专利名称：温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括热敏电阻的温度传感器。
背景技术：
多种类型的装置已被作为温度传感器而使用，用于测量不同环 境的温度。在高温区域或"热区"，这些装置的运行是有问题的。 温度传感器的一部分比如热敏电阻必须放置在热区内，以便检测温 度，并且甚至在热区内，可具有巨大且频繁的温度差异。测量或控 制电路及导线必须放置在热区的外部，即放置在低温区内，以防止 损坏。然而，传感器的一部分必须穿越两个区域，以便维持热敏电 阻与相关电路之间的电连接。
那些熟悉本领域的技术人员已经试图提供对高温及相当大的运 行温度范围引起的过量压力和应力的消除。 一种已知的技术，尽可 能接近地与用于温度传感器所有部分的材料的温度系数匹配。另一 种已知的技术包括特别的材料或线，用于解决由巨大温度波动引起 的压力和应力。然而，这种努力导致成本更高的温度传感器，和/或 由于高温和频繁的温度漂移，而在相对短暂的 一段时间之后仍然可 能恶化并且变的不可靠的温度传感器。但在一个例子中，汽车尾气
温度传感器放置在运行区域内或热区内，其达到100(TC的温度，如 在柴油机滤清器采集(diesel filter trap)再生应用中所用的那样。从1000 。C或更高的温度到低至周围环境温度的巨大温度漂移，可在一天内 发生多次。其它解决问题的尝试，比如热电偶传感器的使用，也已 经发现成本高并且总体上不太满意
发明内容
本发明的实施例提供一种成本划算、更加稳健且更加可靠的温 度传感器，其能够承受在其它情况下将会导致损坏、降低性能或导 致温度传感器失效的高温与巨大温度波动。
在本发明的多个实施例中，温度传感器包括装置，比如热敏电
阻，其放置在高温区域或"热区"内，用于测量温度；与热敏电阻 接触的针；以及设置在热区外部的弹簧，用于抵靠热敏电阻而偏置 针，以便维持热敏电阻、针及也定位于热区外部的相关线或电if各之 间的持续连接。申请人的发明的实施例因此提供一种温度传感器， 其能够更好地承受高温和巨大温度差异，从而改善了性能。
然而，本发明的实施例不需要达到所有的这些目标和结果，并 且其权利要求不应当限制于能够达到这些目标和结果的结构或方 法。
本发明的特征在于温度传感器，其包括用于插入到热区内的探 针区段。探针区段包括热敏电阻、在热敏电阻处终止的第一长针， 以及也在热敏电阻处终止的第二长针。壳体区段位于探针区段的一 个端部上，并且位于热区的外部。壳体区段包括将第一针偏置成与 热敏电阻接触的第 一 弹簧、将第二针偏置成与热敏电阻接触的第二 弹簧、与第一弹簧接合的笫一电触点，以及与第二弹簧接合的第二 电触点。在一种配置中，第一针包括用于热敏电阻的末端向内悬垂 基座，并且由金属制成，该金属可以为镍、鉻或铁合金。第二针可 以包括位于绝缘外壳内的导电迹线，并且导电迹线可以包括铀。绝 缘外壳可以由陶瓷材料制成。在一个变型实施例中，壳体区段包括 具有基座的主轴及柱体，并且第一弹簧围绕柱体而设置，并且第一 针包括设置在与第一弹簧邻接的柱体上方的近端向内悬垂环。向内 悬垂环与第一弹簧可借助压配合而连接起来。第一电触点可包括围
绕第一弹簧下方的柱体而设置的环，以及延伸穿过基座的笫一凸片。 在一个例子中，第二电触点可以装配到第二弹簧内，并且可以延伸 穿过柱体及基座，在第二凸片内终止，并且第二弹簧与第二电触点
可通过压缩而接合起来。壳体区段可以进一步包括分别紧固到第一 电触点与第二电触点上的第一导体与第二导体。第一导体与第二导 体可以为线。在一个实施例中，热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。 柱体可包括氧化铝，并且凸片可包括镀金基金属。
本发明的特征还在于温度传感器，其包括探针区段，探针区段 包括负温度系数的热敏电阻、在热敏电阻处终止的第 一长导电针、 以及第二长针，该第二长针包括位于绝缘外壳内的导电迹线，也在 热敏电阻处终止。壳体区段位于探针区段的一个端部上。壳体区段 包括将第 一 针偏置成与热敏电阻接触的第 一 弹簧、将第二针偏置成 与热敏电阻接触的第二弹簧、与第一弹簧接合的第一电触点、与第 二弹簧接合的第二电触点、紧固到第一电触点的第一导体，以及紧 固到第二电触点的第二导体。
