DE3049056A1

DE3049056A1 - Temp. sensor with resistive track on ceramic plate - has ceramic cylinder joining plate and holding track in shaped sections of connecting wire

Info

Publication number: DE3049056A1
Application number: DE19803049056
Authority: DE
Inventors: Arno 8672 Selb Bauer; Gerhard Dipl.-Phys. Leypold; Joachim Dr. 6348 Herborn Schnell
Original assignee: Draloric Electronic GmbH
Current assignee: Draloric Electronic GmbH
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1982-09-09

Abstract

The electrical resistance of the track varies linearly with temp. The sensor can be used in two temp. ranges and is insensitive to vibration and chemical effects. It can be economically produced on a large scale. The resistance track connecting wires (3) are bent into troughs (32) sized to accept the carrier plates (2) at their front ends. The plates are placed on the wires so that the thin linking wires (22) have a short travel to the ends of the connecting wires to which they are soldered. A part of the carrier plate opposite the end to which the linking wires join is covered by a cement sphere (4) on the front end (11) of a ceramic cylinder (1) which joins the plate mechanically to the cylinder.

Description

Temperaturfühler Temperature sensor

Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a temperature sensor according to the preamble of claim 1.

Bekannte Temperaturfühler bestehen aus einem in geeigneter Weise gehaltenen, gewundenen Draht, dessen elektrischer Widerstand sich in vorher bestimmter Weise mit der Temperatur ändert. So ist Nickel ein gebräuchliches Material für einen solchen Draht. Für eine größere Genauigkeit und bei höheren Temperaturen wird jedoch oft ein Platindraht verwendet. Diese Temperaturfühler sind aus mehreren Gründen nur begrenzt anwendbar. Der verhältnismäßig geringe Widerstand eines Drahtes von einer in der Praxis verwendbaren Länge, der gleichzeitig fest genug ist, um Stöße oder Vibrationen und andere derartige Bedingungen auszuhalten, ergibt nur eine relativ kleine Xnderung des elektrischen Widerstandes pro Grad Temperaturänderung. Um solche Xnderungen des Widerstandes genau zu messen, ist es notwendig, Präzisionsinstrumente zu verwenden, die z.B. nach dem Prinzip der wheatstone'schen - Brücke arbeiten. Es ergeben sich auch Schwierigkeiten bei der richtigen Halterung des Drahtes, der für eine genaue Temperaturmessung im weichgeglühten Zustand sein muß, wodurch ein Durchhängen des Drahtes und Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Windungen der Drahtspirale verursacht werden können.Known temperature sensors consist of a suitably held, coiled wire, the electrical resistance of which changes in a predetermined way changes with temperature. Nickel is a common material for one Wire. However, it is often used for greater accuracy and at higher temperatures a platinum wire is used. These temperature sensors are only for several reasons limited application. The relatively low resistance of a wire from one in practice usable length that is firm enough to withstand shocks or at the same time Withstanding vibrations and other such conditions is only relative small change in electrical resistance per degree change in temperature. To such To measure changes in resistance accurately, it is necessary to use precision instruments to use, which e.g. work on the principle of the Wheatstone bridge. There are also difficulties with the correct holding of the wire, the must be in the annealed condition for an accurate temperature measurement, whereby a Slack in the wire and short circuits between the individual turns of the wire spiral can be caused.

Aus der DE-OS 23 27 662 ist ein Temperaturfühler bekannt, der auf einem hochtemperaturfesten Trägerplättchen eine mit diesem fest verbundene Glasschicht besitzt, in welche eine metallische Dünnschicht-Widerstandsbahn hermetisch dicht eingebettet ist.From DE-OS 23 27 662 a temperature sensor is known that on a high-temperature-resistant carrier plate with a firmly bonded glass layer owns, in which a metallic Thin-film resistance track is embedded in a hermetically sealed manner.

Aus der DE-OS 25 07 731 ist ein Meßwiderstand für Widerstandsthermometer bekannt, der aus einem Trägerplättchen und einer dünnen Platinschicht als Widerstandsmaterial besteht, bei dem für das Trägerplättchen ein Werkstoff verwendet wird, der zwischen 0°C und 1000 0C einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Platin besitzt. Ein ähnlicher Meßwiderstand für Widerstandsthermometer ist aus der DE-OS 25 27 739 bekannt.From DE-OS 25 07 731 a measuring resistor for resistance thermometers is known, which consists of a carrier plate and a thin platinum layer as resistance material exists, in which a material is used for the carrier plate, which is between 0 ° C and 1000 0C has a higher thermal expansion coefficient than platinum. A similar measuring resistor for resistance thermometers is from DE-OS 25 27 739 known.

