专利名称：基于电阻测量的温度传感器和带有这种温度传感器的辐射加热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于电阻测量的、尤其是辐射加热体用的温度传感器以及一种辐射加热体。
背景技术：
众所周知，炉盘的烹饪区配有传感器系统，在炉盘的最大容许温度达到时，该传感器系统断开炉盘的加热。这里一般使用棒式膨胀调节器，这种调节器用两种具有不同热膨胀系数的不同材料制成。在到达设计规定的温度时，通过加热引起的不同膨胀使两个接点相互断开，从而中断烹饪区加热装置的供电。这种棒式膨胀调节器的缺点是棒式膨胀调节器的开关点的变化需要花费大的精力，且棒式膨胀调节器对温度变化的反应慢。
发明内容
本发明的目的是提出一种温度传感器以及一种辐射加热体，用它们可避免现有技术的缺点，特别是在低的生产成本情况下可达到高的精度和高的安全性。
这个目的是通过一种具有权利要求1的特征的温度传感器来实现的。本发明的诸多有利的和优选的方案在其他各项权利要求中提出并将在下面进行详细说明。通过明确参照权利要求书的措词，获得说明书的部分内容。
根据本发明，温度传感器具有一个传感元件，该传感元件用一种具有正温度系数、尤指具有比贵金属的温度系数高的材料制成。此外，该温度传感器具有一个外壳，外壳内放置该传感元件。这种温度传感器可随时进行实际温度的电子式的测定。为了在达到最大温度时实现炉盘的上述断电作用，这种温度传感器或者与一个为此设置的简单电路连接，或者与该炉盘的一个控制单元连接，该控制单元测算电阻，并在必要时关断相应的烹饪区或对其按程序进行控制。通过正温度系数可实现温度传感器的电阻随温度的上升而增加。通过对传感元件上的电压降的测量以及通过对流经传感元件的电流的测量可以算出电阻并从中推断出温度。另一种可能性是，使用一个具有恒定电流强度的电流源或使用一个具有恒定电压的电压源，这样就只须测量相在的其他值。如果对温度测量的精度要求高，则可用一个4导线电路代替普通的2导线电路，其中两根导线用来向传感元件供给恒定电流，而另外两根导线则用来测定电阻上的电压降。4导线电路的优点是，引线的电阻无关紧要。温度系数越高，测量结果越精确，传感元件的高的温度系数在温度小变化时就导致电阻值的大的变化。本发明的温度传感器具有高的反应速度。另一个优点是，只需要很低的制造成本，因为不需要机械部分。此外，这种温度传感器用于炉盘的烹饪区还有这样的优点与迄今为止常规的棒式膨胀调节器比较，这种温度传感器在视觉上不易察觉，而且不干扰或只稍微干扰烹饪区的发热模式。
外壳最好至少部分地对热辐射具有高的穿透性。外壳对温度传感器起机械保护作用，外壳也起电绝缘层的作用；因而可把温度传感器安装在导电的表面上。借助于对热辐射的高的穿透性，保证了热辐射达到传感元件，并由此产生电阻变化。
在本发明的一个改进方案中，与温度有关的电阻用一种比铂的温度系数高的材料制成。
在本发明的一种改进方案中，外壳至少部分地对热辐射具有高的穿透性。借助于对热辐射的高的穿透性，保证了热辐射达到传感元件并由此产生电阻变化。在本发明的一个改进方案中，传感元件完全填满外壳。
在本发明的一个改进方案中，该外壳用一种绝缘材料、优选地用玻璃、陶瓷或石英制成，或由若干层组成，其最里层用一种绝缘材料制成。绝缘材料可使温度传感器直接安装在尤其是炉盘的导电元件上。在用多层外壳时，可以只把一层做成绝缘的，而其它的层则起别的作用。
在本发明的一个改进方案中，该外壳部分地或全部地有至少一层用一种机械稳定的材料、最好用金属制成。这种稳定层可减少机械负荷的影响，并由此提高温度传感器的耐久性。
在本发明的一个改进方案中，该外壳是气密性封闭的，其中外壳的内部压力优选低于外壳的外部压力，或者说外壳的内腔是抽真空的。通过这种外壳可保护传感元件不被电流烧毁。特别是对一些用陶瓷材料制成的正温度系数(PTC)传感元件必须对氧气进行防护。
在本发明的一个改进方案中，温度传感器的外壳内具有保护气体，优选是氮、氦、卤素或一种诸如氩之类的稀有气体或相应气体的混合物。通过使用保护气体可不再降低外壳的内部压力来防止传感元件与氧接触。此外，在外壳内部和外部压力接近的情况下，可用一种不损害传感元件的耐久性的保护气体。
