(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料のジャケット（１２）と、電気的に絶縁された埋込媒体（１７）に埋め込まれた抵抗線（１８）を含み、埋込媒体（１７）がコンパクトな形に粉粒体でつくられており、抵抗線（１８）が正の温度係数（ＰＴＣ特性）を有する貴金属またはその合金を含んでおり、埋込媒体が、高温において酸素を放出し、低温において酸素を吸収する物質と、高温−抵抗性電気絶縁物質を含んでいる混合物である電気抵抗温度センサー。
【請求項２】
貴金属がプラチナ金属のグループからなる金属である請求項１に記載の温度センサー。
【請求項３】
可逆性酸素放出材料が酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）である請求項１または２に記載の温度センサー。
【請求項４】
他の電気絶縁物質が二酸化マグネシウムまたは酸化アルミニウムである請求項1〜３の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項５】
酸素放出物質が粒子サイズの２から５μｍの粉体および（または）他の絶縁物質が粒子サイズの２から１００μｍの粉体からなる請求項１〜４の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項６】
ジャケット（１２）が鉄−クロム−アルミニウム合金の管からなる、請求項１〜５の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項７】
抵抗線（１８）が、螺旋構造を有する請求項１〜６の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項８】
抵抗線（１８）が、少なくとも１本の結合ボルト（１４、１９）に固定され、この結合ボルトがジャケットと同じ材料で作られている請求項１〜７の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項９】
抵抗線（１８）が、その片側が内部でジャケット（１２）と電気的に接続されている請求項１〜８の何れか１項に記載の温度センサー。
【請求項１０】
抵抗線が、少なくとも１本の結合ボルト（１４、１９）に固定され、この結合ボルトが酸化セラミックのセラミック・ビードの形態をなすインレット絶縁手段（１５）によって包囲されており、結合ボルトがソルダ・ガラスまたはソルダ化金属セラミック化合物からなるインレット絶縁手段またはジャケット（１２）よりも直径の大きいスリーブ（３０）からなるインレット絶縁手段によってジャケットに締め付けられており、スリーブがジャケット（１２）に強固に連結され、少なくとも一部が埋込媒体で充填され、ジャケット中の埋込媒体（１７）よりも密ではなく、次いで接続ラグ（３５）を露出させるために一部が再び除去される請求項１〜９の何れか１項の温度センサー。
【請求項１１】
ジャケット（１２）が、その直径が１．５ｍｍ以下、その長さが２００ｍｍを超え、その有効長さが少なくとも１００ｍｍである管および（または）ジャケットが１６０と３５０ＨＶの間の強度を有しており、降伏強度が６００と９００Ｎ／ｍｍ2 の間である請求項１〜１０の何れか１項の温度センサー。
【請求項１２】
前記温度センサーが物体と熱接触し、その温度が測定されるようになっていて、前記温度センサーの抵抗線（１８）が、複数の電気接続部を有しており、これらの複数の電機接続部が、少くとも異なる金属間の接点を含む範囲でほぼ同じ温度レベルを有する位置の物体上に配置される請求項１〜１１の何れか１項の温度センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は適当な測定または制御装置に関して表示、記録、調整または制御のために測定物体の温度を測定するのに使用されるような電気抵抗温度センサーに関する。この温度センサーは、特に１５００Ｋまでの高温での使用が意図されている。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許第４９８３８６号にはステンレススチール・ケーシングまたはジャケットを備えた温度センサーが開示されており、このケーシング内には粉状のコンパクト化された電気的絶縁埋込媒体が充填ないしカプセル化され、螺旋状の抵抗線が配備されている。後者は鉄をベースとする合金で形成され、電気抵抗の正温度係数を有しており、このようにして温度測定が許容される。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような無機絶縁物質が埋込媒体として使用される。
