熱電偶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在測(cè)量位置上檢測(cè)溫度的熱電偶，該熱電偶具有：第一導(dǎo)體，其具有第一端部和第一連接端，以及第二導(dǎo)體，其具有第二端部和第二連接端，其中，第一導(dǎo)體的第一端部和第二導(dǎo)體的第二端部在測(cè)量位置處彼此電接觸，并且其中，第一導(dǎo)體的第一連接端和第二導(dǎo)體的第二連接端分別可以與連接線路相連接。在此，第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體以厚層技術(shù)施加在襯底上，其中，第一導(dǎo)體的第一端部和第二導(dǎo)體的第二端部在測(cè)量位置上至少分區(qū)段地交疊。熱通道噴嘴具有加熱器和根據(jù)本發(fā)明的熱電偶。
【專利說(shuō)明】熱電偶
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于溫度檢測(cè)的熱電偶，以及一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱通道噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]借助技術(shù)設(shè)備中的熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè)通常提出大的挑戰(zhàn)。首先，熱電偶應(yīng)該布置在設(shè)備的確定位置處，以便精確地在恰好該位置處檢測(cè)溫度并且能夠盡可能時(shí)間接近地登記在設(shè)備的該區(qū)域中的溫度變化。另外，熱電偶應(yīng)要求盡可能少的空間，該空間并不存在或者對(duì)于其它技術(shù)裝置是必須的。
[0003]借助熱電偶測(cè)量溫度差通常是已知的。這種熱電偶通常具有由不同的金屬合金或金屬構(gòu)成的兩個(gè)電導(dǎo)體，其在測(cè)量位置上接觸。溫度的測(cè)量基于熱電壓的測(cè)量。該熱電壓通過(guò)根據(jù)塞貝克系數(shù)基于測(cè)量位置上的溫度差將熱能轉(zhuǎn)換為電能而形成。熱電偶優(yōu)選地安裝在傳感器或溫度測(cè)量感測(cè)器中并且如今通常對(duì)應(yīng)于按照DIN IEC584的標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]DE102005009927A1 公開了一種所謂的銷裝熱電偶(Mantelthermoelement)。其金屬導(dǎo)體位于通常由不銹鋼構(gòu)成的保護(hù)殼中，其中，兩個(gè)導(dǎo)體借助由鎂氧化物或鋁氧化物構(gòu)成的填充物而電絕緣。在此不利的是，熱電偶相對(duì)于彎曲和褶皺非常敏感。后者必要時(shí)甚至?xí)鸸δ苁?。雖然，當(dāng)這種熱電偶被拉成直至0.5_粗的直徑的線時(shí)其位置需求可以是相對(duì)小的。這種鎧裝熱電偶越薄，則機(jī)械穩(wěn)定性卻越小，從而機(jī)械變形和由此有缺陷的風(fēng)險(xiǎn)上升。鎧裝熱電偶的較大直徑反而引起較大的熱質(zhì)量和由此造成更為遲緩和更長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，從而僅可以有延遲地檢測(cè)溫度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，避免現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它缺點(diǎn)并且提供熱電偶，其在較小的位置需求情況下能夠?qū)崿F(xiàn)精確和始終可靠地檢測(cè)溫度差或溫度，并且在廉價(jià)的構(gòu)造中具有高的機(jī)械穩(wěn)定性。此外力求的是一種用于制造這種熱電偶的簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的方法，該熱電偶應(yīng)該能夠施加到不同的材料上。熱電偶此外應(yīng)覆蓋盡可能大的溫度范圍并且在可用的溫度范圍中能夠在盡可能小的溫度變化情況下檢測(cè)盡可能大的電壓差。
[0006]本發(fā)明的主要特征在權(quán)利要求1的特征部分和在權(quán)利要求16中說(shuō)明。擴(kuò)展方案是權(quán)利要求2至11和12至15的主題。
[0007]—種用于檢測(cè)測(cè)量位置上的溫度的熱電偶，其具有帶有第一端部和第一連接端部的第一導(dǎo)體并且具有帶有第二端部和第二連接端部的第二導(dǎo)體，其中，第一導(dǎo)體的第一端部和第二導(dǎo)體的第二端部在測(cè)量位置上彼此電接觸，并且其中，第一導(dǎo)體的第一連接端部和第二導(dǎo)體的第二連接端部分別可以與連接線路連接，在該熱電偶的情況下，本發(fā)明設(shè)計(jì)有，第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體按照厚層技術(shù)施加在襯底上，其中，第一導(dǎo)體的第一端部和第二導(dǎo)體的第二端部在測(cè)量位置上接觸或者至少分區(qū)段地交疊。
[0008]這種熱電偶基于按照厚層技術(shù)施加在襯底上的導(dǎo)體而具有極其小的位置需求，因?yàn)閷?dǎo)體的層厚僅有少數(shù)個(gè)微米。熱電偶的尺寸因此而合乎比例地由襯底本身預(yù)先給出，即，其尺寸通過(guò)導(dǎo)體按厚層技術(shù)進(jìn)行的施加僅不顯著地改變，從而不存在附加的位置需求。此夕卜，熱電偶通過(guò)襯底而具有高穩(wěn)定性，因?yàn)槭┘釉谝r底上的導(dǎo)體本身在大的負(fù)荷下并不會(huì)被損傷。
