DE3876579T2 - Temperaturfuehler. - Google Patents

Temperaturfuehler.

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DE3876579T2 DE8888116147T DE3876579T DE3876579T2 DE 3876579 T2 DE3876579 T2 DE 3876579T2 DE 8888116147 T DE8888116147 T DE 8888116147T DE 3876579 T DE3876579 T DE 3876579T DE 3876579 T2 DE3876579 T2 DE 3876579T2
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Akira Kumada
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    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/34Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
    • G01K7/343Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements the dielectric constant of which is temperature dependant

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturfühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Beschreibung des Standes der Technik:
  • Temperaturfühler sind in vielen elektrischen Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Klimaanlagen, elektrischen Reiskochern und anderen in Gebrauch. Der Temperaturfühler ist geeignet, die Temperatur in dem elektrischen Haushaltsgerät zu ermitteln und zu steuern.
  • Derartige Temperaturfühler beinhalten einen Thermoelement- Sensortyp, der geeignet ist, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die einer Differenz zwischen einer Bezugstemperatur und einer ermittelten Temperatur entspricht, und einen Platinwiderstand oder Thermistor-Sensortyp, der geeignet ist, eine geänderte Temperatur als eine Veränderung im Widerstand zu erfassen.
  • Der Thermoelement-Sensortyp muß einen bestimmten Verstärker besitzen, da die durch den Temperaturunterschied erzeugte elektromotorische Kraft sehr klein ist. Dies bedeutet, daß die gesamte Konstruktion komplizierter und im Hinblick auf Herstellungskosten teuer ist.
  • Obwohl der Platinwiderstand-Sensortyp die Temperatur mit wesentlich verbesserter Genauigkeit erfassen kann, hat dieser den Nachteil, daß dadurch die Herstellungskosten entsprechend erhöht sind. Gewöhnliche elektrische Haushaltsgeräte benötigen keine derartige Genauigkeit, wie sie durch einen Platinwiderstand-Sensortyp erreicht werden, sondern verlangen eher eine Senkung des Preises mit einer verhältnismäßig verminderten Genauigkeit.
  • Da der Thermistor-Sensortyp eine relativ hohe Genauigkeit der Temperaturerfassung bei relativ geringen Fertigungskosten besitzt, fand dieser breite Verwendung in verschiedenen Geräten. Der Thermistor-Sensortyp hat jedoch ein Problem, wenn dessen Ausgangs-Erfassungssignal unter Verwendung eines Mikrocomputers verarbeitet wird.
  • Mit der jüngsten Entwicklung von Mikrocomputern hat es mehr und mehr zugenommen, daß der Mikrocomputer Daten vom Temperatursensor empfängt und verarbeitet. Da die Ausgangssignale eines Thermistors generell analoge Spannungssignale sind, müssen in einem solchen Fall diese Analogsignale zur Verarbeitung in einem Mikrocomputer zuerst mittels eines A/D-Wandlers in digitale Signale umgewandelt werden. Dies bedeutet, daß der Signalverarbeitungsvorgang komplizierter wird.
  • Störungen können häufig in das Analogsignalsystem vom Thermistor zum A/D-Wandler eingeschlossen werden, und das S/N-Verhältnis herabsetzen.
  • Die GB-A 998 534 betrifft thermisch sensitive elektrische Schaltungselemente und insbesondere kapazitive Schaltungselemente mit einem relativ großen thermischen Koeffizienten. Der elektrische Kondensator wird in einem thermisch sensitiven Steuerungssystem verwendet und umfaßt ein Paar voneinander getrennt plazierter Elektrodenplatten und ein organisches Dielektrikum, welches über einen Temperaturbereich von 0 bis 150ºC einen im wesentlichen konstanten, positiven thermischen Koeffizienten der dielektrischen Konstante mit einer Abweichung von 0,1 % pro ºC zwischen den Platten aufweist. Das Dielektrikum ist eine Schicht von Polyvinylfluorid.
