DE19816941A1 - Temperatursensor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Temperatursensor und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit einem temperaturempfindlichen Sensorelement (11), elektrischen Anschlüssen (13, 14) für das Sensorelement (11) und einem Wärmeleitelement für den Wärmetransport zwischen einer Meßstelle und dem Sensorelement (11). Zur Verbesserung des Ansprechverhaltens und zur Vereinfachung der Montage bzw. Demontage wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Wärmeleitelement ein stabiles Trägerelement (1) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ist, das eine Anlagefläche (8) zur thermischen Ankopplung an der Meßstelle aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit einem tem
peraturempfindlichen Sensorelement, elektrischen Anschlüssen
für das Sensorelement und einem Wärmeleitelement für den
Wärmetransport zwischen einer Meßstelle und dem Sensorele
ment. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur
Herstellung eines Temperatursensors.
Temperatursensoren der eingangs genannten Art, die als Meß
effekt z. B. die Temperaturabhängigkeit des elektrischen
Widerstandes bestimmter Materialien nutzen, werden in einer
Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt. Sie finden u. a.
in der Lüftungs-, Heizungs- und Klimatechnik zur Messung der
Temperatur strömender Fluide Verwendung. Bei bekannten Wi
derstands-Temperatursensoren ist das temperaturempfindliche
Widerstandselement üblicherweise auf einem Substrat aus iso
lierendem Material angeordnet, das von einer Schutzhülse
umgeben ist. Es ist darüber hinaus bekannt, innerhalb der
Schutzhülse eine Wärmeleitpaste für die thermische Ankopp
lung des Sensorelements an die Schutzhülse vorzusehen. Zur
Messung der Wassertemperatur in Rohrleitungen wird ein der
artiger Temperatursensor beispielsweise in das offene Ende
eines einseitig geschlossenen Tauchrohrs eingesteckt, das in
eine Rohrleitung eingeschweißt ist und vom Wasser umspült
wird. Ein Nachteil dieser Temperatursensoren besteht aller
dings darin, daß im eingebauten Zustand des Sensors ein
Luftspalt zwischen der Schutzhülse und dem Tauchrohr be
steht, durch den ein optimaler Wärmeübergang zwischen der
Meßstelle und dem Sensorelement verhindert und damit das
Ansprechverhalten des Temperatursensors beeinträchtigt wird.
Außerdem erfordert die durch eine Wärmeleitpaste hergestell
te Verbindung zwischen Widerstandselement und Schutzhülse
einen relativ hohen Fertigungs- und Montageaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen ein
fach aufgebauten Temperatursensor zu schaffen, der ein ver
bessertes Ansprechverhalten aufweist und eine vereinfachte
Montage bzw. Demontage ermöglicht. Außerdem soll ein Verfah
ren zur Herstellung eines solchen Temperatursensors geschaf
fen werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Temperatursensor der bekannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wärmeleitelement
ein stabiles Trägerelement aus einem Material mit guter Wär
meleitfähigkeit ist, das eine Anlagefläche zur thermischen
Ankopplung an der Meßstelle aufweist.
Durch das erfindungsgemäße Wärmeleitelement ist ein verbes
serter Wärmeübergang zwischen der Meßstelle und dem Wider
standselement erreichbar. Die Anlagefläche kann z. B. an die
entsprechende Innen- oder Außenkontur eines zu messenden
Gegenstandes oder Bereiches angepaßt sein, wodurch eine aus
gezeichnete thermische Anbindung des Temperatursensors an
der Meßstelle und damit eine Verkürzung der Ansprechzeit
ermöglicht wird.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist das
Sensorelement ein temperaturabhängiger Meßwiderstand, der
auf einer auf dem Trägerelement aufgebrachten Isolations
schicht angeordnet ist. Das Sensorelement kann allerdings
auch als Thermoelement ausgebildet sein.
Zum Schutz des Sensorelementes kann dieses in vorteilhafter
Weise mit einer abschließenden Deckschicht aus z. B. Glas,
Email oder Kunststoff überzogen werden.
Bei einem einfach aufgebauten und kostengünstigen Tempera
tursensor zum Einbau in eine rohrförmige Aufnahme, wie z. B.
ein Tauchrohr, kann das Trägerelement als Metallstanzteil
ausgeführt sein, das entsprechend der Innenwandung des
Tauchrohrs gebogen ist. Für einen an der Außenseite einer
Rohrleitung anzubringenden Sensor kann das Trägerelement
eine an den Rohrdurchmesser angepaßte nach innen gewölbte
Anlagefläche aufweisen. Durch einen derartigen Sensor kann
z. B. die Wassertemperatur in einem Heizungsrohr erfaßt
werden.
