溫度探測器以及用于制造溫度探測器的方法
【專利說明】溫度探測器以及用于制造溫度探測器的方法
[0001]為了在最不同的應(yīng)用中進(jìn)行監(jiān)測和控制而對溫度的測量例如利用陶瓷的加熱導(dǎo)體熱敏電阻元件(NTC熱敏電阻，“負(fù)溫度系數(shù)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，“鉑阻抗溫度檢測器”)或者熱電偶(TCJhermocouple)進(jìn)行。為了足夠的機(jī)械穩(wěn)定性(用于保護(hù)免于外部的影響以及用于避免由侵蝕性介質(zhì)造成的腐蝕以及用于避免NTC材料中和/或電極中由氣氛造成的溫度有關(guān)的材料變化)，陶瓷傳感器元件通常配有由聚合物或玻璃構(gòu)成的涂層。這種傳感器元件的最大使用溫度在聚合物外殼的情況下限定到大約200°C并且在玻璃外殼的情況下限定到大約500°C至700°C。
[0002]然而，描述的傳感器元件不能容易地持續(xù)用于測量非常高的溫度和/或持續(xù)用在特別侵蝕性的介質(zhì)中。為了盡管如此仍能夠在侵蝕性的介質(zhì)中進(jìn)行使用，傳感器元件常常建造在塑料或不銹鋼殼體中。額外地，為了形成到元件的熱接觸，非常頻繁地使用澆鑄材料。如此構(gòu)建的系統(tǒng)的重大缺點(diǎn)是其基于額外的結(jié)構(gòu)有關(guān)的熱傳遞和所使用的材料的低導(dǎo)熱率而延遲的響應(yīng)時(shí)間。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)傳感器元件的盡可能低的電阻公差，在制造所述傳感器元件時(shí)在包裹傳感器元件之前能夠通過機(jī)械加工、例如通過修調(diào)(Tri_en)、通過磨削(Schleifen)或者在玻璃包裹的傳感器元件的情況下通過回火來重新調(diào)節(jié)電阻。然而，已經(jīng)包裹的傳感器的電阻的重新調(diào)節(jié)的可能性僅僅是受限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]至少一些實(shí)施方式的待解決的任務(wù)是給出溫度探測器，該溫度探測器具有高健壯性以及短的響應(yīng)時(shí)間。至少一些實(shí)施方式的另外的任務(wù)是給出用于制造溫度探測器的方法。
[0005]這些任務(wù)通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題和方法來解決。這些主題的有利的實(shí)施方式和改進(jìn)方案此外由從屬權(quán)利要求、接下來的說明書以及由附圖得知。
[0006]根據(jù)至少一個實(shí)施方式的溫度探測器具有至少兩個第一陶瓷小板，所述陶瓷小板分別具有凹陷。在凹陷中優(yōu)選地分別布置NTC傳感器元件。這些凹陷例如能夠分別是空穴，所述空穴從陶瓷小板的表面到達(dá)陶瓷小板的對面的表面。凹陷分別沿著側(cè)向方向、即沿著平行于第一陶瓷小板的主延伸方向的方向由相應(yīng)的第一陶瓷小板的材料包圍，以致于沿著側(cè)向方向的相應(yīng)的NTC傳感器元件也由相應(yīng)的第一陶瓷小板的材料包圍。此外，溫度探測器具有至少一個第二陶瓷小板，該第二陶瓷小板布置在第一陶瓷小板之間。第二陶瓷小板優(yōu)選地直接布置在兩個第一陶瓷小板之間，這就是說沒有另外的陶瓷小板布置在兩個第一陶瓷小板之一和第二陶瓷小板之間以及布置在第二陶瓷小板和兩個第一陶瓷小板中的另一個之間。在第二陶瓷小板和兩個第一陶瓷小板之間分別布置電極，它們分別電接觸NTC傳感器元件之一。
[0007]溫度探測器此外具有兩個第三陶瓷小板。第一陶瓷小板和第二陶瓷小板布置在兩個第三陶瓷小板之間。優(yōu)選的是，在此在第一陶瓷小板和第三陶瓷小板之間不布置另外的陶瓷小板。第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板優(yōu)選地構(gòu)成層堆疊。在第三陶瓷小板和第一陶瓷小板之間分別布置電極，該電極分別電接觸NTC傳感器元件之一。在第二陶瓷小板和第一陶瓷小板之間以及在第一和第三陶瓷小板之間布置的電極能夠例如具有一種或多種從銅、銀、金、鉑、鉬和鎢中選出的材料或者由所述材料構(gòu)成。此外，電極能夠具有金屬合金、例如銀鈀，或者由金屬合金構(gòu)成。例如能夠借助絲網(wǎng)印刷法施加電極。