  • Die US-A 4,545,254 beschreibt eine kapazitive Druck- und Temperaturfühl-Vorrichtung zur Verwendung bei kryogenen Temperaturen, wobei ein Quantum ferro-elektrischen Pyrochlor-Keramikmaterials als Dielektrikum verwendet wird. Das Keramikmaterial ist derart zusammengestellt, daß die dielektrische Konstante der Keramik stark temperaturabhängig ist. Der Kondensator ist in einer mehrlagigen Struktur ausgeführt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Temperaturfühler zu schaffen, welcher eine solche Erfassungsgenauigkeit besitzt, wie sie zur Steuerung der Temperatur in elektrischen Haushaltsgeräten verlangt wird, dessen Ausgangssignale mit einem Mikrocomputer einfach verarbeitet werden können und welcher ökonomisch hergestellt werden kann.
  • Bei einem Temperaturfühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Verbesserungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • In einer solchen Anordnung wird die dielektrische Konstante des keramischen dielektrischen Körpers in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur in dem zu erfassenden Bereich verändert. Auf diese Art wird die elektrostatische Kapazität des Kondensators entsprechend geändert, um das Zeitintervall zwischen der Aufladung und Entladung des Kondensators in dem CR-Oszillatorschaltkreis zu variieren. Diese Veränderung wird als eine Veränderung der Frequenz des Ausgangssignals des Sensors erscheinen. Durch die Erfassung einer oszillierenden Frequenz in dem CR-Oszillatorschaltkreis kann folglich die Temperatur in dem gewünschten Bereich bestimmt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Figur 1 ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels des Temperaturfühlers gemäß der Erfindung.
  • Figur 2 zeigt die Stufen der Herstellung des Temperaturfühlers nach Fig. 1.
  • Figur 3 ist ein Schaltbild des CR-Oszillatorschaltkreises.
  • Figur 4 ist ein Querschnitt, welcher durch einen Kontaktabschnitt verläuft, der das erste und zweite Leitungsmuster verbindet.
  • Figur 5 ist ein Zeitdiagramm, das die Wirkungsweise der Temperatur, entsprechend Fig. 1, darstellt.
  • Figur 6 ist ein Diagramm, das die Ausgangscharakteristiken des Temperaturfühlers nach Fig. 1 darstellt.
  • Figur 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der spezifischen dielektrischen Konstante in dem keramischen dielektrischen Körper darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • In den Figuren 1 und 2, ist ein keramischer dielektrischer Körper 1 gezeigt, welcher auf eine Dicke von 0,5 mm durch irgendein geeignetes Schleifverfahren, wie Läppen, abgeschliffen und in eine rechteckige Platte mit den Dimensionen 5 mm x 8 mm, wie in Fig. 2a gezeigt, zurechtgeschnitten wurde. Der keramische dielektrische Körper 1 dient als ein Dielektrikum für einen Kondensator 2 in einem CR-Oszillatorschaltkreis, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Der Begriff "CR-Oszillatorschaltkreis" in der vorliegenden Erfindung ist auf einen Oszillatorschaltkreis bezogen, welcher eine positive Rückkopplung einschließt, die aus Kapazitäten und Widerständen besteht.
  • Die keramische dielektrische Platte 1 wird auch als Schaltkreissubstrat verwendet. Auf einer Seite 1a der keramischen dielektrischen Platte 1 sind ein erster Widerstand 3 (Widerstand Rf in Fig. 3), eine der Elektroden 5 in dem Kondensator 2 und ein erstes elektrisch leitendes Muster 5, welches den ersten Widerstand 3 mit dem Kondensator 2 verbindet, aufgedruckt und verfestigt, wobei alles Teile des CR-Oszillatorschaltkreises sind, wie dies in Fig. 2(b) gezeigt ist. Zum Beispiel hat die Elektrode 4 die Größe von ungefähr 2 mm x ungefähr 2 mm. In der vorliegenden Ausführung sind einige der Widerstände R&sub1;, R&sub1;, R&sub3; und Rf, die den CR-Oszillartorschaltkreis definieren, beispielsweise die Widerstände R&sub1;, R&sub2; und R&sub3;, mittels der Druck- und Verfestigungstechnik aus der Widerstandspaste direkt auf der Oberfläche der keramischen dielektrischen Platte 1 gebildet. Die Elektrode 4 wird durch Siebdruck eines Elektrodenmusters aus einem Material bestehend aus Silber und Paladium auf der Oberfläche der keramischen dielektrischen Platte 1 gebildet und anschließendem Erhitzen des Elektrodenmusters bei einer Temperatur von ungefähr 850 ºC, gebildet.