【０００３】
温度センサーはコイルと埋込媒体で充填された管から形成され、続いてこの中に埋込媒体を圧縮ないしモールドするために、ジャケットの断面が細くなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、温度に対する抵抗の均一な依存関係にある高温安定性について上述したタイプの温度センサーを改良することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の温度センサーによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
貴金属、特にプラチナまたは同様の合金を使用することにより、温度センサーは温度と非常に広い温度範囲にわたる抵抗間の、および、高温における実質上の直線特性を維持することができる。温度係数は０．０３［ｌ／Ｋ］より大きい。
【０００７】
しかし、高温（＞５５０℃）の作用下では、それが製造中または使用中のいずれにおいても、一般的に螺旋状のプラチナ抵抗線が溶解または分解（腐敗）し結果的にその抵抗特性が非可逆的な変化をすることが指摘されている。これは酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等から構成される埋込媒体を備えたプラチナが、例えばしばしば真空中で実行されるハンダ付け工程中等の製造中に特に発生し、および（または）ジャケットの内壁に所望の酸化物質コーティングを形成するために発生する低酸素雰囲気の場合に反応するという事実によることが判明している。
【０００８】
さらに、これは埋込媒体として二酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）を使用することによって除去することができることも分かっている。しかし、測定中、これはセンサーの抵抗／温度曲線から望ましくない変化であることが分かった。しかし、本発明によれば温度曲線に関するこれらの変化は、ほんの少しの二酸化セリウム、すなわち、二酸化セリムと他の絶縁物質の混合物を使用することによって埋込媒体に酸化マグネシウムまたは酸化アルミニウムのような従来の嵩高い絶縁物質高温−抵抗体を添加すれば、もはや発生しないことが確立された。
【０００９】
試験で分かったことは、特に小さい管状ヒーター寸法の場合に、抵抗コイルとジャケット間のこれに対応する細い絶縁層が高温において導通してしまうことである。従って、測定結果が、測定電流に重畳された漏洩電流によって不正確になる。しかし、他の絶縁材料を混合すれば、そのプラチナの保護作用が生きたままで、二酸化セリウムのこの欠点が生じないことが分かった。二酸化セリウムの作用は、高温におけるプラチナによって要求される、温度が低下して二酸化セリウムによって再吸収されたときに、酸素が再度遊離されるという事実によって多分説明できる。従って、二酸化セリウムの作用はプラチナの絶縁物質のベース構成要素との非可逆的反応の発生を阻止するために、高温において必要とされる酸素雰囲気だからであると説明できる。温度が低下したときに、センサーの内部の雰囲気に主として存在する酸素が再び二酸化セリウムによって吸収される。
【００１０】
約１％の比較的少ない混合物であっても二酸化セリウムのプラチナ保護作用には充分であり、すなわち、高温における可逆的に酸素を適当に放出することが分かっている。しかし、好ましくは５ないし３５％で、特に有利な結果は絶縁物質中に１６％の二酸化セリウムを混合することで得られた。これは温度センサーの寸法と温度条件の作用だけでなく、例えば、温度センサー内のエア・シール等のさらなる必要条件も加わっている。従って、例えば比較的厚い絶縁層では、混合物は例えば７０％の比較的高いパーセントの二酸化セリウムを含ませる。
【００１１】
温度センサーを使用する特に重要な分野は触媒コンバーターの制御である。後者の場合、触媒の初期処理工程の制御のために、あるいは制御は排気混合物の測定になされているために、これまで温度測定は点状でのみ実行されていた。本発明による比較的長く、小さい断面寸法となる温度センサーの場合において、触媒コンバーターまたは同様の測定物体で一体的に測定を実行することができる。従って、例えば可撓性温度センサーも同様に触媒物質に「巻き込む」ことができ、普通波状と平坦な金属シートの交互になった層から構成され、これがロール状に一緒に巻き取られ、ここに流れが軸方向に発生する。
【００１２】
