DE3829764C2 - Platin-Temperatursensor - Google Patents
Platin-TemperatursensorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Platin-Temperatursensor
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere
auf einen Platin-Temperatursensor mit einem Platin-
Widerstandsthermometer.
Platin ist chemisch stabil, weist eine hohe
Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes auf und
eignet sich demzufolge als Material für einen Tempe
ratursensor. Bei einem konventionellen Platin-
Temperatursensor ist ein Platindraht spiralförmig auf einem
Isolator aufgewickelt, oder es befindet sich ein Platin-
Widerstandsmuster in Form eines Dick- oder Dünnfilms auf
einem einzelnen, plattenförmig ausgebildeten
Aluminiumoxidsubstrat, wie den US-Patentschriften
No. 4 028 657, 4 050 052 oder 3 781 749 zu entnehmen ist.
Der Platin-Temperatursensor vom Wicklungstyp ist relativ
teuer und kann nicht mit hinreichend kleiner Größe
hergestellt werden, wobei sich ferner auch kein hoher
Widerstandswert erreichen läßt. Der ein einzelnes Alu
miniumsubstrat aufweisende Platin-Temperatursensor muß
andererseits relativ groß hergestellt werden, um einen hohen
Widerstandswert zu erzielen. Auch hier läßt sich kein hoher
Widerstandswert erreichen, wenn der Platin-Temperatursensor
nur eine geringe Größe aufweist.
Die US-Patentschrift No. 3 781 749 offenbart einen Platin-
Temperatursensor mit übereinandergeschichteten Platin-
Mustern, die auf jeder Schicht linear oder gerade ausgebildet
sind. Auch hier tritt aber ein ähnliches Problem wie bei den
zuvor beschriebenen Platin-Temperatursensoren auf, da sich
keine hinreichende Musterlänge in jeder der Schichten erzielen
läßt.
Aus der US-Patentschrift 3 575 053 ist ein Manganin-Nickel-
Tiefsttemperatursensor bekannt. Bei diesem Temperatursensor
sind die Widerstandselemente in ein Epoxid-Harz eingegossen,
und die elektrischen Anschlüsse dazu sind jeweils einzeln von
den Widerstandselementen durch den umhüllenden Film hindurch
nach außen geführt.
Des weiteren ist kein Widerstandsabgleich der eingegossenen
Widerstandselemente möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verkleinerten
Platin-Temperatursensor mit erhöhtem Widerstandswert billig
herstellen zu können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Platin-Temperatursensor nach der Erfindung zeichnet sich
aus durch
- - eine Mehrzahl von aufeinandergeschichteten Keramikplättchen,
- - Platin-Widerstandsmuster auf den Oberflächen der jeweiligen Keramikplättchen, wobei jedes Platin- Widerstandsmuster eine Mehrzahl von gebogenen Bereichen aufweist, und
- - Verbindungseinrichtungen zur Verbindung jeweils benachbarter Platin-Wi derstandsmuster untereinander, die zwischen den Keramikplättchen liegen.
Die Verbindungseinrichtungen weisen Durchgangslöcher innerhalb der Keramik
plättchen und Metallpaste in den Durchgangslöchern auf, um eine elektri
sche Verbindung zwischen den Enden der jeweiligen Platin-Widerstandsmuster zu
schaffen. Die einzelnen Platin-Widerstandsmuster lassen sich über die Verbin
dungseinrichtungen elektrisch in Reihe miteinander verbinden, wobei die Verbin
dungseinrichtungen abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Platin-Tem
peratursensors zu liegen kommen.
Die Keramikplättchen sind in aufeinandergeschichtetem Zustand gebrannt, so daß
ein integraler Körper erhalten wird.