[0009]導(dǎo)體可以按照厚層技術(shù)精確和成本低廉地施加在襯底上，這一方面有利地作用于制造成本，并且另一方面保證高的測(cè)量精度。根據(jù)本發(fā)明的熱電偶尤其通過(guò)其小的質(zhì)量而具有極短的響應(yīng)時(shí)間，由此溫度可以直接就地并且實(shí)時(shí)地確定。甚至微小的溫度波動(dòng)也可以近乎無(wú)延遲地被探測(cè)到。熱電偶隨后以按照厚層技術(shù)構(gòu)建的導(dǎo)體覆蓋較大的溫度范圍，其中，在最小的溫度變化情況下在可用的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生大的電壓差。
[0010]導(dǎo)體按照厚層技術(shù)位于襯底上的技術(shù)方案還能夠?qū)崿F(xiàn)，形成測(cè)量點(diǎn)的精確構(gòu)造，從而形成如下可能性，即，可以在待精確限定的點(diǎn)上確定溫度，其中，可重復(fù)的且精確的測(cè)量結(jié)果被無(wú)延遲地提供。此外，根據(jù)本發(fā)明的熱電偶可以在沒有高的材料損耗的情況下被簡(jiǎn)單并且成本低廉地制造。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的最小尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省位置地、精確地和按點(diǎn)地測(cè)量在寬的溫度范圍中的溫度。由此，出現(xiàn)了大量使用領(lǐng)域。例如，熱電偶可以在室溫和500°c之間使用在塑料加工中，尤其在熱通道系統(tǒng)中，其方式是，將熱電偶直接施加到熱通道噴嘴的加熱器上或者施加到其材料管上。然而，在直至_200°C和更低以及遠(yuǎn)高于500°C的深溫度范圍中的應(yīng)用對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的熱電偶同樣是可能的。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式設(shè)計(jì)有:第一導(dǎo)體形成正的接觸部，并且由合金制成，該合金由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至1%的Fe和O至1%的Si構(gòu)成。上面提及的合金的組成也在商品名Chromel.?或者ISATHERM PLUS?下已知。此外，第二導(dǎo)體形成負(fù)接觸部，并且例如由合金制成，該合金由40 %至58 %的Cu、40 %至50 %的N1、I %至5 %的Mn和I %至5%的Fe構(gòu)成。來(lái)自這些合金的組成在商品名ISA MINUS'?下已知。
[0013]借助這些合金可以實(shí)現(xiàn)恒定且能復(fù)制的溫度測(cè)量，以及輸出符合DIN的測(cè)量信號(hào)。由此，所獲得的測(cè)量值可以與其它標(biāo)準(zhǔn)化的溫度感測(cè)器相比較。這就此而言有意義，因?yàn)椴煌貥?biāo)準(zhǔn)化的熱電偶由于其不同的接觸材料而在可產(chǎn)生的最大熱電壓中并且由此在其臨界溫度范圍方面相區(qū)別。這對(duì)于各個(gè)熱電偶是特征性的并且示出這樣的范圍，在該范圍中熱電偶提供穩(wěn)定的熱電壓，而接觸材料并不由于熱而受損并且并不會(huì)阻止可重復(fù)的熱電壓。
[0014]優(yōu)選地，第一導(dǎo)體的第一連接線路和第二導(dǎo)體的第二連接線路由與各自的導(dǎo)體相同的材料制成。這保證了穩(wěn)定的測(cè)量信號(hào)。
[0015]本發(fā)明的另一實(shí)施形式設(shè)計(jì)有:在導(dǎo)電的襯底與導(dǎo)體之間布置有電絕緣層。其能夠?qū)崿F(xiàn)將熱電偶按層地構(gòu)建在金屬襯底上，而并不會(huì)干擾熱電偶或者電壓變化，其方式是，電流可以流過(guò)金屬襯底。認(rèn)為特別有利的是，絕緣層是介電層。這樣的實(shí)施形式可以簡(jiǎn)單且成本低廉地按照厚層技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0016]另一優(yōu)點(diǎn)在如下情況下給出，S卩，當(dāng)在導(dǎo)體和絕緣層上至少分區(qū)段地施加有覆層時(shí)，由此保護(hù)導(dǎo)體不受環(huán)境影響，不受諸如劃擦或氧化的損傷。合乎目的地，覆層也由電介質(zhì)構(gòu)成。
[0017]此外可能的是，通過(guò)熱電偶的接觸部在介電層上的交疊能夠?qū)崿F(xiàn)熱感測(cè)器的接觸部與襯底的導(dǎo)電連接，以便由此實(shí)現(xiàn)熱電偶的電接地。
[0018]如果將根據(jù)本發(fā)明的熱電偶施加在襯底上，則認(rèn)為特別有利的是，襯底由導(dǎo)熱材料制成，由此，盡可能無(wú)延遲地轉(zhuǎn)發(fā)所檢測(cè)的溫度變化并且可以快速且精確地確定熱電偶的溫度變化。在該構(gòu)型中，襯底是用于熱電偶的支承元件。由此，熱電偶獲得與襯底相同的穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明的另一有利技術(shù)方案設(shè)計(jì)有:在襯底上按照厚層技術(shù)施加或施加有加熱器。由此，加熱器以與熱電偶相同的技術(shù)來(lái)施加，由此可以使用相同的生產(chǎn)步驟。由此，不僅時(shí)間開銷而且制造成本降低，同樣因?yàn)榭梢允褂脕?lái)自厚層技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)步驟。