Ein Temperaturfühler mit einem als Träger dienenden, zylindrischen Formkörper mit einer im Inneren in Richtung der Längsachse verlaufenden Profilbohrung beliebigen Querschnittes, mit deren einen ebenen Wandung ein keramisches Trägerplättchen fest verbunden ist, welches auf der der Wandung abgekehrten Fläche eine festhaftende Platindünnschicht-Widerstandsbahn mit emperaturabhängigem elektrischen Widerstand trägt, wobei die mit der Widerstandsbahn elektrisch verbundenen Zuleitungsdrähte durch elektrisch nicht leitende Verschlußmassen an einem oder beiden Enden des Formkörpers fixiert und nach außen geführt sind, ist aus dem DE-GM 75 41 295 bekannt.A temperature sensor with a cylindrical one serving as a carrier Molded body with a profile bore running in the interior in the direction of the longitudinal axis any cross-section, with one flat wall of which a ceramic carrier plate is firmly connected, which has a firmly adhering surface on the surface facing away from the wall Platinum thin-film resistance track with temperature-dependent electrical resistance carries, wherein the lead wires electrically connected to the resistance track by electrically non-conductive sealing compounds at one or both ends of the molded body are fixed and led to the outside, is known from DE-GM 75 41 295.

Ein Temperaturfühler, bei dem ein keramischer Trägerkörper eine Widerstandsschicht besitzt, deren spezifischer Widerstand temperaturabhängig ist, und der Trägerkörper in einem mit Durchgangslöchern versehenen Kunststoffgehäuse zwischen dem Boden des Gehäuses und einem Deckel lokalisiert ist, wobei den Deckel zwei Anschlußstifte durchdringen, von denen flexible Drähte bis zur Widerstandsschicht reichen, ist aus dem DE-GM 79 33 425 der Anmelderin bekannt.A temperature sensor in which a ceramic support body has a resistance layer has, the specific resistance of which is temperature-dependent, and the carrier body in a plastic housing provided with through holes between the bottom of the Housing and a cover is located, the cover having two connecting pins penetrate, from which flexible wires extend to the resistance layer is known from DE-GM 79 33 425 of the applicant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler zu schaffen, der in weiten Temperaturbereichen verwendet werden kann, der unempfindlich.gegen Erschütterungen und chemische Einwirkungen ist und der außerdem preiswert und kostengünstig serienmäßig herzustellen ist.The invention is based on the object of a temperature sensor create, which can be used in a wide temperature range, which is insensitive to Vibrations and chemical effects and which is also inexpensive and inexpensive is to be mass-produced.

Diese Aufgabe wird erf-indungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Preferred developments of the invention are in the subclaims marked.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Temperaturfühler eine sehr gute mechanische Stabilität besitzt, die durch Falltests beweisbar ist, daß er Temperaturwechsel auch zwischen 3000C und 6000C sehr gut besteht, und daß er durch seinen Aufbau insbesondere eine sehr geringe thermische Trägheit, d.h. eine kurze Ansprechzeit besitzt.The advantages achieved with the invention are in particular: that the temperature sensor has a very good mechanical stability, which by Drop tests it can be proven that there is temperature change between 3000C and 6000C exists very well, and that it has a particularly low level due to its structure thermal inertia, i.e. has a short response time.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Temperaturfühler ohne Metallrohr Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A/B aus Figur 1 und Fig. 3 einen kompletten Temperaturfühler.An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a temperature sensor without a metal tube, and FIG. 2 shows a section along it the section line A / B from FIG. 1 and FIG. 3 shows a complete temperature sensor.