Der Wärmeübergang zwischen der Meßstelle und dem Temperatur
sensor läßt sich in vorteilhafter Weise noch dadurch verbes
sern, daß an dem Trägerelement ein Spannelement zum Anpres
sen der Anlagefläche an die Meßstelle angeordnet ist. Ein
besonders einfaches und zweckmäßiges Spannelement für einen
Einsatzsensor kann aus einer Metallasche bestehen, die an
einer Seite des wärmeleitenden Trägerelements angeformt und
zu einem Federbügel umgebogen ist. Dies ermöglicht nicht nur
eine sichere Anpressung des wärmeleitenden Trägerelements an
die Innenwandung des Einsatzrohrs, sondern auch eine einfa
che Montage und Demontage. Bei einem zur Montage an der
Außenseite eines Wasserrohrs ausgebildeten Temperatursensor
kann das Spannelement z. B. ein Spannband in Art einer
Schlauchklemme sein, durch die das wärmeleitende Trägerele
ment an die Außenwand der Rohrleitung angepreßt wird.
Die elektrischen Anschlüsse sind in vorteilhafter Weise an
einem Anschlußteil angeordnet, das einteilig mit dem Trä
gerelement ausgebildet sein kann. Zum Anschluß eines Ko
axialkabels sind an dem Anschlußteil zweckmäßigerweise seit
liche Haltelaschen angeformt, durch die entsprechend zuge
schnittene Teile des Kabels mit Hilfe beispielsweise eines
Crimpwerkzeuges an dem Anschlußteil des Trägerelements fi
xiert werden können. Das Anschlußteil kann allerdings auch
derart ausgebildet sein, daß ein lösbarer Steckanschluß an
gebracht werden kann.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines
vorstehend beschriebenen Temperatursensors wird zunächst ein
Trägerelement aus einem Material mit einer guten Wärmeleit
fähigkeit hergestellt. Hierfür sind z. B. Metalle mit einer
hohen Wärmeleitfähigkeit geeignet. Anschließend wird auf das
Trägerelement eine Isolationsschicht aus beispielsweise
Glas, Keramik, Kunststoff o. ä. aufgebracht. Auf die Isola
tionsschicht werden die Kontaktflächen für die elektrischen
Anschlüsse und mindestens eine Leiterbahn in Dickschicht- und/oder
Dünnschichttechnik aufgebracht. Die Leiterbahn und
die Kontaktflächen können z. B. in Form von Pasten auf der
Basis der Metalle Nickel, Kupfer, Platin oder Gold sowie
Legierungen zwischen Gold und Platin oder Palladium aufge
bracht werden. Zum Schutz gegen äußere Einflüsse kann zumin
dest die Leiterbahn mit einer abschließenden Schutzschicht
aus Isoliermaterial versehen bzw abgedeckt werden.
Je nach Einsatzgebiet kann das Trägerelement zur Anpassung
an eine Meßstelle umgeformt werden.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh
rungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Tempera
tursensors in einer Fertigungsstufe vor der Fertig
stellung;
Fig. 2 den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen
Temperatursensors;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Temperatursensors von
Fig. 1 im fertiggestellten Zustand;
Fig. 4 eine Vorderansicht des in Fig. 3 gezeigten Tempe
ratursensors von rechts;
Fig. 5a bis 5e eine zweite Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Temperatursensors in unterschiedlichen
Fertigungsstufen; und
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Temperatursensors.
Ein in den Fig. 1 bis 4 dargestellter Temperatursensor für
den Einsatz in einem nicht gezeigten Tauchrohr enthält als
Trägerelement eine als Metallstanzteil ausgebildete Träger
platte 1 mit einem schmaleren Laschenteil 2, einem breiteren
Mittelteil 3 und einem dem Laschenteil 2 entgegengesetzten
schmaleren Anschlußteil 4, an dem seitlich gegenüberliegende
Haltelaschen 5, 6 und 7 angeformt sind.