Ein äußerstes Keramikplättchen, das auf seiner äußeren Oberfläche kein Platin-
Widerstandsmuster trägt, kann Durchgangslöcher aufweisen, die den Zwischen
bereich eines unter diesen Keramikplättchen liegenden Platin-Widerstands
musters erreichen. Es können Widerstands-Einstelleitungen auf der äußeren
Oberfläche des äußersten Keramikplättchens vorhanden sein, die mit dem unter
diesem Keramikplättchen liegenden Platin-Widerstandsmuster durch die Durch
gangslöcher hindurch verbunden sind, um den Widerstandswert des Platin-Tem
peratursensors abgleichen zu können. Leitungsdrähte können über eine Elektro
denpaste mit beiden Enden des resultierenden Platin-Widerstandsmusters ver
bunden sein. Diese Leitungsdrähte sind also jeweils mit einem Ende der über die
Verbindungseinrichtung miteinander verbundenen Platin-Widerstandsmuster
verbunden.
Mit Hilfe des Platin-Temperatursensors nach der Erfindung läßt sich die Tempera
tur über eine lineare Veränderung des elektrischen Widerstands der Platin-Wider
standsmuster messen, die als Temperatursensorelemente dienen, wobei die linea
re Veränderung des elektrischen Widerstandes durch die Temperaturänderung
hervorgerufen wird.
Die Platin-Widerstandsmuster können jeweils eine Mehrzahl von gebogenen Berei
chen aufweisen, wobei sich die Platin-Widerstandsmuster auf den Oberflächen der
aufeinandergeschichteten Keramikplättchen befinden. Jeweils ein Platin-Wider
standsmuster befindet sich auf einem Keramikplättchen. Benachbarte Platin-Wi
derstandsmuster zwischen den Keramikplättchen sind miteinander über die Ver
bindungseinrichtungen verbunden. Gegenüber dem konventionellen Platin-Wi
derstandsmuster lassen sich die Platin-Widerstandsmuster nach der Erfindung in
der Länge vergrößern, so daß ein hoher Widerstandswert bei geringer Sensorgröße
erhalten wird. Der Platin-Temperatursensor läßt sich darüber hinaus billig her
stellen, da er aus mehreren aufeinandergeschichteten Keramikplättchen gebildet
wird. Gegenüber dem konventionellen Platin-Temperatursensor ist derjenige nach
der Erfindung billiger und kleiner herstellbar und weist darüber hinaus einen hö
heren Widerstandswert auf.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines ersten Auführungsbeispiels der
Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 einen Teilquerschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 und
Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt durch ein zweites Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einem herausgebrochenen Teil. Entsprechend der Fig. 1 ent
hält ein Platin-Temperatursensor nach der Erfindung einen Platin-Temperatur
sensorkörper 1 sowie zwei Leitungsdrähte 2 und 3, die aus dem Platin-Temperatur
sensorkörper 1 herausragen. Der Platin-Temperatursensorkörper 1 ist aus vier Ke
ramikplättchen gebildet, die in einem aufeinandergeschichteten Zustand gebrannt
und integral miteinander verbunden sind.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbei
spiels nach Fig. 1. Entsprechend der Fig. 2 ist das unterste Keramikplättchen 4
auf seiner oberen Fläche mit einem Platin-Widerstandsmuster 5 versehen, das eine
Zickzackform aufweist. Ein Endteil des Platin-Widerstandsmusters 5 erstreckt
sich linear vom zickzackförmigen Teil, wobei der Endteil dieses linear ausgebilde
ten Teils mit einer Elektrode 6 verbunden ist, die sich am Umfangskantenbereich
des Keramikplättchens 4 befindet. Ein Keramikplättchen 7 liegt auf dem Keramik
plättchen 4 und weist ebenfalls an seiner oberen Fläche ein zickzackförmig ausge
bildetes Platin-Widerstandsmuster 8 auf. Ein Ende des Platin-Widerstandsmu
sters 8 ist in vertikaler Richtung mit dem anderen Ende des Platin-Widerstands
musters 5 verbunden. Das Keramikplättchen 7 ist zu diesem Zweck mit einem
senkrechten Durchgangsloch 9 versehen, und zwar im Endbereich des Platin-Wi
derstandsmusters 8, wobei das Durchgangsloch 9 auf das andere Ende des Platin-
Widerstandsmusters 5 ausgerichtet ist. Ein Keramikplättchen 10 liegt auf dem Ke
ramikplättchen 7 und weist ebenfalls ein zickzackförmig ausgebildetes Platin-Wi
derstandsmuster 11 auf. Das Keramikplättchen 10 enthält ein senkrechtes Durch
gangsloch 12 in einem Endbereich des Platin-Widerstandsmusters 11, wobei das
Durchgangsloch 12 auf das andere Ende des Platin-Widerstandsmusters 8 ausge
richtet ist. An diesem anderen Ende des Platin-Widerstandsmusters 8 befindet sich
kein Durchgangsloch. Das andere Ende des Platin-Widerstandsmusters 11 ist mit
einer Elektrode 13 verbunden, die am Umfangskantenbereich des Keramikplätt
chens 10 liegt.
