掉其它電特性，譬如像是TCR(電阻的溫度係數)。

另一種先前技術是添加一ASIC(特用積體電路)，其被設計來補償該被熱誘發的EMF所產生的補償電壓(offset voltage)。此一方式增加材料成本，組裝的複雜度，及在組裝步驟及設備方面的製造成本。

業界所需要的是提供一種電阻器，其可減輕熱EMF的效應同時不會對所使用的金屬電阻合金的種類強加任何限制。

依據一實施例，一金屬片電阻器被提供。該金屬片電阻器包括一電阻器本體其具有至少一電阻性元件其由一電阻性金屬材料片(譬如，艾文姆合金(Evanohm)，錳鎳銅合金，或其它)製成，及一第一端部其被電連接至該電阻性元件以形成一第一接合處及一第二端部其被電連接至 該電阻性元件以形成一第二接合處；該第一端部與該第二端部是用具有高導電性的高度導電金屬材料，譬如銅或其它，製成。先前技術的金屬片導電器被描述於美國專利第5,604,477號(Rainer等人)中。該電阻性元件，該第一端部，及該第二端部被設置成有助於減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓。該電阻器本體可包括一褶皺(fold)其介於該電阻器本體的一第一部分與該電阻器本體的一第二部分之間。一導熱但不導電的材料可被用來將該電阻器本體的第一部分熱連接至該電阻器本體的第二部分並有助於降低該第一接合處與該第二接合處之間的溫度差，藉以減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓的影響。

依據另一實施例，一種金屬片電阻器被提供。該金屬片電阻器包括一電阻器本體其具有一用電阻性金屬材料片製成的電阻性元件及一第一端部其被接合至該電阻性元件以形成一第一接合處及一第二端部其被接合至該電阻性元件以形成一第二接合處；該第一端部及該第二端部是用高導電性金屬材料片製成。該電阻器本體被摺疊於自身上且相匹配的表面用一導熱但不導電的黏劑相黏合，藉以平衡該電阻器本體兩側之間的溫度，以減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓的影響。

根據另一實施例，一種金屬片電阻器被提供。該金屬片電阻器包括一電阻器本體其具有一用電阻性金屬材料片製成的電阻性元件及一第一端部其被接合至該電阻性元件 以形成一第一接合處及一第二端部其被接合至該電阻性元件以形成一第二接合處；該第一端部及該第二端部是用高導電性金屬材料片製成。該電阻性元件，該第一端部，及該第二端部被設置成可提供一沿著該第一接合處的長度的第一溫度梯度及一沿著該第二接合處的長度的第二溫度梯度，使得在相反的接合處上的任何兩個相鄰點的溫度是實質上相同的。

根據另一實施例，一種製造一金屬片電阻器的方法包括將一電阻性金屬材料與一導電材料接合以形成一電阻器本體其具有多個接合處介於該電阻性材料與該導電材料之間，將該電阻器本體摺疊，及用一導熱但不導電的黏劑將該褶皺的一側上的電阻器本體黏合至該褶皺的另一側上的電阻器本體，藉以形成一金屬片電阻器，其被建構來減輕被熱熱誘發的電壓的影響。

