专利名称：温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及温度传感器，特别是包括但不局限于用于检测废 气温度的温度传感器。
背景技术：
薄膜电阻温度检测器是一种用于在很多用途中(包括但不局限于 发动机的排出物或排放)检测温度的温度传感器。例如，这种检测器 可以用于检测内燃机的废气温度。废气温度传感器可以是发动机管理 系统的一部分。各种工作参数例如燃料供给等可以部分基于测量的废 气温度来调节。
铂金属膜电阻温度检测器是一种特别用于检测排出物温度的温度 传感器。用于该温度检测器中的铂金属电阻元件对于环境条件很敏感。 例如，当周围空气中的氧低于界限浓度时，还原气氛可以使得电阻元 件的铂薄膜从它的基质移动。铂由于它的分解或迁移而从电阻温度检 测器中明显损失可能对温度检测器的性能和寿命产生不利影响。
封闭或密封的温度传感器的内部表面可能与捕获在封闭环境中的 氧反应，从而降低氧浓度，并使得铂电阻元件容易受到所形成的还原 环境的损害。可以包含在封闭温度传感器中的空气容积可能受到限制， 因为太大的内部容积可能使得电阻温度检测器元件与传感器的外部绝 缘，从而大大增加了热响应时间，并降低了传感器的性能。由于封装 的内部容积的限制，因此，即使当封装的内部表面已经在传感器最终 装配之前预先氧化，内部表面的继续氧化和/或污染物仍然可以降低氧浓度，从而使铂电阻元件容易受损。
不提供封闭环境的开放温度探针向外部大气敞开，以便能够与温 度检测器的铂薄膜进行氧交换，从而防止金属薄膜在还原气氛中损失 或迁移。尽管开放设计可以允许与外部大气连通，但是外部大气可能 并不必然能够提供足够的氧浓度以防止薄膜电阻元件的损失或损害， 另外，开放设计可能允许污染物例如烟灰、灰尘、燃烧副产品等进入。 这样的污染物可能与温度检测器的基质、铂薄膜、热响应时间等产生 反应、侵蚀、抑制或其它的不利影响。
下面通过结合附图对实施例的说明来介绍本发明的特征和优点，
附图中
图l是包括本发明的温度传感器的车辆的示意图； 图2是本发明的温度传感器实施例的侧剖图；以及 图3是图2所示的温度传感器的正剖图。
具体实施例方式
本发明总体涉及温度传感器。根据特殊实施例，介绍了一种温度 传感器，它可以合适地用于检测废气温度(例如内燃机的废气温度)、 涡轮机(喷气推进)、燃料电池或需要测量温度的其它用途。不过，本 发明的温度传感器可以用于与车辆相关和不相关的各种其它用途。
参考图1，图中示意性地表示了车辆10的实施例。车辆10可以 包括内燃机12，该内燃机12具有排气系统14，该排气系统14可以运 送来自发动机12的废气流。温度传感器16可以与排气系统14连接， 用于测量由排气系统14运送的废气的温度。温度传感器16可以提供 响应或指示废气温度的输出。车辆控制系统18 (例如发动机控制模块 等)可以接收来自温度传感器16的输出。发动机控制系统18可以根 据温度传感器16的输出而改变一个或多个工作参数，例如燃料供给、 燃料/空气比等。
参考图2和3，图中以侧剖图和正剖图表示了本发明的温度传感 器16实施例的一部分。温度传感器16通常可以包括纵向本体20，该纵向本体20具有布置在该本体20的一端处的壳体22。温度检测元件 24可以至少部分布置在该壳体22内。用于温度传感器16的电连接件 26、 28可以从温度检测元件24穿过本体20延伸。尽管未示出，温度 传感器还可以包括各种安装特征，例如凸缘和安装螺母、压缩箍圏等， 这些安装特征能够将温度传感器安装成至少部分伸入排气系统中，同 时保持排气系统的通常密封状态。类似地，温度传感器可以包括与用 于温度传感器的电连接件电连接的电连接器或触点。合适的连接器可 以包括整体特征和软导线连接器等。
温度检测元件24可以是电阻温度检测元件，其中，通过元件的电 阻可以随温度而变化。在特殊实施例中，温度检测元件24可以为薄膜 电阻温度检测器，它包括至少一个金属薄膜25，例如铂薄膜、布置在 基质27上的薄膜。各种温度检测元件也可以用于本发明，例如热电偶 等。