在本发明的一个改进方案中，外壳至少部分地对热辐射具有减少辐射穿透性，其中减少辐射穿透性的区域优选地做成反射结构。通过减少辐射穿透性的这些区域可进行定向的温度测量。这种定向的温度测量可从特殊的方向借助传感元件只记录热辐射。来自这些方向的热辐射相应地对测量值产生较小的影响，在这些方向中，外壳具有减小的辐射穿透性。通过这些区域的对热辐射反射的结构可完全避免热辐射的影响。在本发明的温度传感器用于炉盘的情况下，例如可借助温度传感器有选择地测定玻璃陶瓷的温度，而辐射加热体的热辐射对测量不产生直接的明显影响。
在本发明的一个改进方案中，传感元件的材料是一种铁基合金，它的晶体结构在被测的温度范围内不产生转变。其中被测的温度范围通过例如一个炉盘的一般运行温度来决定。这里一般涉及几百摄氏度的温度，通常约为600℃。保持这种特殊的晶体结构具有这样的优点，即在正常的运行中，避免了从α铁到γ铁的相位转变。根据这种方式和方法，温度传感器便具有更好的耐久性。
在本发明的一个改进方案中，传感元件的材料为钨、钼或钨基或钼基合金。这种合金用于卤素灯或白炽灯泡是众所周知的。
根据本发明的又一方案，传感元件的材料为一种钴铁合金，例如含有70％的钴铁。这种材料例如为真空熔炼公司(Vacuumschmelze)生产的产品代号“CF25”。
根据本发明的再一方案，传感元件的材料为一种导电的陶瓷材料。
在本发明的又一方案中，传感元件具有很小的热容量或很小的横截面。
本发明的上述目的同样是通过一种具有权利要求16所述特征的、带有加热装置、特别是带有一条加热线圈、一条加热带、一个卤素辐射源或一个感应系统的辐射加热体来实现的，该辐射加热体具有一个上述类型的温度传感器。本发明的温度传感器在许多方面优于迄今为止在这方面所用的棒式膨胀调节器。与提供一个不变的开关点的棒式膨胀调节器比较，温度传感器可进行温度的连续测量，并由此也可进行炉盘加热体的开关点的复杂的变化。此外，本发明的温度传感器只有很小的惰性。
在本发明的一个改进方案中，一个普通的白炽灯或卤素灯作为辐射加热体的温度传感器使用。这个解决方案由于白炽灯或卤素灯的成批生产而对成本是理想的。常规的白炽灯或卤素灯的成本明显低于棒式温度调节器的成本。
作为本发明的温度传感器同样可用一个普通的卤素辐射加热体。对一个周期性工作的卤素辐射加热体来说，例如温度测量可在该加热体不加热的阶段内进行。对多个可相互独立控制的卤素加热体的烹饪区可用一个不用来加热的卤素辐射加热体作为温度传感器使用。
原则上，对全部带有内部照明的电热器具例如烤炉或微波炉，本发明都可用灯作为传感器使用。所以例如在周期性运行中，灯有时作为内部照明用，有时则作为温度传感器用。此外，还可在电热器具的内腔中，在只满足照明功能的第一个灯的旁边设置第二个灯，后者在封闭外罩的情况下起温度传感器的作用，而在打开外罩的情况下则作为附加的照明用。
本发明的温度传感器除了测定温度的功能外，还可在利用它作为线圈、尤其是作为具有线性导体线圈的性能的情况下，把它作为锅的检测传感器使用。这种传感器通过电磁场附近的或位于其中的锅引起的电磁场的性质的变化可以识别出该烹饪区的锅的存在及其型号。这例如可参阅EP-A-1 276 350。
另一种供选择的可能性是利用传感器的温度来进行带有可以预定温度变化过程的所谓传感器控制的烹饪。这样，烹饪过程可以说就是自动控制的。这时比铂高的温度系数是有利的，因为精度较高。
本发明的优选方案的这些和其它特征除了可从权利要求书中得知外，也可从说明书和附图中得知。其中各个特征可单独地或多个组合的形式在本发明的实施例中和别的范围实现，而且都是有利的以及本身申请保护的结构。申请书的分段以及中间标题不限制论述的总体有效性。
本发明的实施例将参考附图在下面进行详细说明。附图表示图1本发明温度传感器的第一种结构型式的剖视图；图2铂电阻和市售卤素灯的相对电阻与温度的关系曲线图；图3带有一个本发明温度传感器第二种结构型式的辐射加热体的俯视图；图4带有一个本发明温度传感器第三种结构型式的辐射加温体的俯视图；图5带有一个本发明温度传感器第四种结构型式的辐射加热体的俯视图；图6带有两个本发明温度传感器第四种结构型式的辐射加热体的俯视图。