Eine auf dem Keramikplättchen 10 liegendes Keramikplättchen 14 weist eine große
Anzahl von Durchgangslöchern 15 auf, die gegenüber den Umfangskanten des Ke
ramikplättchens 14 leicht nach innen versetzt sind und an Positionen liegen, die
mit den Bereichen bzw. gebogenen Bereichen des Platin-Widerstandsmusters 11
übereinstimmen, das sich darunter befindet.
Die Leitungsdrähte 2 und 3 sind mit den jeweiligen Elektroden 13 und 6 durch so
genanntes Silberbacken verbunden. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, sind einige der
Durchgangslöcher 15 über Widerstands-Einstelleitungen 16 miteinander verbun
den, die sich an der oberen Fläche des Keramikplättchens 14 an Positionen befin
den, die mit den abgebogenen Bereichen des Platin-Widerstandsmusters 11 über
einstimmen. Diese Widerstands-Einstelleitungen 16 lassen sich zum Beispiel ein
brennen. Sie dienen dazu, die abgebogenen Bereiche des Platin-Widerstandsmu
sters 11 über die Durchgangslöcher 15 miteinander zu verbinden.
Ferner befindet sich eine Keramikschlammschicht 17 auf der oberen Fläche der
Keramikschicht 14, wie die Fig. 1 zeigt. Die Keramikschlammschicht 17 füllt jene
Durchgangslöcher 15 aus, die nicht mit Widerstands-Einstelleitungen 16 versehen
sind, wie in Fig. 3 zu erkennen ist. Auf diese Weise werden das Platin-Wider
standsmuster 11 und die Widerstands-Einstelleitungen 16 gegenüber der äußeren
Umgebung abgedeckt.
Entsprechend der Fig. 4 befindet sich eine Verbindungsleitung 18 aus einer Sil
berpaste innerhalb des Durchgangsloches 12. Das untere Ende der Verbindungs
leitung 18 ist elektrisch mit einem Ende des Platin-Widerstandsmusters 8 verbun
den, während das obere Ende der Verbindungsleitung 18 mit einem Ende des Pla
tin-Widerstandsmusters 11 verbunden ist. Auf diese Weise werden über die Ver
bindungsleitung 18 die Platin-Widerstandsmuster 8 und 11 miteinander verbun
den.
Das Durchgangsloch 9 (vgl. Fig. 2) ist in ähnlicher Weise wie das Durchgangsloch
12 mit einer Verbindungsleitung ausgestattet, um die Platin-Widerstandsmuster 5
und 8 miteinander zu verbinden.
Der Platin-Temperatursensor nach der Erfindung wird an einer geeigneten Position
angeordnet, um eine Temperaturmessung mit Hilfe des Wheatstone-Brückenver
fahrens oder mit Hilfe eines Konstantstromprozesses durchzuführen. Er läßt sich
aber auch im Zusammenhang mit anderen Meßverfahren einsetzen. Die Platin-Wi
derstandsmuster 5, 8 und 11 dienen als Temperatursensorelemente, deren elektri
scher Widerstand sich linear mit der Temperatur ändert. Hierdurch läßt sich die
Temperatur eines zu messenden Objektes erfassen. Die Platin-Widerstandsmuster
5, 8 und 11 sind von den Keramikplättchen 4, 7 und 10 sowie von der Keramik
schlammschicht 17 dicht umgeben, so daß sie nicht der Atmosphäre ausgesetzt
und ferner gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt sind.