これを許容するために、ジャケット・チューブは例えば直径約１ｍｍの小さい断面寸法を有し、得られる強度は６００Ｎ／ｍｍ2 と９００Ｎ／ｍｍ2 の間で、好ましくは７００Ｎ／ｍｍ2 であり、ジャケット材料の硬度は３５０ヴィッカ（ＨＶ）を超えないないこと、また好ましくは１８０ＨＶである。これは対応する材料の選択を前もって推定でき、チューブが充填された後の変形処理のために特に材料が普通非常に硬くなるためである。ジャケット・チューブは同様にFeCrAl管からなり、好ましくは長手方向にシーム溶接された引き抜き管である。鉄をベースとして、１０から２５％のクロム、４から６％のアルミニウムおよびイットリウム、マグネシウム、ニッケル、チタニウムおよび亜鉛のような他の低いパーセントの合金成分を含めることができる。
【００１３】
典型的な構成において、ジャケットは管であり、独立した温度センサーが得られ、これに測定物体が連結される。しかし、他のジャケットの形態または形状、例えば、測定物体の独立したシート状金属ポケットを備えることもでき、その二重ウエブが固定の目的に適しているといえる。さらに、ジャケットの部材として測定物体の要素を使用することもでき、例えば、オメガ（Ω）状シート接続部分上に長手方向に溶接した触媒コンバーターを生成するのに使用された金属シートの１枚が抵抗線を受承する凹所を形成している。さらに、管状の構成により、断面が理想の円形から広げることができ、また、例えば楕円、Ｄ字状または三角形とすることもできる。
【００１４】
好ましくは、その接続部ないし端子が、少なくとも異なる金属間で接点を含む範囲で、測定物体上に載置されるときに、接続部ないし端子がほぼ同じ温度レベルにあり、熱応力による測定値の誤りが排除されるか、少なくとも最少になることが保証されなければならない。
【００１５】
測定物体の製造中、例えば触媒コンバーターのハンダ付け工程中、温度センサーもハンダ付けされる場合に、温度センサーが気密または真空密にシールされることが保証されれば、埋込媒体内の必要とする二酸化セリウムの比率を減じる助けをすることができる。これでこの工程の高温下での実行中、前述の問題を大きくする温度センサー内部の残留酸素が吸収されないことが保証される。
【００１６】
これは、密封された温度センサーを溶接し、その後これが本質的に短絡されることによって行われる。製造の終わりに、例えばシーリング・スリーブから切断することによりこのハーメチック・シールが再び破壊され、これと同時に温度センサーが再度電気的に機能する。連結ボルトが温度センサーのジャケットに通されると、例えば絶縁ビードのために確実にシールが施され、また、湿気密シールが例えば埋込媒体の対応するシリコン注入によってこの個所で保証されるが、ある一定時間を越えると望ましくない酸素の侵入がここから生じる。
【００１７】
温度センサーはロッド状の構造が好ましい。この場合において、ジャケット・チューブから突出するとともに、これと絶縁された結合ボルトから、抵抗線コイルをセンサーの自由端の接続部に導出して、結合ボルトによってこれと接触させ、ジャケットで帰還導体を形成する。しかし、抵抗線をジャケットの両端に通した結合ボルトと接触させ、ジャケット以外で絶縁して、温度センサーを例えばＵ字状またはヘアーピン状に曲げることもできる。
【００１８】
これらのおよび他の特徴は請求の範囲、詳細な説明および図面から理解することができ、個々の特徴は、単独でまたはある組み合わせが本発明の実施例および他の分野において利用可能であり、有利な独立して保護可能な構造を表すことができ、この保護をここで主張する。出願書類を各段落や中間の見出しに細分化することは、特許請求の範囲の下でなされた記述の一般的有効性を決して限定するのもではない。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例を添付図面により次に詳細に説明する。
【００２０】
図１は鉄−クロム−アルミニウム合金のステンレススチール管状外部ジャケット１２を備えた温度センサー１１を示す。合金は２０から２５％のクロム、４から６％のアルミニウムおよび鉄と１％より少ない濃度のイットリウム、シリコン、マンガン、ニッケル、チタンおよび（または）ジルコニウムの添加物によって構成される残部を含んでいるのが好ましい。
【００２１】
この管において、これは、１．５ｍｍより細い直径の円形管の場合に最小の断面寸法を有し、好ましくは１ｍｍの直径を有し、非常に長く、普通２００ｍｍよりも長い。ジャケット１２は、接続側１３で開口しており、ここから好ましくはジャケット１２と同じ材料で作られている結合ピンないしボルト１４が突出している。センサーは絶縁ビード１５、すなわち、ジャケット１２の内部に嵌め込み式に配備された結合ボルトを取り巻くスリーブによって接続端で案内され終わっている。
