热电偶的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在测量位置上检测温度的热电偶，该热电偶具有：第一导体，其具有第一端部和第一连接端，以及第二导体，其具有第二端部和第二连接端，其中，第一导体的第一端部和第二导体的第二端部在测量位置处彼此电接触，并且其中，第一导体的第一连接端和第二导体的第二连接端分别可以与连接线路相连接。在此，第一导体和第二导体以厚层技术施加在衬底上，其中，第一导体的第一端部和第二导体的第二端部在测量位置上至少分区段地交叠。热通道喷嘴具有加热器和根据本发明的热电偶。
【专利说明】热电偶
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于温度检测的热电偶，以及一种根据权利要求12所述的热通道喷嘴。
【背景技术】
[0002]借助技术设备中的热电偶进行温度检测通常提出大的挑战。首先，热电偶应该布置在设备的确定位置处，以便精确地在恰好该位置处检测温度并且能够尽可能时间接近地登记在设备的该区域中的温度变化。另外，热电偶应要求尽可能少的空间，该空间并不存在或者对于其它技术装置是必须的。
[0003]借助热电偶测量温度差通常是已知的。这种热电偶通常具有由不同的金属合金或金属构成的两个电导体，其在测量位置上接触。温度的测量基于热电压的测量。该热电压通过根据塞贝克系数基于测量位置上的温度差将热能转换为电能而形成。热电偶优选地安装在传感器或温度测量感测器中并且如今通常对应于按照DIN IEC584的标准。
[0004]DE102005009927A1 公开了一种所谓的销装热电偶(Mantelthermoelement)。其金属导体位于通常由不锈钢构成的保护壳中，其中，两个导体借助由镁氧化物或铝氧化物构成的填充物而电绝缘。在此不利的是，热电偶相对于弯曲和褶皱非常敏感。后者必要时甚至会引起功能失效。虽然，当这种热电偶被拉成直至0.5_粗的直径的线时其位置需求可以是相对小的。这种铠装热电偶越薄，则机械稳定性却越小，从而机械变形和由此有缺陷的风险上升。铠装热电偶的较大直径反而引起较大的热质量和由此造成更为迟缓和更长的响应时间，从而仅可以有延迟地检测温度变化。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，避免现有技术的这些和其它缺点并且提供热电偶，其在较小的位置需求情况下能够实现精确和始终可靠地检测温度差或温度，并且在廉价的构造中具有高的机械稳定性。此外力求的是一种用于制造这种热电偶的简单和价格低廉的方法，该热电偶应该能够施加到不同的材料上。热电偶此外应覆盖尽可能大的温度范围并且在可用的温度范围中能够在尽可能小的温度变化情况下检测尽可能大的电压差。
[0006]本发明的主要特征在权利要求1的特征部分和在权利要求16中说明。扩展方案是权利要求2至11和12至15的主题。
[0007]—种用于检测测量位置上的温度的热电偶，其具有带有第一端部和第一连接端部的第一导体并且具有带有第二端部和第二连接端部的第二导体，其中，第一导体的第一端部和第二导体的第二端部在测量位置上彼此电接触，并且其中，第一导体的第一连接端部和第二导体的第二连接端部分别可以与连接线路连接，在该热电偶的情况下，本发明设计有，第一导体和第二导体按照厚层技术施加在衬底上，其中，第一导体的第一端部和第二导体的第二端部在测量位置上接触或者至少分区段地交叠。
[0008]这种热电偶基于按照厚层技术施加在衬底上的导体而具有极其小的位置需求，因为导体的层厚仅有少数个微米。热电偶的尺寸因此而合乎比例地由衬底本身预先给出，即，其尺寸通过导体按厚层技术进行的施加仅不显著地改变，从而不存在附加的位置需求。此夕卜，热电偶通过衬底而具有高稳定性，因为施加在衬底上的导体本身在大的负荷下并不会被损伤。
[0009]导体可以按照厚层技术精确和成本低廉地施加在衬底上，这一方面有利地作用于制造成本，并且另一方面保证高的测量精度。根据本发明的热电偶尤其通过其小的质量而具有极短的响应时间，由此温度可以直接就地并且实时地确定。甚至微小的温度波动也可以近乎无延迟地被探测到。热电偶随后以按照厚层技术构建的导体覆盖较大的温度范围，其中，在最小的温度变化情况下在可用的温度范围内产生大的电压差。