[0020]在本發(fā)明的另一技術(shù)方案中，襯底是熱通道噴嘴的至少一部分，其方式是，將熱電偶的導(dǎo)體施加在噴嘴上或者施加在其加熱器上。由此能夠?qū)崿F(xiàn)，熱通道噴嘴直接設(shè)有熱電偶，由此可以在沒有任何測(cè)量延遲的情況下探測(cè)到熱通道噴嘴上的精確限定的點(diǎn)上的溫度。熱電偶的襯底在這些情況下形成熱通道噴嘴本身或者其加熱器。通過(guò)按照厚層技術(shù)施加熱電偶的導(dǎo)體，熱通道噴嘴或其加熱器的尺寸不可覺察地變化，從而熱電偶本身并不占據(jù)值得重視的空間。此外，按照厚層技術(shù)施加的導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)在熱通道噴嘴或其加熱器上的精確限定的測(cè)量點(diǎn)上快速和精確的溫度確定。
[0021]相應(yīng)地，在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案中，根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的襯底是熱通道噴嘴的材料管，其需要熔融的材料以用于熱通道噴嘴的輸出開口。材料管因此用于在型巢(Formnest)中處理的材料，其中特別有意義的是，將整個(gè)材料管中的材料保持在恒定溫度上。該溫度可以以根據(jù)本發(fā)明的熱電偶來(lái)精確且沒有大的位置需求的情況下來(lái)確定。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)方案，熱電偶的襯底是加熱器或者是熱通道噴嘴的加熱元件。在該構(gòu)造中，熱電偶按照厚層技術(shù)直接施加在熱通道噴嘴的加熱器之下或之上。由此可能的是，在限定的位置上直接檢測(cè)加熱器或其環(huán)境的溫度，以便例如可以精確確定和調(diào)節(jié)加熱器的加熱功率。此外可能的是，確定直接在加熱器上的溫度，以便由此可以直接且精確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此認(rèn)為有利的是，熱電偶的導(dǎo)體直接構(gòu)建在熱導(dǎo)體或者熱導(dǎo)體軌上。后者同樣可以按照厚層技術(shù)來(lái)構(gòu)建，這有利地作用于加熱器的結(jié)構(gòu)高度，其既不通過(guò)熱導(dǎo)體軌也不通過(guò)熱電偶的導(dǎo)體顯著地變化。以該方式，可以將厚層加熱器的優(yōu)點(diǎn)與按照厚層技術(shù)施加的熱電偶統(tǒng)一。制造成本可以下降，因?yàn)橐韵嗤募夹g(shù)施加熱電偶。此外，熱通道噴嘴的微型化是可能的，因?yàn)楹駥蛹訜崞骱蜔犭娕级季哂行〉奈恢眯枨蟛⑶覠o(wú)需附加的組件。還省去否則常見地焊接用于溫度確定的附加的金屬絲感測(cè)器(DrahtfUhlers)，這是因?yàn)閷犭娕贾苯邮┘釉跓嵬ǖ绹娮旌?或在其加熱器上。
[0023]認(rèn)為在結(jié)構(gòu)上有利的是，熱電偶的導(dǎo)體和電阻軌通過(guò)機(jī)械縫隙或槽彼此分離。由此實(shí)現(xiàn)將熱電偶與有源的電阻軌可靠地?zé)岱蛛x和電分離。由此能夠?qū)崿F(xiàn)，檢測(cè)緊鄰加熱器處的溫度，而在此并不測(cè)量直接在加熱器處、其上或其下的溫度，這對(duì)于大量應(yīng)用會(huì)是重要的。縫隙或槽的引入可以以簡(jiǎn)單的手段成本低廉地實(shí)現(xiàn)，并且并不影響熱電偶的位置需求。
[0024]一種熱電偶證明為本發(fā)明的特別有利的技術(shù)方案，在該熱電偶中，第一導(dǎo)體由合金制成，該合金由89.1%的N1、10%的Cr、0.5%的Si和0.4%的Fe構(gòu)成，并且其中第二導(dǎo)體由合金制成，該合金由51 %的Cu、45 %的N1、2 %的Mn和2 %的Fe構(gòu)成。用于第一導(dǎo)體的原材料是可以以商品名ISATHERM PLUS?獲得的，并且與德國(guó)迪倫堡的IsabellenhUtteHeusler兩合公司相關(guān)，和用于第二導(dǎo)體的、可以以商品名ISA MINUS?獲得的原材料一樣。合金的化學(xué)組成按各個(gè)元素的質(zhì)量份額(質(zhì)量百分比)來(lái)說(shuō)明。
[0025]此夕卜，合金ISA MINUS? 與 ISA PLUS?、isatherm MINUS? 與
ISATHERM PLUS ?以及ISATHERM MINUS⑩與ISA PLUS?的材料組合是可能的，其同樣與德國(guó)迪倫堡的IsabellenhUtte Heusler兩合公司相關(guān)。
[0026]本發(fā)明還設(shè)有帶有加熱器的熱通道噴嘴，在該加熱器上布置或施加有根據(jù)本發(fā)明的熱電偶。恰好在熱通道噴嘴情況下重要的是，能夠精確地確定待加工的材料的溫度，以便能夠保證最優(yōu)地加工該待加工的坯料。在熱通道噴嘴的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造中，熱電偶可以極其節(jié)省空間地安裝在精確限定的測(cè)量點(diǎn)上，優(yōu)選在熱通道噴嘴的尖端上以用于確定溫度。這能夠?qū)崿F(xiàn)精確地監(jiān)視和調(diào)節(jié)溫度。
[0027]因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的熱電偶具有非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間，所以可能的是，實(shí)時(shí)確定在熱通道噴嘴上的溫度變化。由此可以保證材料在熱通道噴嘴內(nèi)的最優(yōu)加工溫度，這極其有利地作用于生產(chǎn)條件。在加熱器附近的溫度檢測(cè)也示出了本發(fā)明的優(yōu)選構(gòu)造方式，因?yàn)橛纱丝梢跃_地通過(guò)實(shí)際上占優(yōu)勢(shì)的溫度來(lái)調(diào)節(jié)加熱器的功率，其中，溫度由根據(jù)本發(fā)明的熱電偶來(lái)確定。