Widerstandseinstellungen der Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11 erfolgen
durch entsprechendes Zuschneiden der Widerstands-Einstelleitungen 16 vor dem
Aufbringen der Keramikschlammschicht 17. Nach einer solchen Widerstandsein
stellung wird die Keramikschlammschicht 17 auf der Oberfläche der Kera
mikschicht 14 gebildet, um die Durchgangslöcher 15 und die Widerstandseinstel
leitungen 16 abzudecken. Auf diese Weise wird der Schutz gegen atmosphärische
und Feuchtigkeitseinflüsse erhöht.
Im Nachfolgenden wird die Herstellung des zuvor beschriebenen Platin-Tempe
ratursensors im einzelnen erläutert. Zuerst werden vier unbehandelte bzw. unge
brannte Keramikplättchen hergestellt, die den Keramikplättchen 4, 7, 10 und 14 in
Fig. 2 entsprechen. Es handelt sich hierbei um sogenannte Ceramic Green
Sheets. Auf einer dieser noch unbehandelten Keramikplättchen werden die Platin-
Widerstandsmuster 5, 8 und 11 aufgebracht, während die Durchgangslöcher 15 in
die letzte bzw. vierte noch unbehandelte Keramikschicht eingebracht werden. Die
Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11 lassen sich in Form von Dickfilmen herstel
len, zum Beispiel mit Hilfe eines Film- oder Schablonendruckes, oder in Form von
Dünnfilmen, die aufgedampft werden. Anschließend werden die Durchgangslöcher
9 und 12 sowie die Elektroden 6 und 13 gemäß Fig. 2 hergestellt, und zwar bei den
noch unbehandelten Keramikplättchen, die die Platin-Widerstandsmuster 5, 8
und 11 aufweisen.
Die auf diese Weise erhaltenen vier noch ungebrannten Keramikplättchen werden
gemäß Fig. 2 aufeinandergeschichtet und unter Anwendung von Druck gegen
einandergepreßt. Sodann werden die Widerstands-Einstelleitungen 16 so verlegt,
daß sie Durchgangslöcher 15 miteinander verbunden, die in gebogenen Bereichen
des Platin-Widerstandsmusters 11 liegen. Das auf diese Weise hergestellte Lami
nat wird gebrannt, um eine feste Verbindung zwischen den Schichten zu erzeugen,
so daß letztlich der Platin-Temperatursensorkörper 1 erhalten wird. Die Leitungs
drähte 2 und 3 sind mit den Elektroden 6 und 13 des Platin-Temperatursensorkör
pers 1 durch das bereits erwähnte Silberbacken verbunden.
Sodann werden die Widerstandswerte der Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11
im Platin-Temperatursensorkörper 1 über die Leitungsdrähte 2 und 3 gemessen,
wobei die Widerstands-Einstelleitungen 16 so zerschnitten werden können, daß
sich ein vorbestimmter Widerstand erzielen läßt. Zuletzt wird die Keramik
schlammschicht 17 auf die obere Fläche des Platin-Temperatursensorkörpers 1
aufgebracht, um die Durchgangslöcher 15 und die Widerstands-Einstelleitungen
16 abzudecken. Der gesamte Körper wird nochmals gebrannt, um die Keramik
schlammschicht 17 integral mit dem Platin-Temperatursensorkörper 1 zu verbin
den. Auf diese Weise wird der in Fig. 1 gezeigte Platin-Temperatursensor erhal
ten.
Im nachfolgenden werden weitere Abwandlungen der Erfindung näher beschrie
ben.
- (a) Die Leitungsdrähte 2 und 3 können durch äußere Elektroden 20 und 21 ge mäß Fig. 5 ersetzt werden, und zwar dadurch, daß Silberpaste auf die Seiten wandoberflächen des Platin-Temperatursensorkörpers 1 aufgebracht wird.
- (b) Die Einstellung des Widerstandes braucht nicht unbedingt durch Zuschnei den von Widerstands-Einstelleitungen 16 gemäß Fig. 1 zu erfolgen. Sie kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß entsprechende Durchgangslöcher 15 durch eine Silberpaste miteinander verbunden werden, die gebacken wird (soge nanntes Silberbacken).
- (c) Die Keramikschlammschicht 17 kann durch eine Abdeckschicht aus Glas ersetzt werden.