10‧‧‧金屬片電阻器

11‧‧‧電阻器本體

12‧‧‧摺線

13‧‧‧電阻性元件

14‧‧‧第一電阻性元件部分

15‧‧‧第一接合處

16‧‧‧第一端部

17‧‧‧第二接合處

18‧‧‧第二電阻性元件部分

20‧‧‧第二端部

22‧‧‧間隙

30‧‧‧黏劑

24‧‧‧高導電性金屬材料

15A‧‧‧接合處

15B‧‧‧接合處

17A‧‧‧接合處

17B‧‧‧接合處

26‧‧‧缺口

圖1顯示一金屬片電阻器在摺疊之前的情形；圖2顯示一具有雙電阻性元件的金屬片電阻器摺疊之前的形成；圖3顯示圖1的金屬片電阻器在摺疊之後的情形；圖4顯示圖2的金屬片電阻器在摺疊之後的情形；圖5為圖3的金屬片電阻器的剖面圖；圖6為圖4的金屬片電阻器的剖面圖；圖7顯示一具有一幾何形狀的電阻器，其藉由沿著每 一接合處維持一相同的溫度梯度以平衡在相反接合處上任兩個鄰接點橫跨該電阻性元件的溫度差來減輕熱誘發的電壓的影響；圖8顯示另一具有一幾何形狀的電阻器，其藉由沿著每一接合處維持一相同的溫度梯度以平衡在相對接合處上任兩個鄰接點橫跨該電阻性元件的溫度差來減輕熱誘發的電壓的影響；圖9顯示另一具有一幾何形狀的電阻器，其藉由沿著每一接合處維持一相同的溫度梯度以平衡在相對接合處上任兩個鄰接點橫跨該電阻性元件的溫度差來減輕熱誘發的電壓的影響；圖10A-10D顯示另一用來減輕熱誘發的電壓的影響的金屬片電阻器；及圖11A-11D顯示另一用來減輕熱誘發的電壓的影響的金屬片電阻器。

揭露於本文中中的實施例提供一用來減輕熱電動勢(EMF)的影響的電阻器。這不論熱EMF如何都可允許使用任何數量的金屬電阻器合金種類並消除任何端部與端部之間的溫度差。揭露於本文中的實施例藉由使用適當的電阻器幾何形狀，金屬成形，及/或熱傳材料來達到所想要的結果。

應被提出的是，揭露於本文中的實施例係使用一種可 讓兩個金屬接合處達到相同的溫度，而不是藉由改變電阻器的電阻性元件材料及/或端部材料，或增加補償電路來抵銷一特定的電阻器金屬合金組的熱EMF。不論所使用的金屬合金為何及它們特定的熱EMF特性為何，揭露於本文中的實施例在使用此方式來克服該問題上都可發揮功效。因此，揭露於本文中的實施例並不侷限於特定的材料種類且材料可被選擇用以將其它電子特性最佳化，譬如像是TCR，電阻值，或穩定性，而不用擔心該熱EMF。這是一項很重大的優點。

圖1顯示一具有電阻器本體11之金屬片電阻器10在摺疊之前的狀態。該電組器本體11具有一第一端部16及一第二端部20。該電阻器本體11包括至少一電阻性元件13。該第一端部16及該第二端部20包含金屬片。該電阻性元件13亦包含一金屬片，其合金不同於端部金屬的合金。該等金屬片被接合用以提供電及機械連接於該第一端部16、第二端部20及電阻性元件13之間。一第一接合處15被提供在該第一端部16被接合至該電阻性元件13處，及一第二接合處17被提供在該第二端部20被接合至該電阻性元件13處。

一摺線12位在中間點處，其位於該電阻器本體11的兩端之間的等分處且其延伸通過該電阻器元件13的中點，使得該電阻性元件13的一第一電阻性元件部分14與一第二電阻性元件部分18位於該質線12的相反側上，及使得該第一端部16與該第二端部20位在該摺線12的相 反側上及第一接合處15與第二接合處17是在該摺線12的相反側上。該電阻器本體11係沿著摺線12被摺疊，該摺線係與該電阻器本體11的兩端都等距。應被理解的是，除了該中點位置之外，該摺線可位在沿著該電阻器本體的不同位置處。

在摺疊之前，將會位在被摺疊的電阻器內部的部分的一半被塗上一具有良好的導熱性但不導電的材料(導熱材料)。該導熱材料亦可包括一黏劑其可將該電阻器本體的兩半黏合在一起。圖3及圖5顯示該電阻器在摺疊及黏合之後的狀態。該電阻器本體的一半被摺疊於它本身上。如圖5所示，在至兩半之間有一間隙22。該間隙22的大小在0.001英吋(0.0254公釐)至0.005英吋(0.127公釐)的範圍之內，但該間隙可以更大一些或更小一些。該間陷22被填入一導熱材料或黏劑30，譬如像是一包括彈性體及導熱填料的材料。其它導熱材料可被用來達到所想要之黏合及將熱從一半傳導至另一半同時將這兩半彼此電絕緣的目的。