[0028]為此，本發(fā)明還設(shè)有，加熱器是具有電阻軌的厚層加熱器，其中，熱電偶布置在電阻軌上，在電阻軌下或者在與電阻軌相同的平面中。這能夠?qū)崿F(xiàn)熱通道噴嘴的大量可以毫無(wú)問題地匹配于不同的使用條件的構(gòu)型。厚層加熱器的電阻軌和熱電偶的導(dǎo)體可以同時(shí)或者按確定的順序在彼此之后或在彼此之前來(lái)施加，這有利地作用于熱電偶稍后的行為，尤其當(dāng)后者是在厚層加熱器的電阻軌之前施加在襯底上時(shí)。
[0029]設(shè)在加熱器和熱電偶之間的絕緣層阻止由于電壓偏移造成的失真的溫度檢測(cè)，該電壓偏移可以通過(guò)電加熱器和加熱器的不同加熱功率實(shí)現(xiàn)。
[0030]設(shè)在加熱器上方的覆層保護(hù)熱電偶和熱通道噴嘴的加熱器不受諸如劃擦、腐蝕或氧化的損傷或外部環(huán)境影響。此外，覆層起相對(duì)于環(huán)境熱絕緣的作用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]本發(fā)明的其它特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)從權(quán)利要求的文字表達(dá)中以及從下面借助附圖對(duì)實(shí)施例的描述中得出。其中:
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的示意性部分橫截面；
[0033]圖2示出了通過(guò)連接線路與調(diào)節(jié)設(shè)備連接的、根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的構(gòu)造示意圖；
[0034]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的另一實(shí)施形式的示意性部分橫截面；
[0035]圖4示出了具有根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的厚層加熱器的示意性部分橫截面；
[0036]圖5示出了厚層加熱器的另一實(shí)施形式的示意性部分橫截面；以及
[0037]圖6示出了具有根據(jù)本發(fā)明的熱電偶的熱通道噴嘴的示意性部分橫截面。
[0038]相同的附圖標(biāo)記下面涉及相同或同類型的構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0039]在圖1中通常標(biāo)有10的熱電偶設(shè)計(jì)用于在測(cè)量位置40上測(cè)量溫度。其具有作為支承元件的襯底60以及借助厚層技術(shù)施加在襯底60上的兩個(gè)金屬導(dǎo)體20、30，其中兩個(gè)導(dǎo)體20、30在測(cè)量位置40上至少分區(qū)段地或部分地交疊。
[0040]第一導(dǎo)體20如圖2所示具有第一端部21和第一連接端部22，而第二導(dǎo)體30具有第二端部31和第二連接端部32，其中，第一導(dǎo)體20的第一端部21和第二導(dǎo)體30的第二端部31在測(cè)量位置40上彼此電接觸，其方式為，兩個(gè)端部21、31交疊。第一導(dǎo)體20的第一連接端部22和第二導(dǎo)體30的第二連接端部32反而分別與連接線路23、33連接，其引向調(diào)節(jié)設(shè)備50，由此，對(duì)于溫度檢測(cè)所需的電流回路閉合。
[0041]為了能夠以熱電偶10檢測(cè)溫度，兩個(gè)導(dǎo)體20、30必須由不同的金屬合金構(gòu)成。
[0042]第一導(dǎo)體20例如由可以以商品名ISATHERM PLUS?茯得的合金制成，其由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至I %的Fe和O至I %的Si構(gòu)成。第二導(dǎo)體30由可以以商品名ISA MINU S?獲得的合金制成，其由40 %至58 %的Cu、40 %至50 %的N1、I %至5%的Mn和I %至5%的Fe構(gòu)成。連接線路23、33由與分別所屬的導(dǎo)體20或30相同的材料構(gòu)成。
[0043]如果襯底60的溫度改變，則在測(cè)量位置40 (在其上兩個(gè)導(dǎo)體20和30形成交疊)上形成電壓，其可以以調(diào)節(jié)設(shè)備50測(cè)量，該調(diào)節(jié)設(shè)備通過(guò)連接線路23、33與導(dǎo)體20、30電接觸。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的熱電偶10檢測(cè)恒定的電壓變化，其與測(cè)量位置40上的溫度變化成比例。由此，可以由在測(cè)量位置40中檢測(cè)到的電壓變化推斷出溫度的相對(duì)變化。以調(diào)節(jié)設(shè)備50附加地檢測(cè)環(huán)境溫度作為參考值，此外例如借助內(nèi)部的單獨(dú)的溫度感測(cè)器可以計(jì)算在測(cè)量位置40上的絕對(duì)溫度變化并且存在直接顯示該溫度變化的可能性。
[0045]為了使熱電偶10僅需最小的位置需求，金屬的導(dǎo)體20、30以厚層技術(shù)施加在襯底60上。由此，導(dǎo)體20、30具有僅少數(shù)個(gè)微米的厚度，即，整個(gè)熱電偶10的實(shí)際尺寸基本上由襯底的尺寸預(yù)先給出，該襯底對(duì)于金屬導(dǎo)體形成穩(wěn)定的支承體，該支承體保護(hù)熱電偶10不受損傷并且能夠?qū)崿F(xiàn)將熱電偶10施加在待測(cè)量的對(duì)象上。
[0046]金屬導(dǎo)體20、30按照厚層技術(shù)制造例如借助絲網(wǎng)印刷技術(shù)進(jìn)行。為此，首先由
ISATHERM PLUS?制造用于第一導(dǎo)體20的絲網(wǎng)印刷膏，并且在所限定的區(qū)域中將其借助
絲網(wǎng)印刷施加到襯底60上。接下來(lái)，由ISA MINUS?制造用于第二導(dǎo)體30的第二絲網(wǎng)