本发明的进一步特征还在于温度传感器，其包括探针区段。探 针区段包括热敏电阻、在包括近端向内悬垂环的热敏电阻处终止的 第一长针，以及也在热敏电阻处终止的第二长针。位于探针区段的 一个端部上的壳体区段包括将第一针偏置成与热敏电阻接触的第一 弹簧、设置在第一针的向内悬垂环下方并且与第一弹簧邻接的柱体， 以及将第二针偏置成与热敏电阻接触的第二弹簧。第 一 电触点包括
围绕第一弹簧下方的柱体而设置的环。第二电触点与第二弹簧接合 并且延伸穿过柱体。
从优选实施例的下列描述及附图出发，其它目的、特征及优点
将为那些熟悉本领域的技术人员所想到，其中
图1为根据本发明的温度传感器的一个实施例的三维示意图； 图2为图1所示温度传感器的局部截面图3为更详细的截去一部分后的示意图，展示了位于根据本发 明的温度传感器内的针(pin)与弹簧的一个实施例；
图4为图3所示实施例一部分的放大示意图； 图5为图3所示实施例的另一部分的放大示意图； 图6为放大的截去一部分后的示意图，展示了与根据本发明的 温度传感器有关的电连接的 一个实施例；
图7为图2所示温度传感器一部分的放大示意图；以及
图8为根据本发明的温度传感器的一个实施例的电路示意图。
具体实施例方式
除了以下公开的一个或多个优选实施例之外，本发明可具有其 它实施例，并且可借助多种方式而实施或执行。因此，应当理解 本发明并未将其应用限制于在下列描述中阐述过或在附图中展示过 的构件的构造与结构的细节中。即使文中仅仅描述了 一个实施例， 其权利要求不应当限制于那个实施例。此外，其权利要求不应当严 格地理解，除非具有清楚并且令人信服的证据，证明了一定的例外、 限制或放弃。
如发明背景部分所讨论，^^受极高温度并且频繁地经历极端温 度差异的温度传感器常常会恶4匕，和/或结果地随着时间而变的失效。 本发明提供了 一种改进的温度传感器，其能够更好地承受这种极端
条件。
在本发明的一方面中，图1中的温度传感器10包括用于插入热 区14的探针区段12。如文中所用，热区为一个区域，温度在那里将 -故测量，并且该热区典型地达到足够高的温度，从而负面地影响温 度传感器的构件，如下面详细讨论的那样。在一些情况中，比如在 汽车尾气温度测量或燃料电池中，比如热区内的温度可以达到1000 。C或以上。此外，正如被那些熟悉本领域的技术人员所知的那样， 温度漂移典型地巨大。热区内的温度，比如汽车尾气中的温度，可 以升高到大于IOO(TC，但然后可降低到周闺环境的温度，其可能远 小于15(TC。正是在这些环境中，并且在这种条件下，可以利用根据
本发明的温度传感器10的实施例，虽然这不是本发明的限制。应当
注意图1中用于表示热区14的虚线仅仅为示例性的，并且除了下 面详细讨论的构件之外， 一些构件，比如外盖体16及用于将温度传 感器10螺紋连接到位的可选螺紋18，可根据特定应用的需要而位于 热区的内部或外部。
温度传感器10包括位于探针区段12的一个端部上的壳体区段 20。壳体区段20优选地位于热区14的外部，比如可以为线或其它 适当的电导体22、 22，，其自温度传感器IO延伸，并且连接到电路24， 比如测量和/或控制电路上。线或导体，以及电路24将典型地位于热 区的外部，用于防止对这些构件造成损坏。图2中的探针区段12包 括温度感应装置，比如用于插入到热区内的热l丈电阻26;以及在热 敏电阻26处终止的长针或柱体28。长针或柱体30也在装置或热敏 电阻26处终止。在一个例子中，温度感应装置26为负温度系数(NTC) 的热敏电阻或圆盘型热敏电阻，其包括分别位于接触针28和30的 每个侧边上的电极27和27，。在一个变型实施例中，热每文电阻可以 为公开于美国专利第6,204,748号以及6,136,231号中的三价亚铬酸 钇热敏电阻，该两个专利通过引用而结合于此。然而，它们并非是 对本发明的限制，并且根据特定应用的需要，装置或热敏电阻可以 为任何适当的类型。根据特定应用的需要，长针28和30可以全部 或局部地位于热区内；虽然在大多数情况下针将全部或几乎全部地 位于热区内，且如下面更全面；也讨论的那样，仅仅与弹簧4妻触的部 分位于热区外部。针28典型地导电，并且根据温度而由金属比如 Inconel , 300系列的不锈钢，或其它适当材料制成。可以将InconeP、 镍合金、铬合金及铁合金用于比如接近于或大于100(TC的非常高的 温度，而不锈钢或其它材料可用于较低但不太热的温度。在一个配 置中，温度传感器10也包括外绝缘体32，其可以由任何适当的绝缘 材料制成，比如在一个变型实施例中由陶瓷制成。由于针28和30 由金属制成或至少局部地包括金属，外绝缘体32将削弱或减小高温对针28和30金属部分的影响。
