專利名稱：溫度傳感器及包括它的家用電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外溫度傳感器領(lǐng)域，并涉及使用這種傳感器的家用電器。
在一些家用電器、如烹飪爐，尤其是微波爐中，公知了借助無接觸的溫度傳感器來檢測(cè)被加熱食品的溫度。
這樣一種溫度傳感器通常包括一個(gè)設(shè)有凹槽的半導(dǎo)體材料基片，在該凹槽中放置有一個(gè)傳感元件，該傳感元件響應(yīng)來自一個(gè)熱靶的紅外輻射而被加熱；在所述傳感元件及所述基片之間設(shè)有熱隔離層16；一個(gè)熱電元件，它產(chǎn)生代表熱靶溫度及參考溫度之差的第一電信號(hào)；及一個(gè)接觸式溫度檢測(cè)裝置，它發(fā)出代表參考信號(hào)的第二信號(hào)。
由這種類型的傳感器發(fā)出的電信號(hào)需要受一個(gè)電子電路的處理，以便以簡(jiǎn)單及可靠的方式被利用，譬如產(chǎn)生對(duì)電器工作有影響的控制。
在裝有這種傳感器的公知類型的電器中，考慮安裝電子電路板，用于處理由傳感器發(fā)出的信號(hào)，該電子處理電路實(shí)際上與所述傳感器分開。
但這種裝置具有增加電器制造成本的缺點(diǎn)，因?yàn)橛卸鄠€(gè)需分開安裝的部件，也就增加了用于這些操作所需的時(shí)間及部件的制造成本。
本發(fā)明旨在克服這些缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種上述類型的溫度傳感器，它至少集成了電子處理電路的一部分。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括對(duì)熱電元件及接觸式溫度檢測(cè)裝置發(fā)出的信號(hào)的電子處理裝置，這些裝置由形成在所述半導(dǎo)體材料基片中的部件組成。
并且，這種傳感器適用于多種類型的電器，例如上述的烹飪爐、油炸鍋、或烤面包器，并獲得很小體積的專用于每種電器的電子處理裝置。
本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)將從下面參照附圖的以非限制性例子的詳細(xì)說明中顯現(xiàn)出來，其附圖為-

圖1是一個(gè)公知類型的傳感器的側(cè)面概示圖；-圖2是該同一傳感器正面的概示-圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)傳感器的概示圖；-圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施形式的傳感器正面的概示圖；-圖5是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施形式的傳感器正面的概示圖；-圖6是包括根據(jù)本發(fā)明的傳感器的烹飪爐的概示圖；-圖7是包括根據(jù)本發(fā)明的傳感器的油炸鍋的概示圖。
如圖1及2所示，紅外傳感器1包括一個(gè)構(gòu)成載體的半導(dǎo)體材料基片2，在該基片中開有一個(gè)槽，該槽中放置著對(duì)一個(gè)熱靶的紅外射線傳感的元件3。該元件3例如是由含鉍的薄片構(gòu)成的，它的一個(gè)主要特征是根據(jù)公知的定律以傳感的方式響應(yīng)紅外輻射而變熱。在傳感元件3的周邊與半導(dǎo)體基片2的槽的周邊相隔開的空間中放置一種隔熱介電材料16。一個(gè)熱電偶類型的熱電元件6由在所述熱的連接傳感元件的焊點(diǎn)及所述冷的連接載體槽邊的焊點(diǎn)之間的一系列電連接線構(gòu)成，它提供正比于傳感元件3及載體2之間溫度差的電信號(hào)V1。一個(gè)設(shè)置在載體2上的接觸式溫度檢測(cè)裝置5提供代表載體2的溫度的電信號(hào)V2，該載體溫度受到室溫及周圍各個(gè)物件熱輻射的影響。該載體溫度構(gòu)成參考溫度。這種本身公知的裝置形成一種通稱為“具有溫度補(bǔ)償?shù)臒犭姸选钡纳虡I(yè)化溫度傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，如圖3所示，紅外溫度傳感器10還包括信號(hào)V1及V2的電子處理裝置，這些信號(hào)由熱電元件6及接觸式溫度檢測(cè)裝置5發(fā)出，這些裝置由形成在半導(dǎo)體材料基片2中的元件構(gòu)成。