  • Alles, der erste Widerstand 3, die Elektrode 4 und das erste elektrisch leitende Muster 5, sind auf der keramischen dielektrischen Platte 1 ausgeführt und sind mit einer elektrischen Isolierschicht 6 bedeckt, wie dies aus Fig. 2(c) ersichtlich ist. Die Isolierschicht 6 wird durch Aufdrucken eines elektrisch isolierenden Materials auf den vorgenannten Widerstand 3 und andere Komponenten gebildet, und nachdem es getrocknet ist, gebrannt. In der vorliegenden Ausführung sind eine Vielzahl solcher Isolierschichten 6 wiederholt (beispielsweise zwei- oder dreimal) übereinander in einer relativ dicken Schicht ausgebildet, so daß ein Isolierungsfehler zuverlässig verhindert werden kann. Weiterhin ist die Isolierschicht 6 an Positionen, welche mit Durchgangslöchern korrespondieren, mit Öffnungen ausgebildet, welche dazu verwendet werden, einige Teile auf einer Seite des Substrates 1 mit den entsprechenden Teilen auf der anderen Seite desselben zu verbinden.
  • Auf der gegenüberliegenden oder äußeren Oberfläche der Isolierschicht 6 sind die anderen Widerstände des CR-Oszillatorschaltkreises ausgebildet, dies sind zweite Widerstände 7 (R&sub1;, R&sub2; und R&sub3;) und ein zweites elektrisch leitendes Muster 8, welches mit den zweiten Widerständen 7 in gleicher Weise verbunden ist. Auf dem zweiten leitenden Muster 8 ist eine mini-flache Packung 10 eines IC als eine aktive Komponente aufgelötet, wie aus Figur 2(e) ersichtlich. Die mini-flache Packung 10 beinhaltet einen Operationsverstärker 11, der darin integriert ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite 1b der keramischen dielektrischen Platte 1 ist vergleichbar aufgedruckt und eingebrannt ein elektrisch leitender Musterabschnitt 13 zur Befestigung von Anschlüssen 12 daran und die andere Elektrode 14 des Kondensators 2, wie aus Figur 2(f) ersichtlich. In der vorliegenden Ausführung ist die andere Elektrode 14 im wesentlichen über die Gesamtoberfläche der Seite 1b der keramischen dielektrischen Platte 1 ausgebildet und auch geerdet, um eine Erdungselektrode (GND-Elektrode) zu schaffen. Wie aus Figur 3 ersichtlich, enthält das Substrat 1 auch Elektroden zur Verbindung mit je einem VCC-Eingangsterminal 18 und einem VO-Ausgangsterminal 19.
  • Wie in Figur 4 gezeigt, ist die Isolierschicht 6 mit einem Durchgangsloch 15 ausgebildet, in welchem ein elektrisch leitender Kontaktabschnitt 16 in Form einer Übergangsloch- Elektrode ausgeführt ist. Das erste leitende Muster 5 ist elektrisch verbunden mit dem zweiten leitenden Muster 8 durch die Übergangsloch-Elektrode 16. In Figur 4 sind der keramische dielektrische Körper 1, die mini-flache Packung 10 und anderes weggelassen. Das erste leitende Muster 5 ist auch elektrisch mit dem leitenden Musterabschnitt 13 durch eine Durchgangsloch-Elektrode (nicht gezeigt) verbunden. Auf diese Weise kann der CR-Oszillatorschaltkreis auf der keramischen dielektrischen Platte 1 in Form einer integrierten Schichtung gebildet werden. Die Gesamtoberfläche des CR-Oszillatorschalterkreis ist bedeckt und geschützt mit einer Tauchfarbschicht (Tauchpackung) 17 eines elektrisch isolierenden Kunststoffharzes, wie in Fig. 2(f) dargestellt.