藉由以此方式將該電阻器10的兩個半邊熱連接，兩個銅與電阻性合金的接合處的溫對被保持在相同的溫度，因而消除了任何來自該等接合處之熱EMF的淨電壓。因此，該導熱材料30允許熱被傳遞於該電阻器的相反側之間，使得第一接合處與第二接合處被保持在實質相同的溫度，藉以減輕熱EMF的效應。

另一實施例被示於圖2，4及6中。圖2，4及6的電 阻器與圖1，3及5的電阻器相同，但該電阻性元件13是一雙電阻性元件使得該第一部分14與該第二部分18被一導電性金屬材料24分隔開。應被指出的是，在圖2中在該電阻性元件13的第一部分14的相反側上有接合處15A，15B及在該電阻性元件13的第二部分18的相反側上有接合處17A，17B。如在圖6中看得更清楚地，該雙電阻性元件讓該導電性材料24位在該摺線12的兩側使得機械應力沒有被產生在該電阻性元件13中。此結構有助於防止可能的電阻值(resistance)問題，如果該摺線通過該電阻性元件的話就會發生此問題。雖然此結構具有四個接合處15A，15B，17A，17B，而不是兩個接合處，但在兩個可能的溫度的每一個溫度中都有兩個相反的接合處。因此，此結構仍可減輕熱EMF的效應。

圖10A-10D顯示類似於圖1所示的另一個實施例。圖10D顯示摺疊之前的該電阻器本體11。應被指出的的是，該未摺疊的電阻器本體11的幾何形狀與圖1類似，不同處在於第二端部在其外緣處具有一缺口26，以利於摺疊成如圖10B所示的形狀。

圖11A-11D顯示一電阻器的另一實施例，其具有一電阻器元件，該電阻器元件藉由消除端子(terminal)突出部而使用較少的焊接片，但使用相同的金屬接合處形成及黏合方法，用以防止任何接合處溫度差。

圖7，圖8及圖9顯示用來減輕與接合處相關之熱EMF效應之沒有使用摺疊的電阻器幾何形狀的其它例子。 每一個例子都是金屬片電阻器結構。在這些設計的每一個設計中，每一個銅(或其它導體)與電阻性合金接合處都具有一沿著每一接合處的長度之由兩個端子之間任何可能的溫度差所造成的溫度梯度。如圖7及8中所示，該電阻器本體11可包括導電部分，其形狀通常是錐形或三角形。因為沿著每一接合處的長度的溫度梯度不論在該電阻性元件的哪一側當是相同的，所以在相反接合處的任兩個鄰接點的溫度都是實質相同，且每一接合處都是相反極性，因此熱誘發的電壓都是相等的且彼此相互抵銷。應指出的是，以此方式，可以有各式的結構都被實施，以減輕熱EMF。

因此，一種用來減輕熱EMF效應的金屬片電阻器已被揭露。揭露於本文中的實施例提供一種用來減輕熱EMF效應的電阻器。揭露於本文中的實施例不管熱EMF如何都可以使用多種金屬電阻值合金且可消除端子與端子間的溫度差。揭露於本文中的實施例藉由使用適當的電阻器形狀，金屬成形，及/或熱傳遞材料來達成所想要的結果。本發明包含各種變化，選擇，及替代例，這包含在所用的幾何形狀，所用的材料種類，及其它方面的變化。

10‧‧‧金屬片電阻器

11‧‧‧電阻器本體

16‧‧‧第一端部

18‧‧‧第二電阻性元件部分

20‧‧‧第二端部

Claims (33)

