DE29823817U1

DE29823817U1 - Passiver Temperaturfühler

Info

Publication number: DE29823817U1
Application number: DE29823817U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2008-08-07

Description

Passiver Temperaturfühler

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Die Erfindung betrifft einen passiven Temperaturfühler auf PTC-Basis. Unter "PTC" wird dabei ein Bauelement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, wie insbesondere ein Thermistor oder Kaltleiter, verstanden.

Derzeit gibt es einlagige PTCs, die ausgehend von einem minimalen Widerstandswert R₁^_n einen Kennlinienverlauf haben, der sich durch einen Widerstandsanstieg zu niedrigeren und zu höheren Temperaturen auszeichnet.

Fig. 11 zeigt einen solchen typischen Kennlinienverlauf eines PTC-Bauelements. Dabei ist der Widerstandswert R in Abhängigkeit von der Temperatur T aufgezeichnet. Ausgehend von einem minimalen Widerstandswert R_mir, steigt der Widerstand beidseitig an, wobei insbesondere zu höheren Temperaturen und dort wieder speziell ab einer Bezugstemperatur T_B ein steiler Anstieg des Widerstandes um mehrere Größenordnungen zu verzeichnen ist. Dieser starke Widerstandsanstieg ab der Bezugstemperatur T_B wird für zahlreiche Anwendungen ausgenutzt.

So verwenden Kaltleiter als passive Temperaturfühler ausschließlich diesen steilen Bereich der Kennlinie, in welchem der Widerstandswert des Kaltleiters eine Funktion der Umgebungstemperatur ist. Infolge des steilen Verlaufes der Kennlinie können Meßtemperaturen T_mess sehr genau bestimmt werden. Nachteilhaft ist aber, daß die Anwendung auf Meßbereiche von etwa T_mess + 7⁰K begrenzt ist, da oberhalb des maximalen Widerstandswertes R_max eine genaue Messung nicht mehr möglich ist. Mit anderen Worten, der Meßbereich der herkömmlichen Temperaturfühler auf PTC-Basis ist eng spezifiziert.

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Temperaturmessungen im Bereich des minimalen Widerstandswertes R_min der Kennlinie sind aus zwei Gründen nicht möglich: hier sind die Änderungen des Widerstandswertes abhängig von der Temperatur sehr gering (vgl. Fig. 11). Außerdem steigt ausgehend von diesem minimalen Widerstandswert R_min der Widerstand sowohl zu niedrigeren als auch zu höheren Temperaturen an, so daß keine eindeutige Zuordnung der Meßtemperatur T_mess erfolgen kann, ob diese kleiner oder größer als die Temperatur beim minimalen Widerstandswert R_min ist. 10

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen passiven Temperaturfühler zu schaffen, der sich durch einen erweiterten Meßtemperaturbereich auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem passiven Temperaturfühler auf PTC-Basis erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei PTC-Bauelemente so parallelgeschaltet sind, daß die sich ergebende Widerstands/Temperatur-Kennlinie über einem definierten Temperaturbereich entweder einen monoton steigenden Widerstandsverlauf oder ein ausgeprägtes Minimum im Widerstandsverlauf aufweist.

Der Vorteil einer monoton verlaufenden Widerstands/Temperatur-Kennlinie liegt darin, daß bei ihm eine eindeutige Zuordnung von Temperaturwert und Widerstandswert gewährleistet ist, so daß festgestellt werden kann, ob die Meßtemperatur T_mes3 kleiner als eine untere oder größer als eine obere Regelgrenze ist.

Die PTC-Bauelemente können in bevorzugter Weise als gesinterte Bauteile in einem Gehäuse untergebracht sein. Es ist aber auch möglich, eine Folientechnologie zur Anwendung zu bringen und Grünlinge in entsprechender Geometrie zu pressen. Zum Vermeiden von Querleitfähigkeiten zwischen einzelnen Schichten der Bauelemente können diese durch eine isolierende Keramik aus beispielsweise undotiertem Bariumtitanat (BaTiO₃) voneinander getrennt werden. Ein Sintern eines derart zusam-

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mengesetzt aufgebauten Temperaturfühlers erfolgt dann erst nach dem kompletten Schichtaufbau.

Andere Möglichkeiten zur Gestaltung von PTC-Bauelementen bestehen darin, einzelne PTC-Schichten auf ein Substrat aufzubringen und anschließend zu sintern.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei oder drei PTC-Bauelemente bzw. PTC-Schichten parallel zueinander liegen.

Für die Elektroden können herkömmliche Metallisierungen eingesetzt werden, wie sie bei PTC-Keramiken verwendet werden.