印刷膏，并且同樣將其借助絲網(wǎng)印刷在限定的區(qū)域中涂抹在襯底60上，其中，第一導(dǎo)體20的第一端部21和第二導(dǎo)體30的第二端部31在測(cè)量位置40上至少分區(qū)段地交疊。
[0047]為了制造用于導(dǎo)體20、30的絲網(wǎng)印刷膏，優(yōu)選地首先制造粉末，其中，將相應(yīng)的合金熔融，并且接下來(lái)在輸送惰性氣體情況下將其霧化。在此，粉末由金屬顆粒形成，接下來(lái)通過(guò)給予溶劑而由該粉末形成相應(yīng)的絲網(wǎng)印刷膏。
[0048]該用于獲得絲網(wǎng)印刷膏的方法能夠?qū)崿F(xiàn)，產(chǎn)生具有均勻的組成和分布的金屬顆粒。此外，借助該方法可能的是，實(shí)現(xiàn)單個(gè)金屬顆粒的相對(duì)統(tǒng)一的大小分布。此外，所霧化的金屬顆粒具有球形構(gòu)造，由此，可以實(shí)現(xiàn)在接下來(lái)的絲網(wǎng)印刷中良好的流動(dòng)特性并且由此實(shí)現(xiàn)良好的絲網(wǎng)印刷結(jié)果。
[0049]金屬粉末的顆粒大小應(yīng)該盡可能類似并且偏差理想地在25%的范圍中。顆粒大小越小，則可以將燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間選擇得越低。因此，有利的是5微米的顆粒大小。然而可以毫無(wú)問題地使用的還有在20到25 μ m之間的顆粒大小。[0050]然而還有其他用于制造絲網(wǎng)印刷膏的方法是可能的，例如合金的通過(guò)磨制過(guò)程進(jìn)行的機(jī)械粉碎。
[0051]因此，絲網(wǎng)印刷膏由功能性分量、即由用于第一或第二導(dǎo)體20、30的相應(yīng)的合金以及有機(jī)介質(zhì)的混合物構(gòu)成。后者具有賦予絲網(wǎng)印刷膏的所希望的流變特性的任務(wù)。必須附加地保證功能性分量在絲網(wǎng)印刷膏中的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的、均勻的分散。
[0052]溶劑優(yōu)選地是有機(jī)溶劑，其中，其為由酒精和酯構(gòu)成的混合物，優(yōu)選是由乙醇和乙酸乙酯構(gòu)成的混合物。該組合提供的優(yōu)點(diǎn)是，其為輕微揮發(fā)性的?？赡艿氖?，將水性乙二醇混合物用作溶劑。萜品醇也可以用作稀釋劑。
[0053]溶劑混合物可以在金屬膏的絲網(wǎng)印刷之后在隨后的干燥步驟中從所壓印的絲網(wǎng)印刷膏中移除。該干燥步驟可以在相應(yīng)的絲網(wǎng)印刷膏的每次絲網(wǎng)印刷之后進(jìn)行，或者在兩個(gè)壓印步驟之后共同地，但是優(yōu)選在燒結(jié)之前進(jìn)行，由此可以在執(zhí)行燒結(jié)過(guò)程之前將溶劑汽化。干燥過(guò)程可以在室溫或加速地在負(fù)壓或提高的溫度情況下執(zhí)行，優(yōu)選在50°C與250°C之間執(zhí)行。在空氣流下的干燥同樣可以執(zhí)行。
[0054]在絲網(wǎng)印刷膏的一個(gè)有利構(gòu)型中所示出的是，附加地混合進(jìn)長(zhǎng)鏈聚合物。向稀釋劑或溶劑中添加長(zhǎng)鏈聚合物、例如Hercules公司的乙基纖維素ECT-100100保證了金屬顆粒在絲網(wǎng)印刷膏內(nèi)始終良好的分散。
[0055]在將用于第一導(dǎo)體20和第二導(dǎo)體30的各個(gè)絲網(wǎng)印刷膏壓印在襯底60上之后和在接下來(lái)干燥所壓印的圖案之后，兩個(gè)導(dǎo)體在隨后的過(guò)程步驟中在限定的溫度中對(duì)于預(yù)先給定的時(shí)段被燒結(jié)或燒入。
[0056]有利地，燒結(jié)在700°C以上的溫度中執(zhí)行，優(yōu)選地在750°C和900°C之間的溫度中，特別優(yōu)選在800°C和875°C之間的溫度中執(zhí)行。在此重要的是，燒結(jié)溫度高至使得金屬顆粒至少部分地彼此連接并且有利地?zé)朐谝r底60上。理想地，燒結(jié)在保護(hù)氣體或氫氣氣氛中執(zhí)行，因?yàn)橛缮厦嫣峒暗暮辖鹬圃斓慕z網(wǎng)印刷膏包含諸如N1、Cu和Fe的可輕微氧化的金屬，其在用于燒結(jié)的溫度中迅速氧化成相應(yīng)的氧化物。可以將諸如氬氣或氮?dú)獾亩栊詺怏w用作保護(hù)氣體。然而所使用的還有氫氣或者諸如氮?dú)?氫氣混合物或者空氣-保護(hù)氣體混合物的氣體混合物。因此，氣氛不必由純的惰性氣體或還原性氣體構(gòu)成。其而是也可以包含空氣分量。
[0057]用于燒結(jié)過(guò)程的時(shí)間窗為至少150分鐘。優(yōu)選地，在160分鐘至200分鐘的時(shí)段上燒結(jié)，特別優(yōu)選地在170分鐘至190分鐘的時(shí)段上，后者尤其是在應(yīng)將燒結(jié)溫度保持為低時(shí)。以該方式，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)地將絲網(wǎng)印刷膏熔融和燒入在襯底上。
[0058]總體上可能的是，將兩個(gè)導(dǎo)體20、30同時(shí)壓印和接下來(lái)干燥和燒入。替選地也可能的是，首先壓印、干燥和燒結(jié)第一導(dǎo)體20，并且接下來(lái)按相同的方式和方法實(shí)施第二導(dǎo)體30。分離的燒結(jié)具有的優(yōu)點(diǎn)是，可以在不同的溫度中燒入或燒結(jié)兩個(gè)導(dǎo)體20、30。
[0059]襯底60例如由陶瓷或金屬制成。其必須基本上具有所希望的機(jī)械特性，以便形成用于熱電偶的可以穩(wěn)定且簡(jiǎn)單地操作的支承體。此外，其必須不受損傷地經(jīng)受住對(duì)于燒結(jié)過(guò)程所必須的溫度。