- (d) Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11 über die Durchgangslöcher 9 und 12 und die darin vorhandenen Verbindungslei tungen 18 miteinander zu verbinden. Die Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11 lassen sich auch über äußere Verbindungsleitungen miteinander verbinden.
- (e) Die Anzahl der Platin-Widerstandsmuster ist nicht auf drei beschränkt. Es können auch Platin-Widerstandsmuster auf zwei oder mehr als drei Keramikplätt chen vorhanden sein.
- (f) Die Platin-Widerstandsmuster 5, 8 und 11 müssen nicht unbedingt die dar gestellte Form aufweisen, die im Zusammenhang mit dem obigen Ausführungsbei spiel erläutert worden ist. Andere Muster können zum Einsatz kommen, und zwar je nach Abhängigkeit des gewünschten Anwendungszweckes.
- (g) Die Leitungsdrähte 2 und 3 können angeschlossen bzw. mit den Elektroden 13 und 6 verbunden werden, wenn das aus den mehreren ungebrannten Keramik plättchen bestehende Laminat gebrannt wird. In diesem Fall bestehen die Lei tungsdrähte 2 und 3 aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt, um der Tempe ratur beim Brennen des Laminats widerstehen zu können.
Claims (9)
1. Platin-Temperatursensor, gekennzeichnet durch
- - eine Mehrzahl von aufeinandergeschichteten Keramikplättchen (4, 7, 10),
- - Platin-Widerstandsmuster (5, 8, 11) auf den Oberflächen der jeweiligen Keramikplättchen (4, 7, 10), wobei jedes Platin- Widerstandsmuster (5, 8, 11) eine Mehrzahl von gebogenen Bereichen aufweist,
- - Verbindungseinrichtungen zur Verbindung jeweils benachbarter Platin-Widerstandsmuser (5, 8 bzw. 8, 11) untereinander, die zwischen den Keramikplättchen (4, 7, 10) liegen, wobei die
- - Verbindungseinrichtungen Durchgangslöcher (9, 12) innerhalb der Keramikplättchen (7, 10) und Metallpaste (18) in den Durchgangslöchern (9, 12) aufweisen, um eine elektrische Verbindung zwischen den Enden der jeweiligen Platin- Widerstandsmuster zu schaffen.
2. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Keramikplättchen (4, 7, 10) in aufeinandergeschichtetem Zustand gebrannt
sind.
3. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein äußerstes Keramikplättchen (14) Durchgangslöcher (15) aufweist, die den Zwi
schenbereich eines unter diesem äußeren Keramikplättchen (14) liegenden Platin-Wider
standsmuster (11) erreichen.
4. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Wider
stands-Einstelleitungen (16) auf der äußeren Oberfläche des äußersten Keramik
plättchens (14), die mit dem unter diesem äußeren Keramikplättchen (14) liegenden Platin-
Widerstandsmuster (11) durch die Durchgangslöcher (15) hindurch verbunden
sind.
5. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch
eine die Oberfläche des äußersten Keramikplättchens (14) bedeckende Keramik
schlammschicht (17), die die Durchgangslöcher (15) ausfüllt, durch die keine
Widerstands-Einstelleitungen (16) hindurchlaufen.
6. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Durchgangslöcher (15) in Bereichen liegen, die mit den gebogenen Be
reichen des Platin-Widerstandsmusters (11) übereinstimmen.
7. Platin-Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platin-Widerstandsmuster (5, 8, 11) zickzack
förmig ausgebildet sind.
8. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Leitungsdrähte (2, 3), die jeweils mit einem Ende der über die Verbindungseinrich
tung miteinander verbundenen Platin-Widerstandsmuster (5, 8, 11)
verbunden sind.
9. Platin-Temperatursensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch äußere
Elektroden (20, 21) aus einer Metallpaste an den Seitenflächen der aufeinanderge
schichteten Keramikplättchen, wobei die Elektroden (20, 21) jeweils mit einem Ende der
über die Verbindungseinrichtungen (9, 12, 18) miteinander verbundenen Platin-
Widerstandsmuster (5, 8, 11) verbunden sind.
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