[0008]NTC傳感器元件優(yōu)選地分別由陶瓷小板完全包圍。尤其是NTC傳感器元件能夠分別具有多個側(cè)面，所述側(cè)面分別全部由陶瓷小板圍繞。因此，NTC陶瓷元件能夠嵌入陶瓷小板內(nèi)。另外，第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板以及NTC傳感器元件燒結(jié)(versintert)成陶瓷本體。優(yōu)選地，第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板以及NTC傳感器元件在共同的燒結(jié)過程中燒結(jié)成陶瓷本體，其中陶瓷小板和NTC傳感器元件在該共同的燒結(jié)過程之前作為尚未燒結(jié)的材料存在，例如在陶瓷小板的情況下作為尚未燒結(jié)的陶瓷膜或者在NTC傳感器元件的情況下作為尚未燒結(jié)的陶瓷傳感器材料存在。
[0009]通過使用NTC傳感器元件能夠以有利的方式保持溫度探測器的低的制造費(fèi)用。NTC傳感器元件的另外的優(yōu)點(diǎn)(例如與熱電偶或金屬電阻元件(例如鉑元件)相比)在于顯著的負(fù)電阻溫度特性。
[0010]根據(jù)另一實(shí)施方式，溫度探測器具有復(fù)數(shù)個至少三個第一陶瓷小板和復(fù)數(shù)個第二陶瓷小板。至少三個第一陶瓷小板分別具有凹陷，NTC傳感器元件布置在該凹陷中。第一陶瓷小板和第二陶瓷小板交替地上下相疊地布置在第三陶瓷小板之間。在此每個第二陶瓷小板直接布置在兩個第一陶瓷小板之間。此外，在第一陶瓷小板和第二陶瓷小板之間分別布置用于接觸相應(yīng)的NTC傳感器元件的電極。
[0011]根據(jù)另一實(shí)施方式，溫度探測器具有至少兩個第四陶瓷小板，其中第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板布置在至少兩個第四陶瓷小板之間。優(yōu)選地，兩個第四陶瓷小板布置為分別與第三陶瓷小板的背離第一陶瓷小板的側(cè)面直接接觸。例如第四陶瓷小板具有與第三陶瓷小板相同的形狀和大小并且全面與第三陶瓷小板連接，其中在處于觸碰(Beruhrung)之中的第三陶瓷小板和第四陶瓷小板之間不布置另外的元件。第四陶瓷小板優(yōu)選地與布置在它們之間的陶瓷小板以及與NTC傳感器元件一起燒結(jié)成陶瓷本體。除此以夕卜，溫度探測器能夠具有另外的第四陶瓷小板，其中第一陶瓷小板、一個或多個第二陶瓷小板、第三陶瓷小板以及第四陶瓷小板布置在另外的第四陶瓷小板之間。另外的第四陶瓷小板優(yōu)選地同樣與布置在它們之間的陶瓷小板以及與NTC傳感器元件一起燒結(jié)。借助于第四陶瓷小板能夠提高溫度探測器的穩(wěn)定性和健壯性。
[0012]根據(jù)另一實(shí)施方式，NTC傳感器元件具有包括釔、鈣、鉻、鋁、氧元素的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(Perowskitstruktur)ο此外，基于媽鈦礦(Perowskiten)的NTC傳感器元件能夠具有錫元素。
[0013]根據(jù)另一實(shí)施方式，NTC傳感器元件分別具有帶有通用化學(xué)分子式ABOj^鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。尤其是對于應(yīng)該適用于高的應(yīng)用溫度的、高溫穩(wěn)定的溫度探測器，具有這種類型陶瓷材料的NTC傳感器元件是優(yōu)選的。特別優(yōu)選的是，NTC傳感器元件具有關(guān)系式:(YhCax) (CivyAly)O3,其中 χ=0.03 到 0.05 并且 y=0.85。
[0014]根據(jù)另一實(shí)施方式，NTC傳感器元件具有包括鎳、鈷、錳、氧元素的尖晶石結(jié)構(gòu)?；诩饩腘TC傳感器元件能夠此外具有下列元素中的一種或多種:銷、鐵、銅、鋅、媽、錯、
鈦、鎂。
[0015]根據(jù)另一實(shí)施方式，NTC傳感器元件分別具有帶有通用化學(xué)分子式AB2O4和/或B (A，B) O4的尖晶石結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。具有這種類型陶瓷材料的NTC傳感器元件尤其在具有應(yīng)用溫度的溫度探測器的情況下是優(yōu)選的。根據(jù)一特別優(yōu)選的實(shí)施方式，NTC傳感器元件具有關(guān)系式: Co3-(x+y)NixMny04， 其中 χ=1.32 并且 y=1.32。
[0016]尤其是傳感器元件能夠全部具有相同的材料。然而也能夠考慮的是:至少兩個傳感器元件具有不同的材料。
[0017]根據(jù)另一實(shí)施方式，這些陶瓷小板具有帶有高導(dǎo)熱能力的陶瓷或者由帶有高導(dǎo)熱能力的陶瓷構(gòu)成。例如陶瓷小板能夠具有“HTCC” (HTCC: “高溫共燒陶瓷”)類型的陶瓷或者由該陶瓷構(gòu)成。根據(jù)一特別優(yōu)選的實(shí)施方式，這些陶瓷小板具有鋁氧化物或者由鋁氧化物構(gòu)成。以有利的方式，鋁氧化物具有至少95%至99.9%或更高的純凈度。以有利的方式，在較高純凈度的情況下溫