Durch Variation der einzelnen PTC-Bauelemente, die parallel zueinander liegen, der Bezugstemperaturen und der Widerstandswerte können Plateaus in der Widerstands/Temperatur-Kennlinie geschaffen werden. Ebenso ist es möglich, Minimalwerte dieser Kennlinie hinsichtlich des Widerstandswertes und der Temperatur zu verändern.
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Der erfindungsgemäße passive Temperaturfühler kann in vorteilhafter Weise zum Messen von beispielsweise Temperaturniveaus in Flüssigkeiten eingesetzt werden. Weitere Verwendungsmöglichkeiten sind Steuerungen, wie beispielsweise Thyristorsteuerungen usw.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung von drei paral lel geschalteten PTC-Bauelementen in einem Gehäuse,

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines Temperaturfühlers in Folientechnologie,

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Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Schichten des Temperaturfühlers von Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Temperaturfühlers mit isolierenden Keramikschichten,

Fig. 5 die Schichten des Temperaturfühlers von

Fig. 4 in Perspektive,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Temperaturfühlers, bei dem PTC-Schichten auf ein Substrat aufgebracht und anschließend gesintert sind,

Fig. 7 eine Vordersicht des Temperaturfühlers von

Fig. 6,

Fig. 8 den Verlauf einer Widerstands/Temperatur-Kennlinie mit einem Widerstandsplateau, 20

Fig. 9 den Verlauf einer Widerstands/Temperatur-Kennlinie mit zwei Widerstandsplateaus,

Fig. 10 den Verlauf einer Widerstands/Temperatur-Kennlinie über einem Minimum und

Fig. 11 den Verlauf einer Widerstands/Temperatur-Kennlinie eines bestehenden PTC-Bauelements.

Die Fig. 11 ist bereits eingangs erläutert worden. In den Fig. 8 bis 10 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 11 verwendet.

Fig. 1 zeigt drei gesinterte PTC-Bauelemente 2a, 2b, 2c, die über eine elektrische Kontaktierung 3 in einem Gehäuse 1 untergebracht sind. Die PTC-Bauelemente 2a, 2b und 2c liegen parallel zueinander und haben insgesamt eine Widerstands/Tem-

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peratur-Kennlinie, die entweder einen monoton steigenden Widerstandsverlauf über der Temperatur hat oder ein ausgeprägtes Minimum im Widerstandsverlauf zeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 können selbstverständlich anstelle von drei PTC-Bauelementen 2a, 2b, 2c auch noch mehr PTC-Bauelemente parallel zueinander geschaltet werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Temperaturfühlers, wobei hier ein Schichtenaufbau aus einzelnen PTC-Schichten bzw. -Bauelementen 4a, 4b, 4c zwischen zwei Elektroden 5a, 5b vorliegt. In Fig. 3 sind diese PTC-Schichten bzw. PTC-Bauelemente 4a, 4b, 4c in Perspektive gezeigt.

Zwischen den einzelnen Schichten 4a, 4b und 4c können gegebenenfalls noch isolierende Keramikschichten 6a, 6b, 6c, 6d aus beispielsweise undotiertem Bariumtitanat vorgesehen werden, um die Schichten 4a, 4b, 4c voneinander zu trennen und deren Oberflächen zu schützen, wodurch Querleitfähigkeiten zwischen den einzelnen Schichten 4a, 4b, 4c zuverlässig vermieden werden. Die Sinterung eines solchen Temperaturfühlers erfolgt vorzugsweise erst nach dem kompletten Schichtaufbau, wie dieser in Perspektive in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem PTC-Schichten bzw. PTC-Bauelemente 4a, 4b, 4c auf einem Substrat 7 vorgesehen sind. Diese PTC-Schichten bzw. -Bauelemente 4a, 4b, 4c werden zunächst auf das Substrat 7 aufgebracht und anschließend gesintert.

Selbstverständlich kann auch bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 7 die Anzahl der PTC-Bauelemente bzw. PTC-Schichten 4a, 4b, 4c größer als drei sein, wie dies bereits zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgeführt wurde.

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Der erfindungsgemäße Temperaturfühler kann eine Widerstands/-Temperatur-Kennlinie mit einem Plateau (vgl. Fig. 8), zwei Plateaus (vgl. Fig. 9) oder einem Minimum (vgl. Fig. 10) haben. Von Bedeutung ist aber, daß bei diesen Kennlinien ein monotoner Verlauf mit starker Änderung des Widerstandswertes über einem Temperaturbereich von über 15° Kelvin vorliegt, so daß der Meßbereich des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers gegenüber bestehenden Temperaturfühlern mehr als verdoppelt ist.

Claims

1. Passiver Temperaturfühler auf PTC-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei PTC-Bauelemente (2a, 2b, 2c; 4a, 4b, 4c) so parallel geschaltet sind, daß die sich ergebende Widerstands/Temperatur-Kennlinie über einem definierten Temperaturbereich entweder einen monoton steigenden Widerstandsverlauf oder ein ausgeprägtes Minimum im Widerstandsverlauf hat.

2. Passiver Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Bauelemente (2a, 2b, 2c; 4a, 4b, 4c) in einem Gehäuse (1) gesintert sind.

3. Passiver Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Bauelemente (4a, 4b, 4c) durch Keramikschichten (6a, 6b, 6c, 6d) voneinander isoliert sind.

4. Passiver Temperaturfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschichten (6a, 6b, 6c, 6d) aus Bariumtitanat bestehen.

5. Passiver Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß PTC-Schichten (4a, 4b, 4c) auf ein Substrat (7) aufgebracht sind.