Wie besonders aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Trägerplat
te 1 eine untere Anlagefläche 8 und eine obere Fläche 9, auf
der eine Isolationsschicht 10 aus z. B. Glas, Email oder
Kunststoff aufgebracht ist. Auf der Isolationsschicht 10 ist
im Mittelteil 2 des Trägerelements 1 eine mäanderförmig ver
laufende Leiterbahn 11 aus einem Material mit temperaturab
hängigen Widerstand angeordnet, die von einer abschließenden
Schutzschicht 12 aus Isoliermaterial abgedeckt wird. Die
Schutzschicht 12 kann ebenfalls aus z. B. Glas, Email oder
Kunststoff bestehen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das eine Ende der Leiterbahn
11 mit einer ersten Kontaktfläche 13 verbunden, die zwischen
den beiden Haltelaschen 5 angeordnet ist. Das andere Ende
der Leiterbahn 11 steht mit einer zweiten Kontakt fläche 14
in Verbindung, die sich zwischen den beiden Haltelaschen 6
befindet. Die beiden Kontaktflächen 13 und 14 bilden elek
trische Anschlüsse für ein Koaxialkabel 15, das an den Tem
peratursensor angeschlossen werden kann.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, wird der Mittelteil 3 des
Trägerelements 1 derart gebogen, daß seine Anlagefläche 8
zur formschlüssigen Anlage an einer Innenwand des Tauchrohrs
ausgebildet ist. Die Lasche 2 des Trägerelements 1 ist zu
einem Federbügel mit abgerundetem Ende umgebogen. Damit kann
die Anlagefläche 8 des Trägerelements 1 an die Innenwand
eines nicht dargestellten Tauchrohrs angepreßt werden.
Die Kontaktflächen 13 und 14 sind derart angeordnet, daß ein
Mittelleiter 16 und ein Außenleiter 17 des entsprechend zu
geschnittenen bzw. abisolierten Koaxialkabels 15 auf diesen
zur Anlage gelangen können. Die Befestigung und der Kontakt
druck erfolgt durch einen Crimpvorgang, mit dem die Laschen
5 und 6 zur Befestigung des Mittelleiters 16 und des Außen
leiters 17 auf den Kontaktflächen 13 bzw. 14 umgebogen wer
den. Durch die am äußeren Ende des Anschlußteils 4 angeord
neten Haltelaschen 7 wird der Isoliermantel des Koaxial
kabels 15 zur Zugentlastung festgeklemmt.
In den Fig. 5a bis 5e ist der Ablauf zur Herstellung eines
zur Befestigung an der Außenseite eines Rohres geeigneten
Temperatursensors gezeigt. Bei diesem Temperatursensor ent
hält das Trägerelement eine ebenfalls als Metallstanzteil
ausgeführte Trägerplatte 18. Diese weist einen vorderen
Bereich 19 und zwei beabstandete parallele Stege 20 und 21
auf, an deren hinteren Enden jeweils gegenüberliegende
seitliche Laschen 22 bzw. 23 und eine dazwischenliegende
Bohrung 24 und 25 vorgesehen sind. Wie bei dem ersten Aus
führungsbeispiel wird auf der Trägerplatte 18 eine Isola
tionsschicht 26 aufgebracht. Im vorderen Bereich 19 des
Trägerplatte 18 wird auf die Isolationsschicht 26 eine mäan
derförmige Leiterbahn 27 aus einem Material mit tempera
turabhängigen Widerstand aufgebracht. Das eine Ende der Lei
terbahn 27 steht mit einer Kontaktfläche 28 im Bereich der
Bohrung 24 und das andere Ende mit einer Kontaktfläche 29 im
Bereich der Bohrung 25 in Verbindung. Die beiden Laschen 22
und 23 an den jeweiligen Stegen 20 und 21 werden gemäß Fig. 5b
um 90° nach oben gebogen.
Wie in Fig. 5c gezeigt, werden die beiden Stege 20 und 21
anschließend an dem Übergang zum vorderen Bereich 19 recht
winklig zu diesem umgebogen. Außerdem werden die Stege 20
und 21 am Übergang zu den Laschen 22 und 23 um 90° parallel
zum vorderen Bereich 19 umgebogen. In einem nächsten Schritt
wird die so umgeformte Trägerplatte 18 auf einem in Fig. 5e
gezeigten Unterteil 30 befestigt, das eine nach innen ge
wölbte Anlagefläche 31 aufweist.
Die Trägerplatte 18 wird zum Schutz der Leiterbahn 27 gemäß
Fig. 5d mit Kunststoff umspritzt, wobei an der Oberseite
eine Stufe 32 und ein beabstandeter Quersteg 33 ausgeformt
werden. Zwischen der Stufe 32 und dem Quersteg 33 wird eine
Führungsnut 34 begrenzt, in der ein Spannband oder eine
Spannfeder zum Anpressen des Temperatursensors an eine Meß
stelle geführt werden kann.
Der in Fig. 6 dargestellte Temperatursensor weist einen ähn
lichen Aufbau wie die beiden vorhergehenden Ausführungsfor
men auf. Allerdings ist bei diesem Temperatursensor ein An
schlußteil 35 zur Aufnahme eines Steckverbinders 36 vorge
sehen. Der Anschlußteil 35 besteht aus einem von der Träger
platte 18 um 90° umgebogenen Abschnitt 37, der eine senk
rechte Führungsnut 38 und zwei danebenliegende Anschlußkon
takte 39 und 40 enthält, die mit den beiden Enden eines Lei
terelements 27 verbunden sind. Der Steckverbinder 36 enthält
einen seitlichen Schlitz 41 zum Aufstecken auf den Abschnitt
37 und zwei durchgehende Aufnahmebohrungen 42 und 43 mit
Halteschrauben 44, 45 zur Befestigung eines Anschlußkabels.