如图所示，壳体22可以限定内部容积21。温度检测元件24可以 至少部分布置在由壳体22限定的该内部容积内。因此，温度检测元件 24可以至少部分由壳体22封装。壳体22可以在它的开口端30处与 温度传感器16的本体20连接。在一个实施例中，壳体22可以与本体 20连接成提供大致气密密封，从而将温度检测元件24布置在大致封 闭的环境中。大致封闭环境可以减少或消除温度检测元件24在外部环 境的污染物等中的暴露。
由壳体22提供的封闭还原气氛可以防止或减少温度检测元件24 在污染物中的暴露。因此，由壳体22提供的大致封闭环境可以至少部 分保持或控制恰好在温度检测元件24周围的环境。在本文的铂金属薄 膜电阻温度检测器或类似敏感元件中，由壳体22提供的内部容积可以 允许在温度传感器16的内部还原气氛中存在足够量的氧，以便减少温 度检测元件24的退化或降低退化速度。
微粒介质32可以布置在壳体22中，并可以至少部分围绕温度检 测元件24。微粒介质32可以以薄片、颗粒、粉末等形式提供，而没 有限制。多种不同的材料可以合适地用作本发明的微粒介质32。在一个实施例中，微粒介质32可以是不受温度传感器16的合适工作温度 的不利影响的材料。微粒介质也可以不对温度检测元件24的寿命或性 能产生不利影响。根据示例实施例，微粒介质32可以是氧化镁、氧化 铝、氧化钙、氧化钛、氧化锰、或者氧化硼，或者它们的组合，或者 形态上具有明显间隙以便能够在它们的间隔之间捕获可渗透气体的任 意材料或材料组合。在另一实施例中，微粒介质可以包括其它材料， 例如陶瓷、金属材料等。
至少部分围绕温度检测元件24的微粒介质32可以在壳体22内至 少部分支承温度检测元件24。至少部分围绕温度检测元件24的微粒 介质32可以限制温度检测元件24的运动。温度检测元件24由孩吏粒介 质32支承可以限制例如由于振动、沖击等而置于温度检测元件24上 的机械负载和物理应力。因此，温度检测元件24可以在一定程度上受 到微粒介质32的物理保护。
根据一个方面，微粒介质32可以具有比空气或气体介质更大的热 导率。微粒介质32至少在一定程度上可以克服在壳体22和温度检测 元件24之间分离的任何绝缘效果。微粒介质32可以提供在壳体22 和温度检测元件24之间的热通路，因此可以提高温度传感器16的热 响应。对于一个微粒介质32实例，氧化镁或其它选定组分的热导率可 以大致与碳钢相同等级。选定介质可以对于围绕它的环境反应较低， 或者可以以可预见和可定量的方式来反应。热导率的特殊或比较值或 范围并不构成为限制，因为具有较宽范围热导率的各种材料都可以合 适使用。也可以考虑所述颗粒的多种颗粒尺寸和种类。
除了在壳体22和温度检测元件24之间提供热通路，微粒形式的 介质32还可以提供空隙容积，即在离散颗粒之间的容积。微粒介质 32的空隙容积可以允许一定容积的氧夹带在微粒介质32中。夹带于 微粒介质32的空隙容积中的一定容积的氧可以是纯氧气，或者可以提 供为与其它组分的混合物。例如，包括一定容积比例的氧的空气可以
夹带在微粒介质32的空隙容积中。夹带在微粒介质32中的氧可以允 许一定量的氧损失，例如用于壳体的氧化等，同时还在壳体22的内部容积中保持足够量的氧，以便防止或延迟温度检测元件(或者受到前 述还原气氛或条件的不利影响的任意元件)在还原气氛中的退化。当 在壳体中的氧低于界限浓度时出现这里所使用的还原气氛，从而导致 检测元件结构的一部分(例如金属薄膜)从相关基质上迁移。
微粒介质32可以由与氧的反应性相对较低的材料来制造。与氧的 较低反应性将不会消耗包含在壳体22中的氧，从而留下氧，以便防止 或减少温度检测元件24的退化。与上述微粒介质一致，氧化镁或其它 选定组分可以合适地具有与氧的较低反应性，即使在升高的温度下。 各种其它材料(包括陶瓷材料和耐火材料等)也可以具有与氧的相对 较低反应性。
与微粒介质32的任意前述方面一致，微粒介质32的尺寸和尺寸 分布(即颗粒尺寸范围)可以改变，以便获得合适的特性。例如，更 大颗粒尺寸和相对较窄的颗粒尺寸分布可以增加微粒介质32的空隙 容积，这可以因此增加能够夹带在微粒介质32中的氧的量。不过，更 大颗粒尺寸和相对较窄的颗粒尺寸分布可能减少在壳体22的内部和 微粒介质32之间、在微粒介质32和温度检测元件24之间以及甚至在 介质32的相邻颗粒之间的接触表面面积。相对更低的接触表面面积可 能降低微粒介质32作为在壳体22和温度检测元件24之间的热通路的 效果。
