溫度計和用于加工溫度計的方法
【技術領域】
[0001]本發明給出一個溫度計。還給出一種用于加工溫度計的方法。
【背景技術】
[0002]例如通過陶瓷的加熱導體-熱敏電阻元件(NTC熱敏電阻，“負溫度系數熱敏電阻”)、硅-溫度傳感器(例如所謂的KTY-溫度傳感器)、鉑-溫度傳感器(PRTD，“鉑電阻溫度檢測器)”或熱偶(TC，“熱電偶”)為了在不同的應用中監控和調節測量溫度。為了足夠的機械穩定性，為了防止外部影響以及為了避免由于侵蝕介質的腐蝕并且為了避免由于在NTC材料或在電極中的氣體氛圍由溫度引起的材料變化，陶瓷的感應元件一般配有由聚合物或玻璃制成的覆層。這種感應元件的最高使用溫度在聚合物封套的情況下限制在約200°C，并且在玻璃封套的情況下限制在約500°C至700°C。
[0003]但是上述的感應元件不能容易地用于測量非常高的溫度和/或在特別侵蝕的介質中持久地使用。但是為了可以在侵蝕介質中使用，感應元件經常安裝在塑料或特種鋼外殼里面。為了建立與部件的熱接觸，附加地經常使用澆鑄材料。這樣構造的系統的主要缺陷是，由于附加的結構引起的熱傳導和所使用材料的微小的導熱帶來其延遲的響應時間。具有聚合物或玻璃封套的溫度計的特殊缺陷是其劇烈地振蕩和幾乎不能容忍的溫度計頭幾何尺寸。因此這些溫度計不適用于標準的安裝。
【發明內容】
[0004]要解決的至少一些實施例的任務是，給出一溫度計，它具有高的牢固度以及短的響應時間。至少一些實施例的另一任務是，給出一種用于加工溫度計的方法。
[0005]這些目的通過按照獨立權利要求的內容和方法得以實現。此外，由從屬權利要求、下面的描述和附圖給出所述內容的有利實施例和改進方案。
[0006]按照至少一實施例的溫度計具有陶瓷功能的感應元件和陶瓷外殼。所述陶瓷功能的感應元件最好由陶瓷的熱敏電阻元件構成。例如，陶瓷功能的感應元件可以是NTC熱敏電阻元件(NTC，“負溫度系數”)，即熱導體。NTC熱敏電阻元件的特征尤其在于其微少的加工成本。NTC熱敏電阻元件例如與熱偶或金屬電阻元件、例如Pt元件相比的另一優點在于顯著的、負的電阻溫度特征。此外能夠使陶瓷功能的感應元件由PTC熱敏電阻元件(PTC，“正溫度系數”)，即冷導體構成。
[0007]所述感應元件最好這樣設置在陶瓷外殼里面，使所述感應元件的至少一側面具有與陶瓷外殼直接且形狀鎖合的接觸。例如，所述陶瓷功能的感應元件可以具有多個側面，其中至少一側面整平面地與陶瓷外殼的內壁直接接觸。在此陶瓷外殼的內壁在這個部位以其形狀適配于感應元件的側面，由此得到在感應元件內壁與陶瓷外殼內壁之間的形狀鎖合的接觸。在直接且形狀鎖合地與陶瓷外殼接觸的感應元件側面與陶瓷外殼之間尤其不設置其它元件，例如澆鑄材料或導熱膏。
[0008]所述溫度計由于陶瓷外殼和形狀鎖合地與陶瓷功能的感應元件的連接有利地具有非常短的響應時間，它們例如根據壁厚并且根據陶瓷外殼的原料位于三秒以下。響應時間最好可以在一秒以下，并且例如當陶瓷外殼具有非常薄的壁厚時，甚至為幾毫秒。
[0009]按照另一實施例，所述陶瓷外殼具有陶瓷結構的原料，具有高的導熱能力，或者由這種原料制成。所述陶瓷外殼最好具有氧化鋁。這種陶瓷外殼的特征在于有利的特別高的導熱能力。所述陶瓷外殼可以具有不同質量的氧化鋁。例如，所述陶瓷外殼可以具有純度至少為95%至99.9%或者更高的氧化鋁。在此陶瓷外殼的牢固度在機械強度和化學耐抗性方面以及導熱能力隨著原料純度增加。按照特別優選的實施例，所述陶瓷外殼由氧化鋁制成。備選地所述陶瓷外殼可以具有其它陶瓷原料，例如氮化鋁或碳化硅，或者由其制成。