  • Der Teil der keramischen dielektrischen Platte 1, welcher sich zwischen den Elektroden 4 und 14 befindet, dient als ein Dielektrikum im Kondensator 2. Um die Effizienz der Rolle des dielektrischen Abschnittes zu gewährleisten, ist der keramische dielektrische Körper 1 so ausgewählt, daß dieser einen Arbeitstemperaturbereich zur Temperaturerfassung in der normalen dielektrischen Phase und einen Temperaturkoeffizienten für eine dielektrische Konstante hat, welcher zwischen -1.000 ppm/K und -10.000 ppm/K liegt. Eine dieser keramischen Materialien ist
  • (SrPb) TiO&sub3;-Bi&sub3;2TiO&sub2;.
  • Im allgemeinen hat das keramische Dielektrikum einen derartigen Zusammenhang zwischen der spezifischen dielektrischen Konstante εr und der Temperatur T, wie in Figur 7 gezeigt. Wenn es gewünscht ist, das Dielektrikum für einen Kondensator zur Temperaturfühlung zu verwenden, ist es erforderlich, im wesentlichen lineare Teile der in Figur 7 gezeigten Kurve zu verwenden, d.h. einen linearen Abschnitt A entsprechend einem Temperaturbereich, der kleiner als die Curie-Temperatur TC (und im wesentlichen proportional zur Temperatur TC) und ein anderer linearer Abschnitt B entsprechend einem Temperaturbereich, der höher als die Curie- Temperatur TC (und im wesentlichen proportional zu 1/T) ist. Der lineare Abschnitt A ist jedoch in den Charakteristiken der temperaturspezifischen dielektrischen Konstante weniger stabil, und daher für das Dielektrikum im Temperaturfühler nicht vorzuziehen. Im Gegensatz dazu ist der lineare Abschnitt B in den Charakteristiken der temperaturspezifischen dielektrischen Konstante stabiler und für das Dielektrikum im Temperaturfühler vorzuziehen.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Empfindlichkeit bei der Temperaturerfassung ist es weiterhin vorzuziehen, daß der Gradient in dem in Figur 7 gezeigten linearen Abschnitt B, d.h. der Temperaturkoeffizient, so hoch wie nur möglich ist. Andererseits sind auch dielektrische Materialien bekannt, welche ihre Arbeitstemperaturbereiche in der schweren dielektrischen Phase haben. Solche dielektrischen Materialien sind jedoch nicht vorzuziehen, weil sie in dem Verhältnis zwischen der spezifischen dielektrischen Konstante εr und der Temperatur weniger stabil sind. Angesichts dessen verwendet die vorliegende Erfindung einen Kondensator, der einen keramischen dielektrischen Körper beinhaltet, welcher einen Temperaturkoeffizienten zwischen -1.000 ppm/K und -10.000 ppm/K hat und einen Arbeitstemperaturbereich in der normalen dielektrischen Phase besitzt.
  • Der obere Bereich des Temperaturkoeffizienten in der vorliegenden Erfindung ist aus folgenden Gründen ausgewählt:
  • (a) Wenn der Temperaturkoeffizient größer als -1.000 ppm/K ist, nimmt die Empfindlichkeit des Temperaturfühlers ab, wenn sich der Temperaturkoeffizient Null nähert. Es kann unmöglich sein, eine praktische Erfassung der Temperatur durchzuführen.
  • (b) Wenn der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten größer als -10.000 ppm/K ist, steigt die Rate der Veränderung für bis heute entwickelte keramische Materialien auf unakzeptable Grade.
