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CN1101589C - 温度传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种温度传感器及其制造方法，温度传感器包括金属制造的耐热帽(5)，在所述耐热帽内(5)内装有的热敏电阻元件(1)，与所述热敏电阻元件(1)电气连接并引出在所述耐热帽(5)外的至少一根以上的引线；所述耐热帽(5)用以镍-铬(Ni-Cr)为主要成分的合金形成。本发明提供了即使在高温下、热敏电阻元件的电阻值误差也较小的稳定的温度传感器。

Description

温度传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用具有负温度系数的热敏电阻元件的温度传感器及其制造方法。
背景技术
在温度传感器中，为了抑制其热敏电阻元件的电阻值，特别在高温下、从预先在其温度应该所示的规定的电阻值偏离，有必要固定地保持热敏电阻元件周围的气体。因此，如以往的日本特开平6-307943号公报所示，设法在内装有热敏电阻元件的耐热帽上设置通气孔等。
然而，即使这种结构，也会在使用中由于某些原因使通气孔堵塞，这种情况不能固定地保持热敏电阻元件周围的气体，有热敏电阻元件的电阻值大大偏离前述规定电阻值的问题。
发明概述
本发明的目的在于提供在高温下也能防止热敏电阻元件的电阻值大大偏离前述规定电阻值的稳定的温度传感器。
为达到前述目的，本发明的温度传感器包括
金属制造的耐热帽，
在所述耐热帽内收纳的热敏电阻元件，和
在与所述热敏电阻元件电气连接的同时、在所述耐热帽外引出的至少一根以上的引导线，
所述耐热帽用以镍-铬(Ni-Cr)为主要成分的合金或者以镍-铬-铁(Ni-Cr-Fe)为主要成分的合金形成，
所述热敏电阻元件用Mg(Al，Cr，Fe)2O4系列材料、Mg(Al，Cr)2O4系列材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系列材料中的任一种形成。
本发明的温度传感器的制造方法，包括下述工序，
在由热敏电阻材料做成的成形体上插入具有比烧结温度更高熔点的金属电极，进行烧结并得到热敏电阻元件的工序，
利用焊接连接所述热敏电阻元件的金属电极和设置在多芯管上的一根以上的引线的工序，和
将耐热帽盖在所述热敏电阻元件上，利用焊接连接所述耐热帽和所述多芯管端部的工序，
所述耐热帽用以镍-铬(Ni-Cr)为主要成分的合金或者以镍-铬-铁(Ni-Cr-Fe)为主要成分的合金形成，
所述热敏电阻元件(1，6)用Mg(Al，Cr，Fe)2O4系列材料、Mg(Al，Cr)2O4系列材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系列材料中的任一种形成。
附图简要说明
图1表示本发明一实施例的温度传感器的剖视图。
图2表示本发明其它实施例的温度传感器的剖视图。
图3表示本发明另外其它实施例的温度传感器的剖视图。
实施发明的最佳方式
下面，参照附图对本发明的温度传感器及其制造方法的一实施例详细地进行说明。
实施例1
下面，参照图1对实施例1进行说明。将作为热敏电阻材料的(Al，Cr，Fe)2O3系材料成形为具有双孔的固体形状、在其双孔中插入作为电极的白金线2、整体烧结、得到热敏电阻元件1。接着，分别焊接白金线2和双芯管3的引线4、在热敏电阻元件1上盖上以Ni-Fe-Cr为主要成分的耐热金属铬镍铁合金600(大阪黄铜株式会社制造)的耐热帽5、敛缝焊接，得到如图1所示的温度传感器。
作为高温耐久试验，将其温度传感器的感温单元在1100℃的高温槽中放置10小时、并测定其前后900℃的电阻值，由(公式1)求得电阻值变化率(％)。
电阻值变化率(％)＝100×(试验前电阻值(Ω)-试验后电阻值(Ω))
                  ÷试验前电阻值(Ω)              ......(公式1)
其结果表示在(表1)中。
表1
  试验前电阻值   试验后电阻值   电阻值变化率
    820Ω     919Ω     +12％