[0010]按照另一實施例，所述陶瓷外殼是噴鑄外殼。所述陶瓷外殼尤其可以利用陶瓷噴鑄工藝、例如利用所謂的陶瓷微噴鑄工藝制成。利用陶瓷微噴鑄工藝可以有利地加工非常小的適配于感應元件尺寸的陶瓷外殼的外殼形狀，具有精確的、可復制的且非常高的機械強度，其中能夠實現標準化的安裝幾何形狀。
[0011]按照另一實施例，所述陶瓷外殼具有開孔，通過它所述陶瓷外殼半側地敞開。所述陶瓷外殼最好具有凹穴，它具有與開孔對置的底面，后者具有臺階形凹下。所述感應元件最好至少部分沉降地設置在凹下里面。所述凹下例如可以是凹穴內部的凹下的部位，其中凹下的部位通過臺階與凹穴的其它部分連接。感應元件的至少一側面最好位于與凹下底面的至少一局部部位直接且形狀鎖合的接觸。
[0012]按照另一實施例，所述陶瓷外殼在外側面上具有與開孔對置的倒圓的端部。例如與開孔對置的陶瓷外殼端部可以在外側面上具有部分的或者半球形的部位。
[0013]按照另一實施例，所述凹下具有主部位和兩個鄰接主部位的兩個對置側面的側面袋。所述感應元件最好至少部分地設置在主部位。例如，所述凹下的主部位例如可以在其形狀和尺寸上這樣適配于感應元件的形狀和尺寸，使感應元件可以完全設置在凹下的主部位里面，其中所述感應元件盡可能完全充滿主部位。所述側面袋優選具有從開孔看去的深度，它小于直到凹下的凹下部位底面的深度，凹下部位如上所述通過臺階與凹下的其它部分連接。尤其所述凹下的部位可以在視線上設置在側面袋之間的開孔里面。
[0014]按照另一實施例，所述溫度計具有兩個接觸部件。每個接觸部件最好至少部分地設置在一個鄰接主部位的側面袋里面。此外，所述接觸部件最好導電地與感應元件連接。所述側面袋例如可以在其形狀和尺寸上適配于接觸部件的直徑，由此使接觸部件能夠至少部分地插入側面袋里面。此外，所述接觸部件從陶瓷外殼伸出來。所述接觸部件最好具有溫度穩定的原料，具有微少的腐蝕傾向。例如，所述接觸部件可以具有貴金屬例如鉑、金、銀或高溫穩定的合金鋼，最好具有高含量的鉻和/或鎳，或者由這些材料制成。
[0015]按照另一實施例，所述接觸部件由連接絲構成。例如所述接觸部件可以以鎳包裹的銅絲形式或者通過一種或多種其它上述金屬構成。
[0016]按照另一實施例，所述感應元件具有兩個電極。所述電極最好涂覆在感應元件的兩個對置的側面上。所述接觸部件最好分別利用設置在側面袋里面的、焙燒的金屬化膏與感應元件的電極導電地連接。在此所述接觸部件的端部可以分別襯入到加入到側面袋里面的金屬化膏里面。所述感應元件的電極例如可以根據溫度計的最高使用溫度具有金屬，例如鉑，金，銀，或者金屬合金，例如銀-鈀，或者由其制成。用于在接觸部件與感應元件的電極之間電接通的金屬化膏最好具有金屬例如金、銀或鉑，或者由其制成。此外金屬化膏可以具有銅、鉬或鎢或者金屬合金，例如銀-鈀或由其制成。
[0017]按照另一實施例，所述陶瓷外殼的開孔利用玻璃密封封閉。所述接觸部件最好從玻璃密封伸出來并因此從開孔內部穿過玻璃密封向外伸出來。所述玻璃密封例如具有無強堿和/或重金屬氧化物的玻璃，具有適配于陶瓷外殼材料的膨脹系數。用于玻璃密封的材料有利地具有軟化點，它位于溫度計最高使用溫度以上至少50°C。