Fig. 1 zeigt einen Keramikzylinder 1 mit zwei in Längsrichtung nebeneinander verlaufenden Durchgangsbohrungen 13, Durch jede Durchgangsbohrung 13 ragt ein Zuleitungsdraht 3 hindurch. Die beiden Zuleitungsdrähte 3 ragen über beide Stirnflächen 11 und 12 des Keramikzylinders 1 hinaus. Die vorderen Enden 31 der Zuleitungsdrähte 3 aus einer -Chrom-Nickel-Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 mm sind muldenförmig.durchgebogen, wobei die Mulden 32 abmessungsmäßig dem darin liegenden keramischen Trägerplättchen 2 mit den Abmessungen 10,2 mm x 3,2 mm x 0r7 mm angepaßt sind. Auf das keramische Trägerplättchen 2 ist eine mäanderförmige Dünnschicht-Widerstandsbahn 21 aus Platin aufgebracht, die über zwei dünne Anschlußdrähtchen 22 aus Platin durch Punktschweißen mit den vorderen Enden 31 der Zuleitungsdrähte 3 verbunden sind. Das keramische Trägerplättchen 2 ist von der vorderen Stirnfläche 11 des Keramikzylinders 1 nur einige Millimeter entfernt angeordnet und mit ihm durch einen ausgehärteten Kittkegel 4 mechanisch fest verbunden, in welchem das Trägerplättchen ca. 2 mm tief hineinragt. Durch diesen Aufbau, der in Fig. 2 im Schnitt zu ersehen ist, und aus dem insbesondere deutlich wird, daß die Widerstandsbahn 21 auf der den Zuleitungsdrähten 3 gegenüberliegenden Hauptfläche des keramischen Trägerplättchens 2 angeordnet ist, ergibt sich die mechanisch stabile aber relativ freie Lagerung des temperaturabhängigen Widerstandes. Durch diese freie Lagerung ergibt sich eine geringe thermische Trägheit, d.h. die vorteilhafte, geringe Ansprechzeit des Temperaturfühlers.Fig. 1 shows a ceramic cylinder 1 with two side by side in the longitudinal direction extending through-holes 13, a lead wire protrudes through each through-hole 13 3 through. The two lead wires 3 protrude over both end faces 11 and 12 of the ceramic cylinder 1. The front ends 31 of the lead wires 3 from a chrome-nickel alloy with a diameter of 0.6 mm are trough-shaped. wherein the troughs 32 dimensionally correspond to the ceramic carrier plate lying therein 2 with the dimensions 10.2 mm x 3.2 mm x 0r7 mm are adapted. On the ceramic Carrier plate 2 is a meandering thin-film resistor track 21 made of platinum applied, the two thin connecting wires 22 made of platinum by spot welding are connected to the front ends 31 of the lead wires 3. The ceramic Carrier plate 2 is from the front face 11 of the ceramic cylinder 1 arranged just a few millimeters away and cured with it through a Putty cone 4 mechanically firmly connected, in which the carrier plate is approx. 2 mm deep protrudes. With this structure, which can be seen in section in FIG. 2, and from which is particularly clear that the resistance track 21 on the lead wires 3 opposite main surface of the ceramic carrier plate 2 is arranged, this results in the mechanically stable but relatively free storage of the temperature-dependent Resistance. This free storage results in a low thermal inertia, i.e. the advantageous, short response time of the temperature sensor.

Fig. 3 zeigt einen komplettierten Temperaturfühler entsprechend der Fig. 1 im Schnitt, in natürlicher Größe mit dem in ein Metallrohr 5 eingebauten Keramikzylinder 1, der mit dem Trägerplättchen 2 eine bauliche Einheit bildet. Der Keramikzylinder 1 ragt über das Metallrohr 5 aus Stahl hervor, wobei die Fuge zwischen der Innenwandung des Metallrohres 5 und dem Außenmantel des Keramikzylinders 1 mit einem Kitt 6 abgedichtet ist. Aus der Stirnfläche 12 des Keramikzylinders 1 ragen die Enden 33 der Zuleitungsdrähte 3 heraus, die für eine externe Anschlußverbindung mit einer entsprechenden Schaltung zur Verfügung stehen.Fig. 3 shows a completed temperature sensor according to the Fig. 1 in section, in natural size with the built in a metal tube 5 Ceramic cylinder 1, which forms a structural unit with the carrier plate 2. Of the Ceramic cylinder 1 protrudes over metal tube 5 made of steel, the joint between the inner wall of the metal tube 5 and the outer jacket of the ceramic cylinder 1 with a putty 6 is sealed. From the end face 12 of the ceramic cylinder 1 protrude the ends 33 of the lead wires 3 out, for an external connection connection are available with an appropriate circuit.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: Temperature sensor, consisting of one Resistance track present on a ceramic carrier plate, whose electrical Resistance is linearly temperature-dependent, with the resistance track over two thin Connecting wires with two protruding through a ceramic cylinder with two longitudinal bores Lead wires are connected to the carrier plate for the temperature-dependent Resistance track mechanically connected to the ceramic cylinder and the ceramic cylinder is fitted into a metal tube closed on one side, so that it is not possible to use it n z e i c h n e t that the front ends (31) of the two lead wires (3) are trough-shaped are bent, the troughs (32) in the lead wires (3) dimensionally the ceramic carrier plate (2) for the temperature-dependent resistance track (21) are adapted that the carrier plate (2) is arranged in the trough (32) in such a way that the thin, arranged with the on top of the carrier plate (2) Resistance track (21) contacted connecting wires (22) in short connection with the ends (31) of the lead wires (3) are welded, and a putty cone (4) on the front face (11) of the ceramic cylinder (1) -a part of the ceramic Carrier plate (2), which is opposite to the thin connecting wires (22), covered and mechanically firmly connects the carrier plate (2) to the ceramic cylinder (1).

2. Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent resistance track (21) on the ceramic carrier plate (2) is a meandering platinum thin layer.

3. Temperature sensor according to claim 1 or 2, characterized in that that the lead wires (3) extending through the ceramic cylinder (1) consist of a Nickel-chromium alloy are made, at the front ends (31) of the thin connecting wires (22) of the temperature-dependent resistance track (21) are welded.

4. Temperature sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the carrier plate (2) is freely suspended in the metal tube (5) and the ceramic cylinder (1) with its end face (12), from which the lead wires (3) for an external The connection protrudes beyond the metal tube (5).

5. Temperature sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the joint between the inner wall of the metal pipe (5) and the outer jacket of the ceramic cylinder (1) is sealed with a putty (6).