1. 一種電阻器，其包含：一本體，其包含一電阻性元件及多個端部其用來和該電阻性元件形成多個接合處，該本體界定一間隙；及一導熱材料，其被設置在該間隙的至少一部分內，該導熱材料被建構來將該等接合處間的溫度差最小化。
2. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體被摺疊於它本身上。
3. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體是一單一電阻性元件。
4. 如申請專利範圍第3項之電阻器，其中該本體被摺疊通過該電阻性元件，其中該電阻性元件具有一第一電阻性元件部分其被設置在該間隙的一側上及一第二電阻性元件部分其被設置在該間隙的一相對側上。
5. 如申請專利範圍第4項之電阻器，其中該間隙被設置在該第一電阻性元件部分與該第二電阻性元件部分之間，其中該導熱材料熱連接該第一電阻性元件部分與該第二電阻性元件部分。
6. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體具有多個電阻性元件。
7. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體具有第一及第二電阻性元件。
8. 如申請專利範圍第7項之電阻器，其中該本體被摺疊通過一位在該第一及第二電阻性元件之間的點，其中該 第一阻性元件被設置在該間隙的一側上及該第二電阻性元件被設置在該間隙的一相對側上，其中該導熱材料熱連接該第一電阻性元件與該第二電阻性元件。
9. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該導熱材料更包含一黏劑。
10. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該導熱材料是不導電的。
11. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體摺疊於它本身上且用一導熱黏劑黏合，藉以減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓。
12. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體在其中間點被摺疊。
13. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該導熱材料只被設置在該間隙內。
14. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該本體包含一在該間隙的第一側上的第一部分，該第一部分包含被設置在一平面內的該第一接合處及該等端部的一第一端部。
15. 如申請專利範圍第14項之電阻器，其中該本體包含一第二部分，其被設置在該間隙的和該第一部分相反的一側上，該第二部分包含被設置在一平面內的該第二接合處及該等端部的一第二端部。
16. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該等端部被彎折至一平面內。
17. 如申請專利範圍第1項之電阻器，其中該等端部被彎折出一平面。
18. 一種製造電阻器的方法，其包含：將一本體摺疊於它本身上以界定一間隙，該本體包括至少一電阻性元件；及施用一導熱材料於該間隙的至少一部分內。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該本體具有一單一電阻性元件。
20. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該本體被摺疊通過該電阻性元件，其中該電阻性元件具有一第一電阻性元件部分其被設置在該間隙的一側上及一第二電阻性元件部分其被設置在該間隙的一相對側上。
21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該間隙被設置在該第一電阻性元件部分與該第二電阻性元件部分之間，其中該導熱材料熱連接該第一電阻性元件部分與該第二電阻性元件部分。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該本體具有多個電阻性元件。
23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該本體具有第一及第二電阻性元件。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該本體被摺疊通過一位在該第一及第二電阻性元件之間的點，其中該第一阻性元件被設置在該間隙的一側上及該第二電阻性元件被設置在該間隙的一相對側上，其中該導熱材料熱連接 該第一電阻性元件與該第二電阻性元件。
25. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該導熱材料更包含一黏劑。
26. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該導熱材料是不導電的。
27. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該本體在其中間點被摺疊。
28. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該導熱材料只被設置在該間隙內。
29. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該本體包含一在該間隙的第一側上的第一部分，該第一部分包含被設置在一平面內的該第一接合處及該等端部的一第一端部。
30. 如申請專利範圍第29項之方法，其中該本體包含一第二部分，其被設置在該間隙的和該第一部分相反的一側上，該第二部分包含被設置在一平面內的該第二接合處及該等端部的一第二端部。
31. 一種電阻器，其包含：一本體，其具有至少一電阻性元件，該本體具有一第一端其耦接至該第一端部以形成一具有一長度的第一接合處及一第二端其耦接至該第二端部以形成一具有相同長度的第二接合處；其中該電阻性元件，該第一端部，及該第二端部被設置成具有一沿著每一接合處的長度的溫度梯度，藉以減輕該第一接合處與該第二接合處之間被熱誘發的電壓。
32. 如申請專利範圍第31項之電阻器，其中該第一及第二端部是錐形的。
33. 如申請專利範圍第31項之電阻器，其中該等端部的每一者包括兩個彎出平面的彎折處，該間隙被形成在該等端部的末端之間。