温度探测器以及用于制造温度探测器的方法
【专利说明】温度探测器以及用于制造温度探测器的方法
[0001]为了在最不同的应用中进行监测和控制而对温度的测量例如利用陶瓷的加热导体热敏电阻元件(NTC热敏电阻，“负温度系数热敏电阻”)、硅温度传感器(例如所谓的KTY温度传感器)、铂温度传感器(PRTD，“铂阻抗温度检测器”)或者热电偶(TCJhermocouple)进行。为了足够的机械稳定性(用于保护免于外部的影响以及用于避免由侵蚀性介质造成的腐蚀以及用于避免NTC材料中和/或电极中由气氛造成的温度有关的材料变化)，陶瓷传感器元件通常配有由聚合物或玻璃构成的涂层。这种传感器元件的最大使用温度在聚合物外壳的情况下限定到大约200°C并且在玻璃外壳的情况下限定到大约500°C至700°C。
[0002]然而，描述的传感器元件不能容易地持续用于测量非常高的温度和/或持续用在特别侵蚀性的介质中。为了尽管如此仍能够在侵蚀性的介质中进行使用，传感器元件常常建造在塑料或不锈钢壳体中。额外地，为了形成到元件的热接触，非常频繁地使用浇铸材料。如此构建的系统的重大缺点是其基于额外的结构有关的热传递和所使用的材料的低导热率而延迟的响应时间。
[0003]为了实现传感器元件的尽可能低的电阻公差，在制造所述传感器元件时在包裹传感器元件之前能够通过机械加工、例如通过修调(Tri_en)、通过磨削(Schleifen)或者在玻璃包裹的传感器元件的情况下通过回火来重新调节电阻。然而，已经包裹的传感器的电阻的重新调节的可能性仅仅是受限的。
【发明内容】
[0004]至少一些实施方式的待解决的任务是给出温度探测器，该温度探测器具有高健壮性以及短的响应时间。至少一些实施方式的另外的任务是给出用于制造温度探测器的方法。
[0005]这些任务通过根据独立权利要求的主题和方法来解决。这些主题的有利的实施方式和改进方案此外由从属权利要求、接下来的说明书以及由附图得知。
[0006]根据至少一个实施方式的温度探测器具有至少两个第一陶瓷小板，所述陶瓷小板分别具有凹陷。在凹陷中优选地分别布置NTC传感器元件。这些凹陷例如能够分别是空穴，所述空穴从陶瓷小板的表面到达陶瓷小板的对面的表面。凹陷分别沿着侧向方向、即沿着平行于第一陶瓷小板的主延伸方向的方向由相应的第一陶瓷小板的材料包围，以致于沿着侧向方向的相应的NTC传感器元件也由相应的第一陶瓷小板的材料包围。此外，温度探测器具有至少一个第二陶瓷小板，该第二陶瓷小板布置在第一陶瓷小板之间。第二陶瓷小板优选地直接布置在两个第一陶瓷小板之间，这就是说没有另外的陶瓷小板布置在两个第一陶瓷小板之一和第二陶瓷小板之间以及布置在第二陶瓷小板和两个第一陶瓷小板中的另一个之间。在第二陶瓷小板和两个第一陶瓷小板之间分别布置电极，它们分别电接触NTC传感器元件之一。
[0007]温度探测器此外具有两个第三陶瓷小板。第一陶瓷小板和第二陶瓷小板布置在两个第三陶瓷小板之间。优选的是，在此在第一陶瓷小板和第三陶瓷小板之间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优选地构成层堆叠。在第三陶瓷小板和第一陶瓷小板之间分别布置电极，该电极分别电接触NTC传感器元件之一。在第二陶瓷小板和第一陶瓷小板之间以及在第一和第三陶瓷小板之间布置的电极能够例如具有一种或多种从铜、银、金、铂、钼和钨中选出的材料或者由所述材料构成。此外，电极能够具有金属合金、例如银钯，或者由金属合金构成。例如能够借助丝网印刷法施加电极。
[0008]NTC传感器元件优选地分别由陶瓷小板完全包围。尤其是NTC传感器元件能够分别具有多个侧面，所述侧面分别全部由陶瓷小板围绕。因此，NTC陶瓷元件能够嵌入陶瓷小板内。另外，第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板以及NTC传感器元件烧结(versintert)成陶瓷本体。优选地，第一陶瓷小板、第二陶瓷小板和第三陶瓷小板以及NTC传感器元件在共同的烧结过程中烧结成陶瓷本体，其中陶瓷小板和NTC传感器元件在该共同的烧结过程之前作为尚未烧结的材料存在，例如在陶瓷小板的情况下作为尚未烧结的陶瓷膜或者在NTC传感器元件的情况下作为尚未烧结的陶瓷传感器材料存在。