信號(hào)V1及V2的處理裝置具體包括一個(gè)用于放大信號(hào)V1的第一放大器7a，及一個(gè)用于放大信號(hào)V2的第二放大器7b，以及一個(gè)電路8，它根據(jù)這樣放大的第一及第二信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)代表熱靶溫度的信號(hào)。該電路8例如是一個(gè)加法器電路。
處理裝置還包括第二放大級(jí)9，它用于放大代表熱靶溫度的信號(hào)，它的增益可借助一個(gè)元件11來調(diào)節(jié)，該元件例如是位于該溫度傳感器外面的一個(gè)可變電阻，以便傳感器的工作易于適應(yīng)不同類型的、可能采用根據(jù)本發(fā)明的傳感器的電器。在后級(jí)放大器9的輸出端所獲得的信號(hào)是一個(gè)模擬量的輸出信號(hào)Sa。
該處理裝置還包括一個(gè)比較器12，它接收由用戶調(diào)節(jié)的溫度指令信號(hào)C，及第二放大級(jí)9的輸出信號(hào)Sa。比較器12的輸出信號(hào)Sc代表熱靶溫度及指令溫度之間的差距，它被用來控制電負(fù)載及其電源，或用于顯示。
可以理解，由于該裝置，它使不同的元件即放大器、加法器被制造在作為傳感器元件載體的同一半導(dǎo)體材料基片中，這易于使它們大批量地制造，降低成本及具有增高的可靠性。
根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施形式，如圖4中所示，處理裝置還包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器13，它能交替地將第二放大級(jí)9的輸出信號(hào)Sa及指令信號(hào)C轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)Sn，該信號(hào)被傳送給該溫度傳感器外面的一個(gè)微控制器(未示出)，所述微控制器被用來控制電負(fù)載及其電源，如控制一個(gè)加熱源或一個(gè)輻射源。
變換地，如圖5所示，該處理裝置包括一個(gè)電子開關(guān)14，它由比較器12的輸出信號(hào)控制，同樣用于控制電負(fù)載及其電源15。該開關(guān)14可直接地作在半導(dǎo)體材料的基片2中。
在上述該裝置中實(shí)施的電子元件譬如可由對(duì)半導(dǎo)體材料基片2施加蝕刻、絲網(wǎng)印刷和/或電解淀積方法來制造。如這些圖中概要表示地，該裝置的供電是由一個(gè)公共電源供給的，它在中性線Vss及電位線Vcc之間提供5伏的直流電壓。
根據(jù)本發(fā)明的如上所述的傳感器可被有利地使用在一些家用電器中。
具體地，如圖6所示，一種使用該類型的傳感器的家用電器可為一個(gè)烹飪爐20，該傳感器1被設(shè)置在該烹飪爐20的腔體上壁24中開出的孔25的對(duì)面，并且其傳感元件3直接對(duì)著待監(jiān)測(cè)的熱靶21。熱靶21發(fā)出的輻射線22在射到傳感傳感元件3前受到光學(xué)裝置23、如濾光鏡及一個(gè)透鏡系統(tǒng)的處理。
如圖7所示，使用該類型的另一種家用電器可能是油炸鍋30，其中傳感器1被設(shè)置在油炸斗31的一個(gè)外壁34的對(duì)面，所述油炸斗31被放置在外箱體33中加熱電阻32的上面。
由于各元件及傳感器的傳感元件載體直接形成在同一基片中的實(shí)施方式，我們獲得了易于被實(shí)現(xiàn)的一個(gè)既體積小又抗干擾的傳感器塊，它很適于被組裝在一些家用電器中，在那里空間的增加是制造成本下降的主要因素。
權(quán)利要求
1．溫度傳感器，包括一個(gè)設(shè)有凹槽的半導(dǎo)體材料基片(2)，在該凹槽中放置有一個(gè)傳感元件(3)，該傳感元件響應(yīng)來自一個(gè)熱靶的紅外輻射而被加熱；在所述傳感元件(2)及所述基片(3)之間設(shè)有熱隔離層(16)；一個(gè)熱電元件(6)，它產(chǎn)生代表熱靶溫度及參考溫度之差的第一電信號(hào)(V1)；及一個(gè)接觸式溫度檢測(cè)裝置(5)，它發(fā)出代表參考信號(hào)的第二信號(hào)(V2)，其特征在于該傳感器包括對(duì)熱電元件(6)及接觸式溫度檢測(cè)裝置(5)發(fā)出的信號(hào)(V1,V2)的電子處理裝置，這些裝置由形成在所述半導(dǎo)體材料基片(2)中的部件組成。