壳体区段20包括弹簧34和弹簧36。图3中的弹簧34与针28 接触，并且将针28偏置成与热敏电阻26接触，而弹簧36则与针30 接触，并且将针30偏置成与热敏电阻26接触。弹簧34和36位于 热区外部的壳体部20内，以帮助维持弹簧的物理特性，弹簧如果遭 受与热敏电阻相同的温度和/或差异的话，其物理特性将改变。在没 有弹簧34和36对针28和30偏置，并且在针28和30上维持压力， 以便与热敏电阻接触的情况下，将具有针从热敏电阻分离的风险， 从而破坏了电连接，并且导致间歇性的信号，这是由于针(及探针的 外盖体)的膨胀和收缩的缘故，膨胀和收缩由热区内的高温和/或温度 波动所引起。如果弹簧在热区内的话，将会引起类似的风险，因为 高温及频繁的巨大温度差异的缘故，弹性及弹簧的特性可能无法得 以维持。
此外，由巨大温度漂移产生的压力与应力的大部分借助弹簧34 和36而被吸收。弹簧34和36可设计成伸缩许多数量级，其多于如 在以上发明背景部分讨论的已知机构的过量线应力消除。弹簧34和 36可由标准材料，比如铬钢或铍铜制成，并且在一个配置中，弹簧 34和36上被镀金，以有助于确保良好的电连接。并且，在一个变型 实施例中，壳体部20可以包括进一步的绝缘部21及密封件23，比 如橡胶密封件或扣环，用于协助将传感器的内部构造与外部环境条 件隔离开。
在一个例子中，针28包^l奮用于图4中的热^:电阻26的末端向 内悬垂基座40,以及用于在图2中的针40和外盖体16之间提供隔 离的隔离构件63。在一个例子中，隔离构件63由氧化铝制成，但它 也可以由其它任何适当绝缘材冲+制成。
图5中的电触点42与弹簧34接合，而电触点44与弹簧36接 合。在一个非限制性的例子中，电触点44与弹簧36可通过压缩而 接合起来，如图7所示。图5中的电触点44也可以借助任何其它适
当的连接装置，比如焊料、黄铜或焊接而连接到弹簧36上。壳体区 段20进一步包括具有基座62和柱体64的主轴60。弹簧34围绕柱 体64而设置。针28包括在柱体64上方设置并且与弹簧34邻4矣的 近端向内悬垂环66。图6中的电触点42包括围绕弹簧34下方的柱 体64而设置的环68，并且在一个非限制性的例子中，环68和弹簧 34借助压配合而连接起来。电触点42进一步包括延伸经过基座62 的凸片(tab)70。电触点44装配到弹簧36内，并且延伸经过柱体64 及基座62，在凸片72内终止。壳体区段20进一步包括分别紧固到 电触点42和44的凸片70和72上的导体22和22，。
在一个实施例中，图7中的针28由金属制成，并且针30包括 位于绝缘外壳52内的导电迹线50。导电迹线50与绝缘外壳52可以 由任何适当的材料制成，但在一个例子中，导电迹线50为铂，而绝 缘外壳52为陶瓷。在一个配置中，柱体64为绝缘材料，比如滑石 石瓷，但其它材料比如氧化铝或多铝红柱石也是适当的。凸片70和 72可以包括比如，镀金基金属或线，或两者的组合，或任何其它适 当材料。
因此，尽管具有高温和巨大温度漂移，热敏电阻26、针28、弹 簧34、包括凸片70的电触点42以及连接到如图8所示的控制或测 量电路24上的导体22之间的机械接触与电连接得以维持。热敏电 阻26、针30、弹簧36、包括凸片72的电触点44以及也连接到控制
因此申请人的发明的实施例提供了 一种具有改进性能的温度传 感器，其更加稳健并且更加可靠，并且能够更好地承受高温和巨大 温差，其可用于许多应用中，该应用包括但并不限制于机动车辆尾 气系统或燃料电池。
此书面描述使用举例来公开包括最佳模式的本发明，并且也使 得熟悉本领域的任何技术人员能够制造并使用本发明。本发明的专 利范围由权利要求所界定，并且可包括那些熟悉本领域的技术人员 能够想到的其它例子。如果这些例子具有与权利要求的字面语言不 相异的结构元件的话，或者如果它们包括等同的结构元件，这些等 同的结构元件与权利要求的字面语言具有非实质性的区别的话，那 么这些例子应当位于权利要求的范围之内。
虽然本发明的特定特征在 一 些附图中展示，但没有在其它附图 中展示，这仅仅是出于方便的目的，因为每个特征可以与根据本发 明的其它特征的任何部分或所有部分组合起来。文中所用的字"包 括"、"包含"、"具有"以及"带有"应当被宽范地并且综合地 解释，并且没有限制于任何物理互联中。此外，公开于本申请中的 任何实施例不应当被认为是唯 一 可能的实施例。其它实施例将为那 些熟悉本领域的技术人员所构思出，并且其位于所附权利要求之内。