【００２２】
ジャケット１２の内部１６は、少なくとも二つの異なる材料の混合物からなる埋込媒体１７で充填されている。この混合物の一つの材料は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム（ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 ）等のような高温−抵抗、不活性、電気絶縁材料であり、高温で物理的、化学的に大きく変化せず、かつ、その電気絶縁特性を維持するものである。この材料は、平均粒子サイズが２から１００μｍ（好ましくは２４μｍ）を有する酸化物−セラミック粉体または粉粒体の形態で使用されるのが好ましい。
【００２３】
混合物の第２の要素は、高温で可逆的に酸素を放出する材料、平均粒子サイズが２から５μｍを有する粉体の形態にある二酸化セリウムが好ましい。ＭｇＯ／ＣｅＯ2 の混合比は、本実施例では６：１の重量部である。
【００２４】
以後説明するようにしてコンパクト化されるこの埋込媒体において、プラチナ抵抗線コイル１８が中心に配置され、埋込媒体１７によってジャケット１２の内壁から電気的に絶縁される。センサーはジャケット１６へ突入している結合ボルト１４の先端で例えば溶接によって電気的に導通状態に接続される。その対向端は対応する結合ボルト１９に接続される。このボルトは比較的長く、ジャケットの流れ口（スパウト）状に細くなった先端２０に緊密に溶接されている。両結合ボルト１４、１９は抵抗線と同じ材料で作ることもできるが、そうするとプラチナであるためにより高価になる。絶縁ビード１５は、例えばアルミナのような酸化セラミックである。必要ならば、接続端部における電気の通過をシールするには、ソルダー・グラスまたはソルダー化金属−セラミック混合物によって実行できるが、シリコーンを用いることもできる。
【００２５】
図１による温度センサーはヨーロッパ特許第４９８３８６号に開示されている方法で製造され、ここではこれを参照するものとする。抵抗線コイル１８は、管状ヒータ製造で既知の方法を使用して、長尺の、シーム溶接され、引き抜き加工され、真空締結された高品質スチール管中の、埋込媒体内に挿入される。シェークによって確かに予め詰め込まれているがなおも比較的ルーズな埋込媒体１７は、管の断面がローリングまたは他の処理によって細くなるように詰め込まれ、これと同時に長さが増す。この場合において、このような形状変化は特に注意を引く、なぜなら得られた断面が非常に細いからである。対応する中間熱処理により、ジャケット材料の硬さを３５０ＨＶより小さく維持することが保証される。１６０ＨＶが実際上の低限とみなされる。好ましくは、ジャケットの硬さは約１８０ＨＶである。
【００２６】
小さい直径により、温度センサーの極めて優れた可撓性がその機能を損なわずに得られる。結合ピンの内端によって制限される実際の温度センサーの長さは、できるだけ長く、少なくとも１００ｍｍにしなければならない。これは例えば触媒コンバータ２１（図３）のような測定物体に対する積算測定の実行、すなわち、測定物体の最大表面部分に代表的な平均温度値を提供して測定することを可能にする。
【００２７】
管状ケーシング（図示省略）内に配備された実際の触媒コア２２は、２枚の異なる形状のシート状金属部材２３、２４のロールからなり、図示していないがプラチナを含有する触媒層でコーティングされている。各場合において、実質上平坦なシート２３と、波状シート２４が一緒にロールされてシリンダー状コアを形成して、通路を形成する波状シートによって形成されたチャネル２５が、内燃機関の打ち抜き平面に対して鉛直に流れる排気のためのチャネルになる。従って、触媒の後期燃焼のために非常に大きい作用面が形成される。
【００２８】
温度センサー１１は前記コアに一体的に形成される。センサーは本来平坦なシート２３に型押しされた凹所２８に配備され、さらに波状シート２４の近接する波型頭部２６にも僅かに押圧される。温度センサー１１はハンダ付け２７によって両シート２３、２４に優れた熱伝導状態に連結され、触媒製造中全体にわたって真空中で実行される。温度センサーがその周辺と直径方向両方で完全にカバーする場合に長くなり過ぎないことを保証するために、ロールはストレートなシートと波形シート２３、２４の数対のシートからなるマルチ形状で形成される。他の固定方法、例えばロールに対して直角に直径方向に配置することができる。
【００２９】