[0060]圖3示意性地示出了熱電偶10的另一實(shí)施形式的橫截面，該熱電偶同樣在按層的布置中具有襯底60以及第一導(dǎo)體20和第二導(dǎo)體30。在襯底60和導(dǎo)體20、30之間然而有附加的絕緣層70，其將襯底60和導(dǎo)體20、30彼此電分離。由此可能的是，襯底60由導(dǎo)電材料、例如金屬制成。
[0061]襯底60在此也形成用于按厚層技術(shù)施加的金屬導(dǎo)體20、30的按層布置的支承元件，其中，絕緣層70也按厚層技術(shù)施加。絕緣層70因此優(yōu)選是介電層。
[0062]在制造根據(jù)本發(fā)明的熱電偶10時(shí)，首先將絕緣層70按厚層技術(shù)施加到金屬襯底60上，將該絕緣層干燥和在接下來(lái)的燒結(jié)過(guò)程中燒入。接下來(lái)，如上面描述那樣壓印、干燥和燒入兩個(gè)金屬導(dǎo)體20、30。在此重要的是，用于兩個(gè)導(dǎo)體20、30的燒結(jié)溫度位于用于將絕緣層70燒入的燒結(jié)溫度以下。
[0063]圖4示出了具有根據(jù)本發(fā)明的熱電偶10的厚層加熱器12的示意性部分橫截面。厚層加熱器12通常用于加熱(未示出的)熱通道噴嘴。其具有管形的支承套60’，在其上按厚層技術(shù)施加有絕緣層70。在該絕緣層上同樣按厚層技術(shù)構(gòu)建有電阻軌13，其按所限定的圖案布置，以便將在熱通道噴嘴中引導(dǎo)的熔融物在噴嘴的整個(gè)長(zhǎng)度上保持在盡可能均勻的溫度上。
[0064]除了厚層加熱器12的電阻軌13外，在絕緣層70上按厚層技術(shù)施加有金屬導(dǎo)體20、30。后者由此位于與電阻軌13相同的平面中，從而厚層加熱器12的結(jié)構(gòu)高度并不通過(guò)金屬導(dǎo)體20、30的施加而擴(kuò)大。
[0065]所識(shí)別的是，支承套60’與絕緣層70 —起形成支承體和由此形成用于熱電偶10的襯底。后者因此而集成到厚層加熱器12中，并且不必在單獨(dú)的制造或裝配步驟中作為單獨(dú)的構(gòu)建緊固在厚層加熱器12上。
[0066]熱通道噴嘴通常具有(未示出的)材料管，在其外環(huán)周上推開厚層加熱器12的支承套60’。替選地然而也可能的是，絕緣層70和厚層加熱器12的電阻軌直接施加在材料管上。相同的相應(yīng)地適用于熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30。
[0067]絲網(wǎng)印刷膏的制造以及各個(gè)層的壓印和隨后干燥和燒結(jié)如上面已經(jīng)描述那樣進(jìn)行。
[0068]然而在該實(shí)施形式中的一個(gè)重要選項(xiàng)在于，厚層加熱器12的電阻軌13和熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30可以同時(shí)或相繼地壓印和燒結(jié)。
[0069]如果將電阻軌13和金屬導(dǎo)體20、30相繼地?zé)Y(jié),則存在如下可能性，即，將金屬導(dǎo)體20、30在比電阻軌13更高的溫度中燒入并且反之亦然。由此，可以將這樣的合金用于導(dǎo)體20、30，其需要比厚層加熱器12的電阻軌13明顯更高的燒入溫度。也可能的是，通過(guò)用于導(dǎo)體20、30的更高的燒入溫度減少其燒入時(shí)間。在這些情況的每個(gè)中，于是用于熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30的構(gòu)建過(guò)程不再影響厚層加熱器12的、尤其電阻軌13的制造過(guò)程。
[0070]如果支承套60’由不導(dǎo)電材料、例如由氧化鋁、氧化鋯、氮化硅或者其它陶瓷構(gòu)成，則用于熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30和用于加熱元件12的電阻軌13可以施加到支承套60’上。如果其反而由金屬材料構(gòu)成，則首先施加或燒入絕緣層70。
[0071]圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的、在用于熱通道噴嘴的厚層加熱器12上的熱電偶10的按層構(gòu)造的另一實(shí)施形式。
[0072]在通常由鋼合金制成的支承套60’上首先按照厚層技術(shù)施加絕緣層70。該絕緣層同樣支承按厚層技術(shù)構(gòu)建的電阻軌13，其按照所限定的圖案布置，以便將在熱通道噴嘴中引導(dǎo)的熔融物在噴嘴的整個(gè)長(zhǎng)度上保持在盡可能均勻的溫度上。在厚層加熱器12的電阻軌13上方施加有另一絕緣層70’，其同樣是按照厚層技術(shù)施加的。在該另一絕緣層70’上方有熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30，其在測(cè)量點(diǎn)40上交疊。
[0073]所識(shí)別的是，在該實(shí)施形式中熱電偶10的襯底由厚層加熱器12的電阻軌13形成，即在此熱電偶10也集成到厚層加熱器12中，這有利地作用于加熱器12的位置需求。
[0074]為了制造這種布置，首先按厚層技術(shù)將厚層加熱器12施加到支承套60’上，并且借助燒結(jié)過(guò)程步驟燒入。接下來(lái)，層結(jié)構(gòu)設(shè)有另一絕緣層70’。此后，將兩個(gè)導(dǎo)體20、30壓印并且同樣在燒結(jié)過(guò)程步驟中燒入在厚層加熱器12上方的該另一絕緣層70’上。在此要注意的是，用于加熱器12的燒結(jié)溫度必須比用于形成根據(jù)本發(fā)明的熱電偶10的兩個(gè)導(dǎo)體20、30的燒結(jié)溫度高。
[0075]支承套60’在此也可以已經(jīng)是熱通道噴嘴的材料管，即，厚層加熱器12和熱電偶10是熱通道噴嘴的主要的組成部分。
[0076]圖6示出了具有材料管60”和根據(jù)本發(fā)明的熱電偶10的(未詳細(xì)示出的)熱通道噴嘴的示意性部分橫截面。