[0009]通过使用NTC传感器元件能够以有利的方式保持温度探测器的低的制造费用。NTC传感器元件的另外的优点(例如与热电偶或金属电阻元件(例如铂元件)相比)在于显著的负电阻温度特性。
[0010]根据另一实施方式，温度探测器具有复数个至少三个第一陶瓷小板和复数个第二陶瓷小板。至少三个第一陶瓷小板分别具有凹陷，NTC传感器元件布置在该凹陷中。第一陶瓷小板和第二陶瓷小板交替地上下相叠地布置在第三陶瓷小板之间。在此每个第二陶瓷小板直接布置在两个第一陶瓷小板之间。此外，在第一陶瓷小板和第二陶瓷小板之间分别布置用于接触相应的NTC传感器元件的电极。
[0011]根据另一实施方式，温度探测器具有至少两个第四陶瓷小板，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两个第四陶瓷小板之间。优选地，两个第四陶瓷小板布置为分别与第三陶瓷小板的背离第一陶瓷小板的侧面直接接触。例如第四陶瓷小板具有与第三陶瓷小板相同的形状和大小并且全面与第三陶瓷小板连接，其中在处于触碰(Beruhrung)之中的第三陶瓷小板和第四陶瓷小板之间不布置另外的元件。第四陶瓷小板优选地与布置在它们之间的陶瓷小板以及与NTC传感器元件一起烧结成陶瓷本体。除此以夕卜，温度探测器能够具有另外的第四陶瓷小板，其中第一陶瓷小板、一个或多个第二陶瓷小板、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间。另外的第四陶瓷小板优选地同样与布置在它们之间的陶瓷小板以及与NTC传感器元件一起烧结。借助于第四陶瓷小板能够提高温度探测器的稳定性和健壮性。
[0012]根据另一实施方式，NTC传感器元件具有包括钇、钙、铬、铝、氧元素的钙钛矿结构(Perowskitstruktur)ο此外，基于妈钛矿(Perowskiten)的NTC传感器元件能够具有锡元素。
[0013]根据另一实施方式，NTC传感器元件分别具有带有通用化学分子式ABOj^钙钛矿结构的陶瓷材料。尤其是对于应该适用于高的应用温度的、高温稳定的温度探测器，具有这种类型陶瓷材料的NTC传感器元件是优选的。特别优选的是，NTC传感器元件具有关系式:(YhCax) (CivyAly)O3,其中 χ=0.03 到 0.05 并且 y=0.85。
[0014]根据另一实施方式，NTC传感器元件具有包括镍、钴、锰、氧元素的尖晶石结构。基于尖晶石的NTC传感器元件能够此外具有下列元素中的一种或多种:销、铁、铜、锌、妈、错、
钛、镁。
[0015]根据另一实施方式，NTC传感器元件分别具有带有通用化学分子式AB2O4和/或B (A，B) O4的尖晶石结构的陶瓷材料。具有这种类型陶瓷材料的NTC传感器元件尤其在具有应用温度的温度探测器的情况下是优选的。根据一特别优选的实施方式，NTC传感器元件具有关系式: Co3-(x+y)NixMny04， 其中 χ=1.32 并且 y=1.32。
[0016]尤其是传感器元件能够全部具有相同的材料。然而也能够考虑的是:至少两个传感器元件具有不同的材料。
[0017]根据另一实施方式，这些陶瓷小板具有带有高导热能力的陶瓷或者由带有高导热能力的陶瓷构成。例如陶瓷小板能够具有“HTCC” (HTCC: “高温共烧陶瓷”)类型的陶瓷或者由该陶瓷构成。根据一特别优选的实施方式，这些陶瓷小板具有铝氧化物或者由铝氧化物构成。以有利的方式，铝氧化物具有至少95%至99.9%或更高的纯净度。以有利的方式，在较高纯净度的情况下温