[0018]按照另一實施例，所述感應元件具有包括元素Y，Ca, Cr, Al, O的鈣鈦礦結構。此外所述感應元件可以具有鈣鈦基的元素Sn。
[0019]按照另一實施例，所述感應元件具有陶瓷原料，具有一般化學式ABOj^鈣鈦礦結構。尤其對于高溫穩定的溫度計優選這樣的感應元件，它們應該適用于高的應用溫度。特別優選所述陶瓷功能的感應元件具有組分(Y^Cax) (Cr1^yAly)O3,其中x=0.03至0.05，y=0.85。
[0020]按照另一實施例，所述感應元件具有包括元素Ni, Co, Mn, O的尖晶石結構。尖晶石基的感應元件還可以具有一種或多種下面的元素:A1, Fe, Cu, Zn, Ca, Zr, Ti, Mg。
[0021 ] 按照另一實施例，所述感應元件具有陶瓷原料，具有一般化學式AB2O4或者B (A, B)04的尖晶石結構。這樣的感應元件尤其在低應用溫度時優選。按照特別優選的實施例，所述陶瓷功能的感應元件具有組分C °3-(x+y)NixMny04? 其中 χ=1.32，y=l.32。
[0022]按照另一實施例，所述陶瓷外殼具有0.1mm至Imm的壁厚。這尤其可以意味著，半側敞開的陶瓷外殼具有至少一外殼壁，具有0.1mm至Imm的厚度。優選所述陶瓷外殼到處都具有上述范圍的壁厚。按照特別優選的實施例，所述陶瓷外殼具有0.3mm至0.7mm的壁厚。通過陶瓷外殼的這種壁厚可以實現溫度計特別短的響應時間。
[0023]在這里所述的溫度計有利地具有非常短的響應時間、非常高的機械以及化學牢固度和非常好的長時間穩定性。其它優點在于非常精確的陶瓷外殼尺寸結構，它能夠無需附加系統部件地標準化地裝配。
[0024]此外給出一種用于加工溫度計的方法。由此加工或制成的溫度計可以具有上述實施例的一個或多個特征。上述的和下面描述的實施例同樣適用于溫度計、也適用于用于加工該溫度計的方法、
按照一實施例，為了加工溫度計，制備陶瓷的初始原料以及配有電極的陶瓷功能的感應元件。所述陶瓷功能的感應元件例如可以是NTC或PTC熱敏電阻元件。陶瓷的初始原料例如可以是所謂的陶瓷原料，它具有陶瓷結構的粉末、例如氧化鋁粉末和有機粘接劑。所述初始原料利用噴鑄工藝噴射到相應的模具里面。最好將由此產生的所謂的基體接著在脫脂工藝中盡可能沒有有機含量，脫脂工藝是兩級的、即水性的和熱技術的、或者單級的、即只熱技術的。接著將脫脂的基體以適合的溫度燒結成陶瓷外殼。例如，在氧化鋁情況下根據原料純度以1600°C至1700°C實現燒結。此外，將提供的感應元件這樣布置在由此制成的陶瓷外殼里面，使感應元件的至少一側面具有與陶瓷外殼直接且形狀鎖合的接觸。
[0025]按照另一實施例，在布置感應元件在陶瓷外殼里面以后使接觸部件分別利用金屬化膏導電地與感應元件的電極連接。例如，所述金屬化膏可以摻雜到凹下的側面袋里面并且接著將接觸部件加入到側面袋里面，由此將接觸部件的端部分別襯入到金屬化膏里面。接著最好以適合的溫度，它取決于所使用的金屬化膏原料，焙烤金屬化膏。
[0026]按照另一實施例，利用玻璃膏封閉陶瓷外殼的開孔。接著以適合的溫度焙烤玻璃膏。對于玻璃膏使用的玻璃原料最好與將來溫度計的使用溫度相協調，并且具有在溫度計的最高使用溫度以上至少50°C的軟化點Te。
[