  • Obwohl dielektrische Materialien, die ihren Arbeitstemperaturbereich in der normalen dielektrischen Phase haben, organische Materialien, wie Kunststoffe, umfassen, können die Kunststoffe nicht als elektrisch leitende Muster auf das Substrat aufgedruckt und eingebrannt werden, da sie bei hohen Brenntemperaturen schmelzen können. Natürlich kann der CR-Oszillatorschaltkreis auf dem Substrat in jeder anderen geeigneten Art als die Druck- und Brenntechnik zweidimensional ausgebildet werden. Dadurch ergibt sich jedoch ein anderes Problem, da das Substrat in Bezug auf die Ausmaße vergrößert werden sollte, was zu einer Steigerung der Gesamtgröße des Temperaturfühlers führt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Temperaturfühler dadurch hergestellt werden, indem das dielektrische Material auf das Substrat aufgedruckt und gebrannt wird. Als Ergebnis davon kann der Temperaturfühler in der Form einer dreidimensionalen und einstückigen Schichtung extrem einfach hergestellt werden, was eine Verringerung der Gesamtgröße des Temperaturfühlers zur Folge hat.
  • In der vorliegenden Ausführung kann die Frequenz des CR-Oszillatorschaltkreises durch Veränderung der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 2 eingestellt werden. Konkret kann die elektrostatische Kapazität des Kondensators 2 durch Trimmen der geerdeten Elektrode 14 verändert werden, um dadurch den Bereich der Elektrode zu regulieren. Eine andere Methode der Regulierung der Oszillationsfrequenz beinhaltet die Regulierung des Niveaus des Widerstandes in dem Widerstand Rf oder der kombinierten Widerstände R&sub1;, R&sub2; und R&sub3;, wie in Figur 3 gezeigt.
  • Obwohl die keramische dielektrische Masse dazu verwendet wird, um das Substrat zu bilden, auf dem in der vorliegenden Ausführung der CR-Oszillatorschaltkreis ausgeführt ist, könnte die keramische dielektrische Masse durch ein keramisches dielektrisches Substrat, das integriert ausgebildet ist, ersetzt werden, welches durch Verwendung eines frischen Plättchens (green sheet/grünes Blatt) eines keramischen Dielektrikums und durch Aufdrucken und Brennen einer Vielzahl von Schichten aus Elektroden- und Widerstandspasten auf dem Plättchen hergestellt ist. In diesem Fall wird das frische Plättchen durch Schleifen eines keramischen dielektrischen Materials nach der Kalzinierung, dem Zufügen eines organischen Binders, Wasser und eines organischen Lösungsmittels in das Basismaterial hergestellt, um eine Mischung zu bilden, der Tiegelpulverisierung der Mischung, um einen Brei zu bilden und dem Ausstreichen des Breies unter Verwendung eines Rakelblatt-Prozesses. Elektroden und Widerstände sind an Ort und Stelle auf dem Substrat siebgedruckt. Die elektrische Verbindung zwischen den Schichten wird durch Übergangslöcher erreicht, welche mit dem Durchgangsloch-Prozeß gebildet sind. Die Frequenz des CR-Oszillatorabschnittes kann durch die Ausbildung und Regulierung eines Widerstandes Rf auf dem Substrat einfacher angepaßt werden. Normalerweise kann die Dicke des frischen Blattes bzw. Plättchens ungefähr 0,7 mm betragen.
  • Der nach oben beschriebener Art konstruierte Temperaturfühler wird weiter unter Berücksichtigung seines Betriebes in Verbindung mit dem CR-Oszillatorschaltkreises aus Figur 3 und einem Zeitdiagramm aus Figur 5 beschrieben.