此外，在为获得此专利而进行的专利申请的过程中，所提出来 的任何修改，不是对在申请时做出的申请中提出的任何要求保护的
元件的放弃无法合理地预料那些熟悉本领域的技术人员撰写将会 字面上包含所有可能等同物的权利要求，许多等同物在修改时将不 可预见，并且不在应当包含(如果可能的话)的公平解释之内，暗含于 修改中的推理可能仅仅具有与许多等同物的表面相关性，和/或因为 具有许多其它原因，申请人无法预料到对所修改的任何要求保护的 元件的某些非实质性替换。
权利要求
1.一种温度传感器，其包括用于插入到热区内的探针区段，所述探针区段包括热敏电阻，在所述热敏电阻处终止的第一长针，以及也在所述热敏电阻处终止的第二长针；以及壳体区段，其位于所述探针区段的一个端部上，并且位于所述热区的外部，所述壳体区段包括将所述第一针偏置成与所述热敏电阻接触的第一弹簧，将所述第二针偏置成与所述热敏电阻接触的第二弹簧，与所述第一弹簧接合的第一电触点，以及与所述第二弹簧接合的第二电触点。
2. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一针 包括用于所述热敏电阻的末端向内悬垂基座。
3. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一针 由金属制成。
4. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一针 由镍、铬与铁合金制成。
5. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第二针 包括位于绝缘外壳内的导电迹线。
6. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述壳体区 段包括具有基座与柱体的主轴，且所述第一弹簧围绕所述柱体而设 置。
7. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述壳体区 段进一步包括分别紧固到所述第 一电触点与第二电触点的第 一导体 与第二导体。
8. 如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。
9. 一种温度传感器，其包括 探针区段，其包括 负温度系数的热敏电阻，在所述热敏电阻处终止的第一长导电针，以及 第二长针，其包括位于绝缘外壳内的导电迹线，也在所述热敏 电阻处终止；以及位于所述探针区段一个端部上的壳体区段，所述壳体区段包括将所述第一针偏置成与所述热敏电阻接触的第一弹簧，将所述第二针偏置成与所述热敏电阻接触的第二弹簧，与所述第一弹簧接合的第一电触点，与所述第二弹簧接合的第二电触点，紧固到所述第一电触点上的第一导体，以及紧固到所述第二电触点上的第二导体。
10. —种温度传感器，其包括 探针区段，其包括 热每文电阻，在所述热敏电阻处终止的第一长针，包括近端向内悬垂环，以及也在所述热敏电阻处终止的第二长针；以及位于所述探针区段一个端部上的壳体区段，所述壳体区段包括将所述第一针偏置成与所述热敏电阻接触的第一弹簧，柱体，其设置于所述第一针的所述向内悬垂环的下方，并且与所述第一弹簧邻邻接，将所述第二针偏置成与所述热敏电阻接触的第二弹簧， 第一电触点，其包括围绕所述第一弹簧下方的所述柱体而设置的环，以及第二电触点，其与所述笫二弹簧接合并且延伸穿过所述柱体。
全文摘要
一种温度传感器(10)包括用于插入到热区(14)内的探针区段(12)。探针区段(12)包括热敏电阻(26)，在热敏电阻(26)处终止的第一长针(28)，以及也在热敏电阻处终止的第二长针(30)。壳体区段(20)位于探针区段(12)的一个端部上，并且位于热区(14)的外部。壳体区段(20)包括将第一针(28)偏置成与热敏电阻(26)接触的第一弹簧(34)，将第二针(30)偏置成与热敏电阻(26)接触的第二弹簧(36)，与第一弹簧(34)接合的第一电触点，以及与第二弹簧(36)接合的第二电触点。
文档编号G01K7/22GK101206145SQ200710300818
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月21日
发明者D·吉尔 申请人:通用电气公司