在一个实施例中，微粒介质32可以包括混合颗粒尺寸，以便控制 温度传感器16的氧含量和热响应。较小的颗粒可以至少部分处在较大 颗粒的空隙中，从而增加热通路的效果，同时仍然提供用于夹带氧的 开放空隙容积。在实施例中使用的微粒颗粒尺寸可以取决于传感器、 壳体和检测元件24的尺寸和结构。在一个实施例中，较小颗粒可以为 较大颗粒的网眼尺寸的大约71%或更小。在另一实施例中，较小颗粒 可以为较大颗粒的网眼尺寸的大约50%或更小。例如，可以使用包括 +100网眼和+200网眼颗粒(例如氧化镁颗粒)的混合颗粒尺寸。在 另一实例中，可以使用包括+100网眼、+140网眼、+200网眼和-200 网眼的混合颗粒尺寸。本发明的温度传感器16可以制造成提高各种特性，例如能够保持 氧浓度高于界限浓度，以便防止或减少退化的能力。例如，壳体22 的内部表面可以钝化，以便降低壳体22的反应性。壳体22的降低的 反应性可以减少由于壳体22氧化而引起的氧损失。
在一个这样的实施例中，壳体22的内表面可以预氧化。预氧化可 以通过任意已知方法来实现，例如包括暴露于氧中、用化学氧化剂来 处理等。 一旦壳体和其内的传感器元件相对外部大气封闭，预氧化可 以防止水汽污染和进一步氧化。
在另一方面，温度传感器16的壳体22可以振动充装，以便使微 粒介质32能够下沉。例如，对于至少部分插入壳体22中的温度检测 元件24，当微粒介质32引入壳体22中时，该壳体22可以振动。在 另一实施例中，壳体22可以至少部分充装有微粒介质32。当温度检 测元件24至少部分插入壳体22中时，具有微粒介质32的壳体22可 以振动。壳体22和微粒介质32的振动可以使微粒介质32至少部分流 化，从而有利于温度检测元件24的插入和使得微粒介质32沉积在温 度检测元件24周围。使用振动充装技术可以允许微粒介质32合适沉 积，并可以提高对温度检测元件24的物理保护以及由微粒介质32提 供的热导率。当然，其它操作也可以用于在壳体中提供至少部分围绕 温度检测元件布置的微粒介质。
根据 一 个方面，本发明的温度传感器可以提供夹带在微粒介质(例 如氧化镁或其它选定组分)中的氧，该微粒介质可以在封闭壳体中围 绕温度检测元件。壳体的封闭环境可以保护温度检测元件，并使得温 度检测元件保持在壳体的内部容积提供的环境中。另外，由壳体提供 的封闭环境可以防止污染物渗透。夹带于微粒介质的空隙容积中的氧 可以提供足够量的氧，以便减少温度检测元件例如由于还原环境而引 起的退化。微粒介质还可以提供在壳体和温度检测元件之间的热通路， 这可以提供令人满意的温度传感器热响应。微粒介质可以为大致无反 应性的性质，且壳体的内部表面和(在一些实施例中)微粒介质自身 可以预氧化，以便减少在壳体的封闭环境中由于介质或壳体的继续氧
10化而引起的氧损耗。
根据另一方面，提供了一种温度传感器，它包括壳体；温度检 测元件，该温度检测元件布置在壳体中；以及微粒介质，该微粒介质 布置在壳体中，并至少部分围绕温度检测元件。微粒介质包括第一颗 粒和第二颗粒的混合物，该第二颗粒的尺寸小于第一颗粒，因此，在 第一颗粒和第二颗粒之间形成空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避 免在壳体中的还原气氛。
根据另一方面，提供了一种温度传感器，它包括壳体；温度检 测元件，该温度检测元件布置在壳体中，该温度检测元件包括电阻温 度检测器，该电阻温度检测器包括布置在至少一个基质上的金属薄膜； 微粒介质，该微粒介质布置在壳体中，并至少部分围绕温度检测元件； 以及本体部分，壳体与本体部分连接，以便在其内密封温度检测元件 和微粒介质。微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，该第二颗 粒的尺寸是第一颗粒尺寸的大约71%或更小。微粒介质形成在第一颗 粒和笫二颗粒之间的空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避免在壳体 中的还原气氛。