温度センサーには、図示を省略した測定装置によって測定電流が供給される。温度の変化と実質上直線的に変化する抵抗線１８の電気抵抗が、対応する測定回路、例えば、測定ブリッジによって測定され、表示または記録用として使用することもできるが、特に処理の調整または制御に使用できる。内燃機関の触媒コンバーターの場合において、排気値を指示された最少値に減らし、かつ、触媒コンバーター中に最適処理温度を発生させるために、測定結果は電子エンジン制御に使用される。これは、本発明による温度センサーの場合に特によく行なわれる。なぜなら、測定物体が全体の状態に関して誤解をまねくことになる点状方式だけでなく、結合ボルト１４、１９の内端間のその実効域でも出力信号が全ての温度を一体的にカバーないし検出するからである。
【００３０】
図２は接続部１３を除き、全ての詳細部分およびその利用可能性に関して図１に基づくセンサーと同じ温度センサー１１を示す。ジャケット１２の接続側端部はスリーブ３０に押し込まれている。このスリーブはジャケット１２と同じ材料でから作られているが、より太い直径と壁厚を有し、かつ、ハンダ付け、溶接またはプレスによって前記ジャケット１２に堅固に結合されている。スリーブに係合する前に、ジャケット１２の接続側端部に結合ボルト３５が設けられる。この目的のために、諸部材が２個のセラミック本体の片方に配置され、溶接によって結合ピン１４、１４’に導電的に接続されている。別の方法として、ケーシング混合物質をセラミック本体の代わりに使用することもできる。スリーブを酸化セラミック粉体、例えば埋込媒体１７と同じ材料で部分的に充填することも考えられ、これは次のプレス操作によって完了される。
【００３１】
図５は、温度センサーが金属シート２３内に一体化される構造を示している。この金属シートは測定物体の一部となり、特に触媒コンバーター２１の非波状シートの一部となる。前記シートが、長手方向の二つの溶接シームによってオメガ（Ω）状ジャケット部１２ａの横方向フランジ４０に固定される。後者中に、これまでに説明した方法かまたは横方向からのオメガ状ジャケット部１２ａに充填ないし導入するかして、抵抗コイル１８と埋込媒体１７が配備される。金属シート２３が設けられる前に埋込媒体の対応する詰め込みがなされ、その後任意に完成することもできる。本実施例において、平たい楕円構造が特に適しており、コイルの断面がジャケットの断面に応じてプレスされて形成される。シート２３への熱結合が最適な特性をもたらし、ジャケット・チューブ１２を分離する必要がない。
【００３２】
図６から図８は、温度センサーの別のジャケット構造を示し、シートの金属ポケットまたは部材の形状をなしている。図６において、ジャケット１２ｂは金属シート４１のエッジでＤ字状に折り曲げられ、フランジ４０で溶接されて形成されている。図７は対応する構造を示し、ジャケット１２ｃが金属シートから折り曲げられ完全な円形が形成され、平行に、横方向に突出するフランジ４２で互いに溶接されている。最後に、図８はジャケット１２ｄが半円形状をなす二つの同形のオメガ状シート金属部材で形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  温度センサーの長手方向断面図である。
【図２】  接続部に関する修正した温度センサーの変形例を示す長手方向断面図である。
【図３】  温度センサーを備えた触媒コンバーターを示す詳細断面図である。
【図４】  図３の線ＩＶから見た断面図である。
【図５】  測定物体と一体化された温度センサーを示す断面図である。
【図６】  温度センサーのジャケット構造の変形例を示す断面図である。
【図７】  温度センサーのジャケット構造の変形例を示す断面図である。
【図８】  温度センサーのジャケット構造の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１    温度センサー
１２    ジャケット
１３    接続側
１４    ボルト
１５    絶縁ビード
１６    内部
１７    埋込媒体
１８    プラチナ抵抗線コイル
１９    結合ボルト
２１    触媒コンバータ
２２    触媒コア
２３、２４    シート状金属部材
２５    チャネル
２６    波型頭部
２７    ハンダ付け
２８    凹所
３０    スリーブ
【図１】
0003819537.tif 000002
【図２】
0003819537.tif 000003
【図３】
0003819537.tif 000004
【図４】
0003819537.tif 000005
【図５】
0003819537.tif 000006
【図６】
0003819537.tif 000007
【図７】
0003819537.tif 000008
【図８】
0003819537.tif 000009