具体实施例方式
图1表示一个本发明的温度传感器，该传感器具有一个管状延伸的外壳10。外壳10的两端是封闭的，所以其整体是气密性密封的。外壳的一侧有一层反射层12。在该侧没有热辐射透入外壳中。在外壳10内，平行于外壳10的主延伸方向布置一个传感元件14。传感元件14具有一根线圈14a和两根引线14b、14c。引线14b、14c在外壳的端部从外壳引出并与温度传感器的连接接点16b、16c连接。
热辐射18在不反射的一侧到达外壳10、进入外壳10并在该处加热传感元件14、特别是加热线圈14a。由于线圈14a的正温度系数特性，电阻随温度的升高而增加，连接接点16b、16c上的电压以及电流强度的测量可推断线圈14a的电阻并由此推断出温度。在反射的一侧到达外壳10的热辐射20不可能穿透外壳，而是被外壳反射。实质上它对传感元件14的热没有影响。
图2表示相对的电阻变化与温度的关系曲线圈，横坐标注出0℃至1000℃的温度范围。纵坐标表示相对电阻。数值1定为室温情况下的相对电阻。其中，曲线22是根据常规卤素灯得出的，而曲线24则表示铂正温度系数电阻的性能。从图中可以看出，在温度上升的情况下，曲线22所示的常规卤素灯的相对电阻比曲线24所示的铂正温度系数电阻的相对电阻增加得快。例如常规卤素灯的电阻在温度从室温上升到1000℃时大约增加到10倍，而铂正温度系数元件的相应加热则只导致电阻变化4倍左右。还可以看出，表示铂正温度系数电阻性能的曲线24几乎呈线性上升；而常规卤素灯的曲线22则表明，相对电阻和温度之间的关系不完全成比例。但比例的偏差并不重要，而且不妨碍常规卤素灯作为温度传感器使用。
图3至图6分别表示一个带有本发明不同结构型式的温度传感器32、42、50、60、64的辐射加热体。这些辐射加热体分别具有一条同心布置在圆段内的加热带28。全部四个辐射加热体都有一个由加热带28留空的区域30，在该区域内分别布置一个温度传感器32、40、50或两个温度传感器60、64。
图3所示的温度传感器32具有一个直管状的外壳，该外壳在两端是气密性密封的。连接线36b、36c在外壳34的两端引入外壳中。一个线圈形式的传感元件36a布置在连接线36b、36c之间。其中连接线36c从辐射加热体侧向引出，而连接线36b则以一种在图3中未示出的方式方法在底部穿过辐射加热体引出。
图4所示的辐射加热体具有一个另一种构型的温度传感器42，该温度传感器配有一个U形弯管形状的外壳44。这样就形成两个相对于辐射加热体向外指向的分肢。按图3所示辐射加热体的温度传感器32的相似的方式方法，温度传感器42也具有两根引线46b、46c和一个线圈46a形状的传感元件。通过温度传感器42的这种U形结构，获得了这样的结构优点，即两根引线46b、46c可在辐射加热体的外侧引出，而无须在辐射加热体的中部实现在技术上复杂得多的引线。这也可通过外壳中的另一引线来实现。
图5所示的辐射加热体26具有一个本发明的温度传感器50，该传感器具有一个球形的外壳，在该外壳中布置一根线圈。该温度传感器50也可布置在辐射加热体的别的位置，例如在边缘的附近。在温度传感器50和辐射加热体26的底座之间设置一个反射器52。这样就可保证温度传感器50测定的温度几乎只受到来自上方的热辐射的影响；而来自下方的热辐射则绝大部分被反射，因而几乎不产生虚假的测量。到温度传感器的导致敷设在一个绝缘外套54中，该外套54保证了导线电阻几乎保持恒定和同样对温度测量不产生影响。外套54和反射器52也可构成一体，或设计成使外套54将反射器52保持就位。
图6表示具有两个温度传感器60、64的辐射加热体26。温度传感器60、64为图5所示的相同型号。它们布置在离辐射加热体26的中心的不同距离处，因而可在辐射加热体26的不同位置测定温度。也象图5所示的辐射加热体26那样，导线配有一个外套62，以免导线电阻随温度变化和由此得出虚假的温度测量。也可为每个温度传感器配置反射器。
权利要求
1.基于电阻测量的温度传感器，其特征为，温度传感器(32；42；50；60、64)具有用正温度系数的材料、尤其是用比贵金属的温度系数高的材料制成的、带有与温度有关的电阻的传感元件(14a；36a；46a)和外壳(10；34；44)，传感元件(14a；36a；46a)布置在该外壳中。