由(表1)可见，本实施例的温度传感器即使在1100℃的高温中放置10小时，在其后900℃的测定中，电阻值仅从其前900℃电阻值偏离一点点、并且稳定，可见是经得起超过1000℃的高温下使用的温度传感器。
作为在高温下的耐久恶化的最大的原因，发现是热敏电阻元件1在高温下的还原。下面，对其机理进行说明。当在高温中暴露耐热帽5时，因在其表面上形成氧化膜，所以耐热帽5内部的热敏电阻元件1周围的气体的氧分压降低。此外，因放出吸藏于构成耐热帽5的金属中的碳、氢等并与氧反应，所以进一步氧分压降低、成为还原性气体。
因通常由氧化物形成热敏电阻元件1，所以在还原性气体中氧被夺走还原后的电阻值发生了变化。
为了防止由于这种还原的耐用恶化、即使在1100℃也能得到稳定的温度传感器，使用以镍-铬-铁(Ni-Cr-Fe)为主要成分的金属合金作为耐热帽5的材料，作为热敏电阻元件1的材料可以用Mg(Al，Cr，Fe)2O4系材料、Mg(Al，Cr)2O4系材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系材料中的任一种材料。这些材料即使在还原性气体中氧也难以被夺走，因此难以还原热敏电阻元件1，其电阻值不会大大偏离规定值。当在氧化气体中高温地暴露以Ni-Cr-Fe为主要成分的金属合金时，在其表面上形成含镍(Ni)的氧化膜、即Ni氧化物、Ni-Fe氧化物、Ni-Cr氧化物、Ni-Cr-Fe氧化物等的膜。这些含镍的氧化物、在1100℃附近耐热帽5的内部一旦成为还原性气体时，就放出氧、保持耐热帽5内部的气体在热敏电阻元件1能保持电阻值的稳定性的范围内。为此，能推断温度传感器的电阻值变化很小。因本发明结构的温度传感器是密封结构、不受外部环境的影响，所以与为了固定地保持热敏电阻元件1周围的气体而设置通气孔的以往结构的温度传感器相比，可以说是一种可靠性非常高的温度传感器。
此外，如本实施例所示，为了在1100℃也能得到稳定的温度传感器，使用在还原性气体中稳定的热敏电阻材料、例如Mg(Al，Cr，Fe)2O4系材料、Mg(Al，Cr)2O4系材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系材料等，形成热敏电阻元件1，作为耐热帽5也可以用耐热性优良的、在被氧化时生成包含Ni氧化物的氧化膜的以Ni-Cr、Ni-Cr-Fe为主要成分的金属材料，构成温度传感器。
令人满意的是在以Ni-Cr、Ni-Cr-Fe为主要成分的金属材料中，如果Cr量在20％以下，则因在空气中施行热处理、就能容易地得到所要的氧化膜，所以适合于批量生产。
实施例2
下面，参照图2对实施例2进行说明。
将作为热敏电阻材料的(Al，Cr，Fe)2O3系材料成形为具有双孔的固体形状、在其双孔中插入作为电极的白金管7、整体烧结、得到热敏电阻元件6。分别将两芯管的引线4插入热敏电阻元件6的白金管7中并进行焊接、在热敏电阻元件6上盖上以在1100℃空气中进行10小时热处理后的Ni-Fe-Cr为主要成分的耐热金属铬镍铁合金600(大阪黄铜株式会社制造)的耐热帽8、敛缝焊接，得到如图2所示的温度传感器。
作为高温耐久试验，将其温度传感器的感温单元在1100℃的高温槽中放置10小时、并测定其前后900℃的电阻值，由(公式1)求得电阻值变化率(％)。其结果表示在(表2)中。
表2
    试验前电阻值     试验后电阻值     电阻值变化率
    825Ω     891Ω     +8％
由(表2)可见，本实施例的温度传感器即使在1100℃的高温中放置10小时，在其后900℃的测定中，电阻值仅从其前900℃电阻值偏离一点点、并且稳定，可见是经得起超过1000℃的高温下使用的温度传感器。因用白金管7作为热敏电阻元件6的电极，所以烧结时热敏电阻元件6的破裂等的次品较少、能稳定地批量生产。此外，还能提高与双芯管3的焊接部分的可靠性。此外，借助于在耐热帽8的组装前的热处理，因在耐热帽8的表面上形成包含所要的Ni氧化物的氧化膜的状态下组装成温度传感器，所以能防止伴随于温度传感器完成后的氧化膜形成而导致耐热帽8内部的氧分压降低，与不实施耐热帽8的热处理的场合相比、能进一步减小1100℃耐久试验的电阻值变化率。