  • Zuerst wird eine Bezugsspannung am Eingangsanschluß 18 des CR-Oszillatorschaltkreises angelegt. Dieses Spannungssignal wird dann dem Plus-Terminal des Operationsverstärkers 11 durch den Widerstand R&sub3; zugeführt. Zu dieser Zeit wird die Spannung VA, welche an dem Plus-Terminal angelegt ist, als rechteckige Wellen repräsentiert, welche zwischen einer Maximalspannung VZ und einer Minimalspannung V&sub1; oszillieren, wie in Figur 5(a) gezeigt. Beim Anlegen der Bezugsspannung fließt ein elektrischer Strom in die Elektrode 4 des Kondensators 2 durch den Widerstand Rf, um den Kondensator 2 zu laden. Mit zunehmender Aufladung steigt die Spannung an der Elektrode 4, d.h. die Spannung VB an dem Minus-Terminal des Operationsverstärkers 11 steigt allmählich von einem Punkt X auf einen anderen Punkt Y in einer Zeitperiode zwischen T&sub1; und T&sub2;, wie aus Figur 5(b) ersichtlich. Auf diese Weise fungiert der Operationsverstärker 11 als Komparator, welcher die Spannung VA mit der Spannung VB vergleicht. Wenn die Spannung VA höher ist als die Spannung VB, wird ein Ausgangssignal der Spannung V&sub2;&sub0; vom Ausgangsterminal 19 erzeugt werden, wie in Figur 5(c) gezeigt. Wenn VA = VB = V&sub2; zum Zeitpunkt T&sub2;, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 11 invertiert, um ein Ausgangssignal der Spannung V&sub1;&sub0; zwischen T&sub2; und T&sub3; zu erzeugen. Zum Zeitpunkt T&sub2; beginnt demgemäß der Kondensator 2 seine Entladung von dem Punkt Y zu einem Punkt Z. Wenn VA = VB = V&sub1; zu einem Zeitpunkt T&sub3; ist, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 11 erneut invertiert, um ein Ausgangssignal der Spannung V&sub2;&sub0; zu erzeugen. So wird der Kondensator 2 während einer Zeitperiode zwischen T&sub3; und T&sub4; wieder aufgeladen. Durch Wiederholung des Zyklus aus dem Laden und Entladen des Kondensators 2 und der Signalinvertierung des Operationsverstärkers 11 wird ein Rechteckwellensignal VO am Ausgang des CR-Oszillatorschaltkreis erzeugt.
  • Da die spezifische dielektrische Konstante εr des keramischen dielektrischen Körpers 1 abhängig von den Veränderungen der Umgebungstemperatur variiert, variiert auch die elektrostatische Kapazität des Kondensators 2 entsprechend. Mit anderen Worten, die elektrostatische Kapazität des Kondensators nimmt ab, während die Umgebungstemperatur zunimmt. Demgemäß nehmen die Zeitintervalle des Ladens und Entladens entsprechend ab, um die Frequenz des Ausgangssignals am Ausgangsterminal des CR-Oszillatorschaltkreises zu erhöhen. Wenn andererseits die Umgebungstemperatur abnimmt, steigt die elektrostatische Kapazität des Kondensators, um die Frequenz des Ausgangssignals am Ausgangsterminal des CR-Oszillatorschaltkreises zu senken.
  • So kann die momentane Temperatur durch Analyse der Frequenz des Ausgangssignals von dem CR-Oszillatorschaltkreis bestimmt werden.
  • Figur 6 zeigt die Ausgangscharakteristiken des Temperaturfühlers, der gemäß der vorgenannten Ausführung der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Ausgangscharakteristiken wurden gemessen unter Berücksichtigung des Temperaturfühlers, für den ein keramisches Dielektrikum verwendet wurde, dessen Temperaturkoeffizient gleich -4.700 ppm/K war.
  • Wie aus Figur 6 ersichtlich, ist die Temperatur T im wesentlichen proportional zur Ausgangsfrequenz f in einem Temperaturbereich zwischen -20 ºC und 120 ºC. Dies bedeutet, daß mittels des Temperaturfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit der Erfassung, wie sie in verschiedenen elektrischen Haushaltsgeräten verlangt wird, ausreichend gewährleistet ist.
  • Da die vorliegende Erfindung den CR-Oszillatorschaltkreis vorsieht, der auf dem keramischen dielektrischen Substrat 1 und der Isolierschicht 6 gebildet ist, welche die Oberfläche desselben bedeckt, vorsieht, kann das Substrat selbst in der Größe verringert werden, um die Gesamtgröße des Temperaturfühlers zu verringern.