Im Inneren des Schlitzes 41 ist eine nicht gezeigte Nase
vorgesehen, die derart angeordnet ist, daß die in den Auf
nahmebohrungen angeordneten Leiter beim Aufstecken des
Steckverbinders 36 auf den Abschnitt 37 in elektrischen
Kontakt mit den Anschlußkontakten 39 und 40 gelangen.
Sämtliche beschriebenen Sensoren sind an eine übliche Meß- oder
Auswerteelektronik anschließbar, die den Widerstand der
Leiterbahnen mißt und in entsprechende Temperatursignale
umwandelt.
Claims (12)
1. Temperatursensor mit
einem temperaturempfindlichen Sensorelement (11; 27), elektrischen Anschlüssen (13, 14; 28, 29) für das Sen sorelement (11; 27),
einem Wärmeleitelement für den Wärmetransport zwischen einer Meßstelle und dem Sensorelement (11; 27),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärmeleitelement ein stabiles Trägerelement (1; 18, 30) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähig keit ist, das eine Anlagefläche (8; 31) zur thermischen Ankopplung an der Meßstelle aufweist.
einem temperaturempfindlichen Sensorelement (11; 27), elektrischen Anschlüssen (13, 14; 28, 29) für das Sen sorelement (11; 27),
einem Wärmeleitelement für den Wärmetransport zwischen einer Meßstelle und dem Sensorelement (11; 27),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärmeleitelement ein stabiles Trägerelement (1; 18, 30) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähig keit ist, das eine Anlagefläche (8; 31) zur thermischen Ankopplung an der Meßstelle aufweist.
2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Sensorelement ein temperaturabhängiger Meß
widerstand (11; 27) ist, der auf einer auf dem Trägerele
ment (1; 18, 30) aufgebrachten Isolationsschicht (10; 26)
angeordnet ist.
3. Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sensorelement (11; 27) durch eine
Schutzschicht (12) abgedeckt ist.
4. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Metall
platte (1) mit einer gebogenen Anlagefläche (8) ist.
5. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Metall
platte (18) und ein mit dieser verbundenes Unterteil
(30) mit einer nach innen gewölbten Anlagefläche (31)
umfaßt.
6. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnete daß an dem Trägerelement (1) ein
Spannelement (2) zum Anpressen der Anlagefläche (8) an
die Meßstelle angeordnet ist.
7. Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß das Spannelement eine Metallasche (2) ist, die
an dem Trägerelement (1) angeformt und zu einem Feder
bügel umgebogen ist.
8. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (1; 18) ein
Anschlußteil (4; 35) zur Aufnahme der elektrischen An
schlüsse (13, 14; 28, 29) enthält.
9. Temperatursensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß an dem Anschlußteil (4) seitliche Haltelaschen
(5, 6, 7) zur Fixierung eines Anschlußkabels (15) ange
formt sind.
10. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (35) zur Aufnahme
eines Steckanschlusses (36) ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Trägerelement ( 1; 18, 30) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird,
daß auf das Trägerelement (1; 18, 30) eine Isolations schicht (10; 26) aufgebracht wird,
daß auf die Isolationsschicht (10; 26) mindestens eine Leiterbahn (11; 27) und die Kontaktflächen (13, 14; 28, 29) für elektrische Anschlüsse aufgebracht werden, und
daß zumindest die Leiterbahn (11; 27) mit einer Schutz schicht (12) überzogen wird.
daß ein Trägerelement ( 1; 18, 30) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird,
daß auf das Trägerelement (1; 18, 30) eine Isolations schicht (10; 26) aufgebracht wird,
daß auf die Isolationsschicht (10; 26) mindestens eine Leiterbahn (11; 27) und die Kontaktflächen (13, 14; 28, 29) für elektrische Anschlüsse aufgebracht werden, und
daß zumindest die Leiterbahn (11; 27) mit einer Schutz schicht (12) überzogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trägerelement (1; 18, 30) zur Anpassung an die Meß
stelle umgeformt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998116941 DE19816941A1 (de) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | Temperatursensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998116941 DE19816941A1 (de) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | Temperatursensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19816941A1 true DE19816941A1 (de) | 1999-10-21 |
Family
ID=7864757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998116941 Ceased DE19816941A1 (de) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | Temperatursensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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