2.按权利要求1所述的温度传感器，其特征为，该与温度有关的电阻用比铂的温度系数高的材料制成。
3.按权利要求1或2所述的温度传感器，其特征为，外壳(10；34；44)至少部分地对热辐射(18，20)具有高的穿透性。
4.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，该传感元件完全装满该外壳。
5.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，外壳(10；34；44)用绝缘材料，优选地用玻璃、陶瓷或石英制成，或由若干层组成，其最里层用绝缘材料制成。
6.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，该外壳部分地或全部地有至少一层用机械稳定的材料、优选地用金属制成。
7.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，外壳(10；34；44)是气密性密封的，其中，该外壳的内部压力优选地低于外壳的外部压力。
8.按权利要求7所述的温度传感器，其特征为，外壳(10；34；44)内的温度传感器(32；42)具有保护气体，优选是氮、氦、卤素或氩或其混合物。
9.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，外壳(10)至少部分地对热辐射(18、20)具有减少的热辐射穿透性，其中减少热辐射穿透性的区域(12)优选地构成反射结构。
10.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，传感元件(14a；36a；46a)的材料是铁基合金，它的晶体结构在被测的温度范围内不产生转变。
11.按权利要求1至9任一项所述的温度传感器，其特征为，传感元件(14a；36a；46a)的材料为钨、钼或钨基合金或钼基合金。
12.按权利要求1至9任一项所述的温度传感器，其特征为，传感元件(14a；36a；46a)的材料是钴铁合金。
13.按权利要求1至9任一项所述的温度传感器，其特征为，传感元件(14a；36a；46a)的材料为导电的陶瓷材料。
14.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，该传感元件具有很小的热容量或很小的横截面。
15.按前述权利要求任一项所述的温度传感器，其特征为，该外壳的内部全部或部分地充填耐热的粉状或粒状材料，优选为充填石英粉或石英砂。
16.具有加热装置(28)的辐射加热体(26)，其特征为，具有按权利要求1至15任一项所述的温度传感器(32；42；50；60，64)。
17.按权利要求16所述的辐射加热体(26)，其特征为，温度传感器(32；42；50；60，64)是普通白炽灯或卤素灯。
18.普通的白炽灯或卤素灯作为带电阻测量的电温度传感器使用，用来进行尤其是辐射加热体内的温度测量。
19.普通的卤素辐射加热体作为带电阻测量的电温度传感器使用，用来进行温度测量。
20.在交替运行中的普通白炽灯或卤素灯作为带电阻测量的电温度传感器使用，用来进行温度测量和尤其是作为带有内部照明的电热器具的照明。
21.按权利要求1至15任一项所述的温度传感器作为锅检测传感器或线性传感器的使用。
全文摘要
在一个实施例中，本发明的温度传感器具有一个带与温度有关的电阻的传感元件(14)和一个该传感元件的封闭外壳(10)或石英玻璃管。这种温度传感器优选是一种用于探照灯等的普通卤素灯。这是对辐射加热体(26)精确测量温度的一种便利的方案。
文档编号G01K7/16GK1906470SQ200480040595
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月29日 优先权日2003年11月28日
发明者W·蒂姆, W·维滕哈根 申请人:E.G.O.电气设备制造股份有限公司