  • Da der CR-Oszillatorschaltkreis gemäß der Erfindung durch Aufdrucken und Brennen der Widerstände und der leitenden Muster auf das keramische dielektrische Substrat 1 integriert gebildet wird, ist es nicht notwendig, die verschiedenen Teile im Schaltkreis durch Leitungen zu verbinden. Dies bedeutet, daß weniger Störungen in den Schaltkreis gelangen und so eine sehr zuverlässige Erfassung der Temperatur gewährleisten. Weiterhin können, da eine der Elektroden 14 des Kondensators 2 auf dem keramischen dielektrischen Substrat 1 über dessen weitere Umgebung hinaus ausgebildet ist und noch mit der Erde verbunden ist, Störungen von innerhalb und außerhalb des Scha1tkreises durch die geerdete Elektrode aufgefangen werden. Demgemäß kann das S/N-Verhältnis des Oszillatorschaltkreises stark verbessert werden, um die Zuverlässigkeit der Temperaturerfassung weiter zu steigern.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Vergleich der Bezugsspannung VA mit der Elektrodenspannung VB am Operationsverstärker 11 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anordnung begrenzt. Zum Beispiel könnte ein getrennter Komparator verwendet werden, um die Spannung VA mit der Spannung VB zu vergleichen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung als ein Temperaturfühler beschrieben wurde, welcher eine den Schaltkreis schützende Tauchfarbschicht aus Kunststoffmaterial einschließt, könnte diese Schicht durch die Bildung einer Passivschicht aus Aluminiumnitrid oder Siliziumoxid durch irgendeine geeignete Einrichtung wie CVD und dergleichen ersetzt werden. Im letzten Fall sei vorweggenommen, daß die thermische Kapazität des Sensors verringert werden kann, um dessen Reaktionsverhalten bezüglich Veränderungen der Temperatur zu verbessern.
  • Wie aus dem Vorangegangenen ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung die Anzahl von Teilen, die gebraucht werden, verringern und den Gesamtaufbau des Schaltkreises vereinfachen. Da der keramische dielektrische Körper in der thermischen Widerstandsfähigkeit hervorragend ist, können weiterhin die Widerstände und leitenden Muster im CR-Oszillatorschaltkreis integriert aufgedruckt und eingebrannt werden, derart, daß der Schaltkreis mit Verringerung der Größe des Temperaturfühlers effizienter gefertigt werden könnte.
  • Da der Temperaturfühler der vorliegenden Erfindung so konstruiert ist, daß die Frequenz des Ausgangssignals in Abhängigkeit von den Veränderungen der Umgebungstemperatur variiert werden kann, kann die Ausgangsfrequenz unverzüglich durch jede Zählschaltung in einem Mikrocomputer gezählt werden, wenn die Ausgangssignale von dem Temperaturfühler direkt in den Mikrocomputer eingegeben werden. Die daraus resultierenden Werte können dazu verwendet werden, um die sofortige Berechnung der erfaßten Temperaturen auszuführen. So kann der Prozeß der Verarbeitung von Signalen im Mikrocomputer stark begünstigt werden. Des weiteren benötigt die vorliegende Erfindung keinen A/D-Wandler, welcher unbedingt im Stand der Technik benötigt wurde. Es ist auf diese Weise beabsichtigt, den Aufbau der Vorrichtung zu vereinfachen und dessen Herstellungskosten zu verringern.
  • Da der keramische dielektrische Körper, der in einem Temperaturfühler der vorliegenden Erfindung verwendet wird, seinen Arbeitstemperaturbereich in der normalen dielektrischen Phase hat, hat er seine sehr stabile Veränderung in der spezifischen dielektrischen Konstante relativ zu den Veränderungen der Temperatur. Zusätzlich ist auch die Empfindlichkeit der Temperaturermittlung wesentlich mit einer erhöhten Zuverlässigkeit der Temperaturermittlung verbessert, da der Temperaturkoeffizient der dielektrischen Konstante in dem keramischen dielektrischen Körper im Bereich zwischen -1.000 und -10.000 ppm/K vorgesehen ist.