在本实施例中，采用白金管7作为热敏电阻元件6的电极，但也可以用熔点比热敏电阻元件6的烧结温度高的金属、例如白金-铑合金。
此外，在本实施例中，是在空气中实施耐热帽8的热处理，但也可以在形成含Ni氧化物的氧化膜的各种氧化气体中进行热处理。
实施例3
将实施例1的温度传感器的感温部分放在高温槽中，在1100℃施行5小时热处理后，在900℃测定试验前电阻值，然后在1100℃施行10小时耐久处理，然后在900℃测定试验后电阻值。其结果表示在(表3)中。
表3
    试验前电阻值     试验后电阻值     电阻值变化率
    885Ω     902Ω     +2％
由(表3)可见，借助于在温度传感器完成后进行热处理，能减小1100℃耐久试验的电阻值变化率。
实施例4
下面，参照图3对实施例4进行说明。与实施例1相同地得到温度传感器。在两芯管3的引线4上分别焊接电缆9的引线10，插入橡皮封套11、插入套环12、敛缝焊接并固定。此外，将连接器13连接到电缆9的另一端上、作为温度传感器。因在这种结构的温度传感器中增加了电缆9和连接器13，所以容易与测量装置等连接。橡皮封套11能防止异物的侵入。在本实施例中虽然只给出一种连接器13，但能使用任意的连接器、电缆。
此外，在前述实施例中，仅对耐热帽5、8的热处理温度为1100℃的场合进行了说明，但热处理的温度也可以在1000-1200℃的范围内进行。之所以这样说，是因为本发明的温度传感器的最高使用温度是在这个范围内，借助于在在这个范围内进行热处理，能在使用前去除存在于耐热帽5、8内部的还原性物质。
工业上的实用性
采用如前所述的本发明，则能得到即使在1000℃以上的高温中、电阻值的误差也较小、适于高温使用的可靠性高的温度传感器。

Claims (7)

1.一种温度传感器，其特征在于，包括
金属制造的耐热帽(5，8)，
在所述耐热帽内收纳的热敏电阻元件(1，6)，和
在与所述热敏电阻元件电气连接的同时、在所述耐热帽外引出的至少一根以上的引导线(4)，
所述耐热帽(5，8)用以镍-铬(Ni-Cr)为主要成分的合金或者以镍-铬-铁(Ni-Cr-Fe)为主要成分的合金形成，
所述热敏电阻元件(1，6)用Mg(Al，Cr，Fe)2O4系列材料、Mg(Al，Cr)2O4系列材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系列材料中的任一种形成。
2.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，
至少在所述耐热帽(5，8)的内侧上形成包含Ni氧化物的氧化膜。
3.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，
所述耐热帽(5，8)的合金中的Cr的含量大于0％小于20％。
4.一种温度传感器的制造方法，其特征在于，包括下述工序，
在由热敏电阻材料做成的成形体上插入具有比烧结温度更高熔点的金属电极，进行烧结并得到热敏电阻元件(1，6)的工序，
利用焊接连接所述热敏电阻元件的金属电极(2，7)和设置在多芯管(3)上的一根以上的引线(4)的工序，和
将耐热帽(5，8)盖在所述热敏电阻元件上，利用焊接连接所述耐热帽和所述多芯管端部的工序，
所述耐热帽(5，8)用以镍-铬(Ni-Cr)为主要成分的合金或者以镍-铬-铁(Ni-Cr-Fe)为主要成分的合金形成，
所述热敏电阻元件(1，6)用Mg(Al，Cr，Fe)2O4系列材料、Mg(Al，Cr)2O4系列材料、和(Al，Cr，Fe)2O3系列材料中的任一种形成。
5.如权利要求4所述的温度传感器的制造方法，其特征在于，还包括用1000-1200℃的温度对所述耐热帽(5，8)进行热处理的工序。
6.如权利要求5所述的温度传感器的制造方法，其特征在于，在氧化气体中进行所述热处理工序。
7.如权利要求5所述的温度传感器的制造方法，其特征在于，在连接耐热帽(5，8)和多芯管(3)的工序后，进行所述热处理的工序。
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