根据又一方面，提供了一种温度传感器，它包括壳体；温度检 测元件，该温度检测元件布置在壳体中，该温度检测元件包括电阻温 度检测器，该电阻温度检测器包括布置在至少一个基质上的金属薄膜； 以及微粒介质，该微粒介质布置在壳体中，并至少部分围绕温度检测 元件。微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，该第二颗粒的尺 寸是第一颗粒尺寸的大约71%或更小。微粒介质形成在第一颗粒和第 二颗粒之间的空隙容积，用于夹带氧。
根据又一方面，提供了一种减少温度传感器的退化的方法，它包 括预氧化壳体的内部表面；将温度检测元件布置在壳体中；在壳体 中提供微粒介质，并使微粒介质至少部分围绕温度检测元件，该微粒 介质提供空隙容积；以及在该空隙容积中夹带氧。
根据又一方面，提供了一种系统，它包括发动机；排气系统， 该排气系统设置成运送来自发动机的废气；温度传感器，该温度传感器与排气系统连接，用于检测废气温度；以及车辆控制系统，该车辆 控制系统设置成响应温度传感器的输出而控制发动机的至少一个工作 参数。温度传感器包括壳体；温度检测元件，该温度检测元件布置 在壳体中；以及微粒介质，该微粒介质布置在壳体中，并至少部分围 绕温度检测元件。微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，该第 二颗粒的尺寸小于第一颗粒，因此，在第一颗粒和第二颗粒之间形成 空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避免在壳体中的还原气氛。
这里所述的其它实施例中。这里也考虑了这些所述特征和方面的组合 和/或用于其它实施例。另外，在基本不脱离所述主题的精神的情况下， 这里所述的实施例可以进行各种变化和改变。因此，本发明并不局限 于这里所述的特殊实施例。
权利要求
1. 一种温度传感器，包括壳体；温度检测元件，该温度检测元件布置在所述壳体中；以及微粒介质，该微粒介质布置在所述壳体中，并至少部分围绕所述温度检测元件，所述微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，所述第二颗粒的尺寸小于第一颗粒，由此在所述微粒介质中形成空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避免在所述壳体中的还原气氛。
2. 根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述温度检测元件 包括电阻温度检测器，该电阻温度检测器包括布置在至少一个基质上 的金属薄膜。
3. 根据权利要求l所述的温度传感器，其中所述第一和第二颗 粒中的至少一个包括从以下组中选择的材料，该组包括氧化镁、氧 化铝、氧化钩、氧化钛、氧化锰、氧化硼。
4. 根据权利要求l所述的温度传感器，其中所述第一和第二颗 粒中的至少一个包括陶瓷材料。
5. 根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述第二颗粒的尺 寸为所述第一颗粒的尺寸的大约71%。
6. 根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述第二颗粒的尺 寸为所述第一颗粒的尺寸的大约50%或更小。
7. 根据权利要求l所述的温度传感器，所述温度传感器还包括本 体部分，所述壳体与所述本体部分连接，以在其内密封所述温度检测 元件和所述微粒介质。
8. —种温度传感器，包括 壳体；温度检测元件，该温度检测元件布置在所述壳体中，所述温度检 测元件包括电阻温度检测器，该电阻温度检测器包括布置在至少一个 基质上的金属薄膜；微粒介质，该微粒介质布置在所述壳体中，并至少部分围绕所述 温度检测元件，所述微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，所述第二颗粒的尺寸是所述第一颗粒的尺寸的大约71%或更小，由此在 所述微粒介质中形成空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避免在所述 壳体中的还原气氛；以及本体部分，所述壳体与所述本体部分连接，以在其内密封所述温 度检测元件和所述微粒介质。