Claims (6)

  1. Temperaturfühler mit einem Kondensator (2), der Elektroden (4,14) aufweist, zwischen denen ein dieiektrischer Körper angeordnet ist, dessen Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von den Temperaturveränderungen veränderlich ist,
    wobei der Kondensator (2) ein Teil eines CR-Oszillatorschaltkreises ist, der eine positive Rückkopplung umfaßt, die aus Kapazitäten und Widerständen besteht, so daß eine Änderung der Kapazität des Kondensators als eine Änderung der Oszillationsfrequenz des CR-Oszillatorschaltkreises auftritt, wobei die Temperatur durch Ermitteln der Oszillationsfrequenz bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper (1) aus einem keramischen, dielektrischen Material hergestellt ist, das die folgenden dielektrischen Eigenschaften aufweist:
    (a) Der Arbeitstemperaturbereich von -20ºC bis 100ºC liegt in der paraelektrischen Phase,
    (b) der Temperaturkoeffizient der dielektrischen Konstante weist einen im wesentlichen konstanten Wert auf, der zwischen -1000 ppm/K und -10.000 ppm/K in dem Arbeitstemperaturbereich beträgt,
    wobei der keramische dielektrische Körper (2) zusätzlich als ein Substrat verwendet wird, auf dem die Elektroden (4,14), die den Kondensator, die Widerstände (3) und die leitenden Abschnitte (5) definieren, die sämtliche Teile des CR- Oszillatorschaltkreises sind, in einer laminierten Bauweise ausgebildet sind, wobei die aktiven Teile auf dem Substrat angebracht sind.
  2. 2. Temperaturfühler nach Anspruch 1,
    bei dem eine laminierte Bauweise dadurch ausgebildet ist, daß Isolierschichten (6) und elektrisch leitfähige Muster (5,8) auf dem keramischen dielektrischen Körper (1) wiederholt und aufeinanderfolgend gedruckt, getrocknet und gebacken sind.
  3. 3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2,
    bei dem der keramische dielektrische Körper (1) eine Oberfläche (1a) aufweist, auf der ein erstes elektrisch leitfähiges Muster (5) und ein erster Widerstand (3) in dem CR-Oszillatorschaltkreis gedruckt und gebacken sind, wobei diese eine Oberfläche (1a) ferner mit der Isolierschicht (6) bedeckt ist, wobei ein zweites elektrisch leitfähiges Muster (8) und ein zweiter Widerstand (7) ferner über die Außenfläche der Isolierschicht (6) gedruckt und gebacken sind, wobei das erste elektrisch leitfähige Muster (5) elektrisch mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Muster (8) über einen Kontaktabschnitt (16) verbunden ist und wobei die aktiven Teile (10) in dem CR-Oszillatorschaltkreis mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Muster (8) elektrisch und mechanisch verbunden sind.
  4. 4. Temperaturfühler nach Anspruch 3,
    bei dem der CR-Oszillatorschaltkreis vollständig mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff-Harz bedeckt ist.
  5. 5. Temperaturfühler nach Anspruch 3,
    bei dem die gegenüberliegende Oberfläche des keramischen dielektrischen Körpers mit einem leitenden Abschnitt zum Befestigen von Drähten ausgebildet ist, und wobei im wesentlichen die Gesamtfläche der gegenüberliegenden Oberfläche mit Ausnahme der leitenden Schicht zum Befestigen von Drähten mit einer geerdeten Elektrode des Kondensators ausgebildet ist, wobei die geerdete Elektrode elektrisch mit den ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Mustern über Durchgangsloch-Elektroden verbunden ist.
  6. 6. Temperaturfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der CR-Oszillatorschaltkreis aus einem keramischen dielektrischen Substrat besteht, das durch Laminieren einer Mehrzahl grüner keramischer dielektrischer Blätter ausgebildet ist, wobei jedes Blatt auf diesem gedruckte Elektroden und Widerstandpasten aufweist, und wobei die laminierten Blätter daraufhin gebacken werden, so daß das keramische dielektrische Substrat Kondensator- und Widerstandseinrichtungen in dem Innern oder der Oberfläche desselben aufweist, und aus auf dem Substrat aufgebrachten aktiven Teilen.
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