[0077]熱通道噴嘴的材料管60”首先支承絕緣層70、優(yōu)選介電層，在其上施加有用于熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30。后者由另一絕緣層70’覆蓋和絕緣，以便在其上可以施加厚層加熱器12的能夠?qū)щ姷碾娮柢?3。
[0078]在該實(shí)施例中，因此厚層加熱器12的電阻軌13布置在熱電偶10的金屬導(dǎo)體20、30上方。由此可能的是，將合金用于金屬導(dǎo)體20、30，這些合金需要比電阻軌13更高的燒入溫度。同樣可以使用更高的燒入溫度，以便減少燒入時(shí)間。
[0079]替選地，在此也可以在電阻軌13上方構(gòu)建金屬導(dǎo)體20、30。
[0080]該實(shí)施形式的所有層是按厚層技術(shù)實(shí)施的，從而熱通道噴嘴的材料管60”的外部尺寸通過(guò)厚層加熱器12和熱電偶10僅不顯著地?cái)U(kuò)大。
[0081]為了對(duì)于外部影響保護(hù)和絕緣厚層加熱器12和熱電偶10，接下來(lái)按厚層技術(shù)在加熱器12上方設(shè)置覆層80。這保護(hù)層結(jié)構(gòu)不受劃擦、腐蝕或其它損害性環(huán)境的影響。此夕卜，該隨后的覆層80還起向外熱絕緣的作用。
[0082]覆層80有利地是玻璃，其中，該玻璃可以是石英玻璃、硼硅酸玻璃、冕牌玻璃、石灰-泡堿玻璃、浮法玻璃、無(wú)色玻璃等，其同樣可以包含不同的填充劑(Zuschlagstoff),諸如氧化鋅、氧化硼或者氧化鋁，和/或其它添加物，諸如氧化鐵、氧化銅、氧化鈷、氧化鉻、氧化鈾、氧化鎳、氧化硒和/或氧化錳(IV)。該覆層80具有的任務(wù)是，保護(hù)導(dǎo)體不受腐蝕或其它損傷或不利的環(huán)境影響。
[0083]覆層80與所有其它層一樣是借助絲網(wǎng)印刷壓印的。為此，絲網(wǎng)印刷膏由一種材料制成，而覆層同樣應(yīng)由該材料構(gòu)成，并且借助絲網(wǎng)印刷將該絲網(wǎng)印刷膏至少部分地壓印在第一和第二導(dǎo)體上。替選地也可能的是，將覆層壓印在鋪設(shè)的加熱器或絕緣層上。
[0084]在可能的干燥步驟之后，將覆層80在施加之前燒結(jié)。由此，將覆層80燒入到已經(jīng)存在的層上，并且可以保護(hù)其不受外部影響并且可能起附加的絕緣層的作用。隨后，在至少4500C的溫度中，優(yōu)選在500°C至580°C的溫度中和特別優(yōu)選在525°C至560°C的溫度中進(jìn)行燒結(jié)。為了保護(hù)可能未被覆蓋的導(dǎo)體20、30不受氧化，有利地在保護(hù)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。也可以使用玻璃，其需要顯著更高的燒入溫度。
[0085]為了將覆層80燒入在襯底、導(dǎo)體、加熱器或絕緣層上，隨后是最后的并且非常短地保持的燒結(jié)過(guò)程。覆層80為此在7分鐘至12分鐘的時(shí)段上被燒結(jié)，優(yōu)選對(duì)于10分鐘的時(shí)段，以便阻止對(duì)已經(jīng)施加的和所燒入的層的可能損傷。
[0086]本發(fā)明并不限于之前描述的實(shí)施形式，而是可以按多種方式變換。于是金屬導(dǎo)體
20、30也可以由其它合金組合構(gòu)成。例如，導(dǎo)體20、30在一個(gè)實(shí)施形式中由ISA MINUS?和 ISA PLUS?，ISATHERM MINUS? 和 ISATHERM PLUS? 或者 ISATHERM MINUS? 和ISA PLUS?;構(gòu)成。上面提及的合金的名稱是德國(guó)迪倫堡的IsabellenhUtte Heusler兩合公司的商標(biāo)名。
[0087]在上面列出的合金中，可以可選地還用鍺替代硅，或者用錸替代錳，因?yàn)槠渚哂邢喈?dāng)?shù)幕瘜W(xué)特性。
[0088]通過(guò)金屬導(dǎo)體20、30與金屬的導(dǎo)電襯底的有針對(duì)性的接觸而可能的是，將熱電偶10電接地。接觸部可以通過(guò)在絕緣層70內(nèi)存在穿通部實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)金屬導(dǎo)體20、30突出于介電層而到襯底60上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0089]作為厚層技術(shù)的方法可以如上面示出那樣使用絲網(wǎng)印刷、熱噴射、移印、激光燒結(jié)或者氣溶膠噴印。
[0090]然而所識(shí)別的是，本發(fā)明涉及一種用于在測(cè)量位置40上檢測(cè)溫度的熱電偶10，其具有帶有第一端部21和第一連接端22的第一導(dǎo)體20以及帶有第二端部31和第二連接端32的第二導(dǎo)體30，其中，第一導(dǎo)體20的第一端部21和第二導(dǎo)體30的第二端部31在測(cè)量位置40上彼此電接觸，并且其中第一導(dǎo)體20的第一連接端22與第二導(dǎo)體30的第二連接端32分別能夠與連接線路23、33連接，其中，第一導(dǎo)體20和第二導(dǎo)體30按照厚層技術(shù)施加在襯底60上，其中，第一導(dǎo)體20的第一端部21和第二導(dǎo)體30的第二端部31在測(cè)量位置40上至少分區(qū)段地交疊。`
[0091]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
[0092].幾乎沒有構(gòu)建在測(cè)量對(duì)象上的幾何結(jié)構(gòu)(僅少數(shù)個(gè)微米)；
[0093].然而在機(jī)械上如襯底一樣穩(wěn)定，其壓印在該襯底上；
[0094].小的熱質(zhì)量，由此極快的響應(yīng)時(shí)間；
[0095].在集成到厚層加熱器中時(shí)沒有附加的組件；
[0096].符合DIN或者類似的測(cè)量信號(hào)(偏差小于+/-5% )；