9. 根据权利要求8所述的温度传感器，其中所述第一和第二颗 粒中的至少一个包括从以下组中选择的材料，该组包括氧化镁、氧 化铝、氧化钾、氧化钛、氧化锰、氧化硼。
10. 根据权利要求8所述的温度传感器，其中所述第二颗粒的 尺寸为所述第一颗粒的尺寸的大约50%或更小。
11. 一种温度传感器，包括 壳体；温度检测元件，该温度检测元件布置在所述壳体中，所述温度检 测元件包括电阻温度检测器，该电阻温度检测器包括布置在至少一个 基质上的金属薄膜；以及微粒介质，该微粒介质布置在所述壳体中，并至少部分围绕所述 温度检测元件，所述微粒介质包括第一颗粒和第二颗粒的混合物，所 述第二颗粒的尺寸是所述第一颗粒的尺寸的大约71%或更小，由此在 所述微粒介质中形成空隙容积，用于夹带氧。
12. —种减少温度传感器的退化的方法，包括 预氧化壳体的内部表面； 将所述温度检测元件布置在壳体中；在所述壳体中提供微粒介质，并使所述微粒介质至少部分围绕所 述温度检测元件，所述微粒介质提供空隙容积；以及 在所述空隙容积中夹带氧。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述微粒介质包括第一 颗粒和第二颗粒的混合物，所述第二颗粒的尺寸小于第一颗粒，且所述空隙容积足以夹带足够量的氧，以避免在所述壳体中的还原气氛。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述第二颗粒的尺寸为 所述第一颗粒的尺寸的大约71%。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述第二颗粒的尺寸为 所述第一颗粒的尺寸的大约50%或更小。
16. 根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括密封所述壳体 以提供围绕所述温度检测元件和所述微粒介质的封闭环境。
17. 根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括振动所述壳体 和所述温度检测元件中的至少一个以获得所述微粒介质的填塞密度。
18. —种系统，包括 发动机；排气系统，该排气系统设置成运送来自所述发动机的废气； 温度传感器，该温度传感器与所述排气系统连接，用于检测所述 废气的温度，所述温度传感器包括 壳体；温度检测元件，该温度检测元件布置在所述壳体中；以及 微粒介质，该微粒介质布置在所述壳体中，并至少部分围绕 所述温度检测元件，所述微粒介质包括第 一颗粒和第二颗粒的混合物， 所述第二颗粒的尺寸小于所述第一颗粒，由此在所述微粒介质中形成 空隙容积，用于夹带足够量的氧，以避免在所述壳体中的还原气氛； 以及车辆控制系统，该车辆控制系统设置成响应所述温度传感器的输 出来控制发动机的至少一个工作参数。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述第二颗粒的尺寸为 所述第一颗粒的尺寸的大约71%。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中所述第二颗粒的尺寸为 所述第一颗粒的尺寸的大约50%或更小。
全文摘要
一种温度传感器，包括壳体和温度检测元件，该温度检测元件至少部分布置在壳体中。可以包括不同尺寸颗粒的混合物的微粒介质布置在壳体中，并至少部分围绕温度检测元件。微粒介质可以夹带氧，以避免在所述壳体中的还原气氛。
文档编号G01K15/00GK101449137SQ200780018270
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者J·T·诺里斯, R·J·斯帕克斯, R·N·兰迪斯 申请人:斯通瑞智公司