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，其特征在于信號(hào)(V1,V2)的電子處理裝置包括一個(gè)用于放大第一及第二信號(hào)(V1,V2)的第一放大級(jí)(7)，及一個(gè)電路(8)，它根據(jù)放大的第一及第二信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)代表熱靶溫度的信號(hào)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的溫度傳感器，其特征在于電子處理裝置還包括第二放大級(jí)(9)，它用于放大代表熱靶溫度的信號(hào)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的溫度傳感器，其特征在于第二放大級(jí)(9)的增益可通過對(duì)位于該溫度傳感器(10)外面的一個(gè)元件(11)的操作來調(diào)節(jié)。
5．根據(jù)權(quán)利要求3或4的溫度傳感器，其特征在于該電子處理裝置還包括一個(gè)比較器(12)，它接收由用戶調(diào)節(jié)的溫度指令信號(hào)(C)，及第二放大級(jí)(9)的輸出信號(hào)(Sa)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的溫度傳感器，其特征在于該電子處理裝置還包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)，它能交替地將第二放大級(jí)(9)的輸出信號(hào)(Sa)及指令信號(hào)(C)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(Sn)，該信號(hào)被傳送給該溫度傳感器(10)外面的一個(gè)微控制器，所述微控制器被用來控制電負(fù)載及其電源。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的溫度傳感器，其特征在于該電子處理裝置還包括一個(gè)電子開關(guān)(14)，它由比較器(12)的輸出信號(hào)(Sc)控制，及用于控制電負(fù)載及其電源(15)。
8．包括根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的溫度傳感器的家用電器。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的家用電器，其特征在于它由一個(gè)烹飪爐(20)構(gòu)成，及該傳感器(1)被設(shè)置在該烹飪爐(20)的腔體上壁(24)中開出的孔(25)的對(duì)面。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的家用電器，其特征在于它由一個(gè)油炸鍋(30)構(gòu)成，及該傳感器(1)被設(shè)置在油炸斗(31)的一個(gè)外壁(34)的對(duì)面。
全文摘要
該溫度傳感器包括:一個(gè)設(shè)有凹槽的半導(dǎo)體材料基片(2),在該凹槽中放置有一個(gè)傳感元件(3),該傳感元件響應(yīng)來自一個(gè)熱靶的紅外輻射而被加熱;在所述傳感元件(2)及所述基片(3)之間設(shè)有熱隔離層(16);一個(gè)熱電元件(6),它產(chǎn)生代表熱靶溫度及參考溫度之差的第一電信號(hào)(V1);及一個(gè)接觸式溫度檢測(cè)裝置(5),它發(fā)出代表參考信號(hào)的第二信號(hào)(V2)。根據(jù)本發(fā)明,該傳感器還包括對(duì)熱電元件(6)及接觸式溫度檢測(cè)裝置(5)發(fā)出的信號(hào)(V1,V2)的電子處理裝置,這些裝置由形成在所述半導(dǎo)體材料基片(2)中的部件組成。
文檔編號(hào)G01J5/02GK1311854SQ9980936
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期1999年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月9日
發(fā)明者M·阿魯比 申請(qǐng)人:萬能股份有限公司