[0097]?小的、清楚限定的測(cè)量點(diǎn)(尤其在具有不均勻的功率分布或溫度分布的加熱器情況下是有利的)。
[0098]所有從權(quán)利要求、說(shuō)明書和附圖中得出的特征和優(yōu)點(diǎn)，以及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、空間布置和方法步驟可以就其本身而言或者按照不同的組合是對(duì)于本發(fā)明主要的。
[0099]附圖標(biāo)記列表
[0100]10熱電偶31第二端部
[0101]11加熱器32第二連接位置
[0102]12厚層加熱器33第二連接線路
[0103]13電阻軌34第二接觸位置
[0104]14縫隙35帶有另一測(cè)量位置的第二導(dǎo)體
[0105]15槽40測(cè)量位置
[0106]20第一導(dǎo)體50調(diào)節(jié)設(shè)備
[0107]21第一端部60襯底[0108]22第一連接位置60’支承套
[0109]23第一連接線路70絕緣層
[0110]24第一接觸位置70’其它絕緣層
[0111]25具有另一測(cè)量位置的第一導(dǎo)體80覆層
[0112]30第二導(dǎo)體
【權(quán)利要求】
1.一種用于在測(cè)量位置(40)上檢測(cè)溫度的熱電偶(10)，具有:第一導(dǎo)體(20)，該第一導(dǎo)體具有第一端部(21)和第一連接端(22)，和第二導(dǎo)體(30)，該第二導(dǎo)體具有第二端部(31)和第二連接端(32)，其中，第一導(dǎo)體(20)的第一端部(21)和第二導(dǎo)體(30)的第二端部(31)在測(cè)量位置(40)上彼此電接觸，并且其中，第一導(dǎo)體(20)的第一連接端(22)和第二導(dǎo)體(30)的第二連接端(32)能夠分別與連接線路(23，33)連接，其特征在于，第一導(dǎo)體(20)和第二導(dǎo)體(30)以厚層技術(shù)施加在襯底(60)上，其中，第一導(dǎo)體(20)的第一端部(21)和第二導(dǎo)體(30)的第二端部(31)在測(cè)量位置(40)上至少分區(qū)段地交疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電偶(10)，其特征在于，第一導(dǎo)體(20)形成正接觸部，并且由合金制成，該合金由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至1%的Fe和O至1%的Si構(gòu)成，第二導(dǎo)體(30)形成負(fù)接觸部，并且由合金制成,該合金由40%至58%的Cu、40%至50%的N1、l%至5%的Mn和1%至5%的Fe構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的熱電偶(10)，其特征在于，在襯底(60)與導(dǎo)體(20、30)之間布置有電絕緣層(70)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)，其特征在于，在導(dǎo)體(20，30)和絕緣層(70)上至少分區(qū)段地施加有覆層(80)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)，其特征在于，襯底(60)由能夠?qū)岬牟牧现瞥伞?br> 6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)，其特征在于，襯底(60)是支承元件或形成支承元件。`
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)，其特征在于，在襯底(60)上按厚層技術(shù)施加有加熱器(11)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶，其特征在于，襯底(60)是熱通道噴嘴(90)的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8上述的熱電偶(10)，其特征在于，襯底(60)是熱通道噴嘴(90)的加熱器(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9上述的熱電偶(10)，其特征在于，加熱器(11)是具有電阻軌(13)的厚層加熱器(12)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)，其特征在于，熱電偶(10)的導(dǎo)體(20,30)和電阻軌(13)通過(guò)機(jī)械的縫隙(14)或槽(15)彼此分離。
12.一種熱通道噴嘴(90)，其具有加熱器(11)和根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)上述的熱電偶(10)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12上述的熱通道噴嘴，其特征在于，加熱器(11)是帶有電阻軌(13)的厚層加熱器(12)，其中，加熱電偶(10)布置在電阻軌(13)上，在電阻軌(13)下或者在與電阻軌(13)相同的平面中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱通道噴嘴，其特征在于，在加熱器(11)的電阻軌(13)和熱電偶(10)之間設(shè)有絕緣層(70)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的熱通道噴嘴，其特征在于，在加熱器(11)上設(shè)有覆層(80)。
【文檔編號(hào)】G01K7/02GK103890555SQ201280052309
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】西格麗德·佐默, 赫伯特·君特, 弗雷德里克·齊默爾曼, 斯特凡·佐默 申請(qǐng)人:君特注塑系統(tǒng)有限公司