[0010]导体按照厚层技术位于衬底上的技术方案还能够实现，形成测量点的精确构造，从而形成如下可能性，即，可以在待精确限定的点上确定温度，其中，可重复的且精确的测量结果被无延迟地提供。此外，根据本发明的热电偶可以在没有高的材料损耗的情况下被简单并且成本低廉地制造。
[0011]根据本发明的热电偶的最小尺寸能够实现节省位置地、精确地和按点地测量在宽的温度范围中的温度。由此，出现了大量使用领域。例如，热电偶可以在室温和500°c之间使用在塑料加工中，尤其在热通道系统中，其方式是，将热电偶直接施加到热通道喷嘴的加热器上或者施加到其材料管上。然而，在直至_200°C和更低以及远高于500°C的深温度范围中的应用对于根据本发明的热电偶同样是可能的。
[0012]本发明的一个实施形式设计有:第一导体形成正的接触部，并且由合金制成，该合金由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至1%的Fe和O至1%的Si构成。上面提及的合金的组成也在商品名Chromel.?或者ISATHERM PLUS?下已知。此外，第二导体形成负接触部，并且例如由合金制成，该合金由40 %至58 %的Cu、40 %至50 %的N1、I %至5 %的Mn和I %至5%的Fe构成。来自这些合金的组成在商品名ISA MINUS'?下已知。
[0013]借助这些合金可以实现恒定且能复制的温度测量，以及输出符合DIN的测量信号。由此，所获得的测量值可以与其它标准化的温度感测器相比较。这就此而言有意义，因为不同地标准化的热电偶由于其不同的接触材料而在可产生的最大热电压中并且由此在其临界温度范围方面相区别。这对于各个热电偶是特征性的并且示出这样的范围，在该范围中热电偶提供稳定的热电压，而接触材料并不由于热而受损并且并不会阻止可重复的热电压。
[0014]优选地，第一导体的第一连接线路和第二导体的第二连接线路由与各自的导体相同的材料制成。这保证了稳定的测量信号。
[0015]本发明的另一实施形式设计有:在导电的衬底与导体之间布置有电绝缘层。其能够实现将热电偶按层地构建在金属衬底上，而并不会干扰热电偶或者电压变化，其方式是，电流可以流过金属衬底。认为特别有利的是，绝缘层是介电层。这样的实施形式可以简单且成本低廉地按照厚层技术来实现。
[0016]另一优点在如下情况下给出，S卩，当在导体和绝缘层上至少分区段地施加有覆层时，由此保护导体不受环境影响，不受诸如划擦或氧化的损伤。合乎目的地，覆层也由电介质构成。
[0017]此外可能的是，通过热电偶的接触部在介电层上的交叠能够实现热感测器的接触部与衬底的导电连接，以便由此实现热电偶的电接地。
[0018]如果将根据本发明的热电偶施加在衬底上，则认为特别有利的是，衬底由导热材料制成，由此，尽可能无延迟地转发所检测的温度变化并且可以快速且精确地确定热电偶的温度变化。在该构型中，衬底是用于热电偶的支承元件。由此，热电偶获得与衬底相同的稳定性。
[0019]本发明的另一有利技术方案设计有:在衬底上按照厚层技术施加或施加有加热器。由此，加热器以与热电偶相同的技术来施加，由此可以使用相同的生产步骤。由此，不仅时间开销而且制造成本降低，同样因为可以使用来自厚层技术的标准化的生产步骤。
[0020]在本发明的另一技术方案中，衬底是热通道喷嘴的至少一部分，其方式是，将热电偶的导体施加在喷嘴上或者施加在其加热器上。由此能够实现，热通道喷嘴直接设有热电偶，由此可以在没有任何测量延迟的情况下探测到热通道喷嘴上的精确限定的点上的温度。热电偶的衬底在这些情况下形成热通道喷嘴本身或者其加热器。通过按照厚层技术施加热电偶的导体，热通道喷嘴或其加热器的尺寸不可觉察地变化，从而热电偶本身并不占据值得重视的空间。此外，按照厚层技术施加的导体能够实现在热通道喷嘴或其加热器上的精确限定的测量点上快速和精确的温度确定。
[0021]相应地，在本发明的一个改进方案中，根据本发明的热电偶的衬底是热通道喷嘴的材料管，其需要熔融的材料以用于热通道喷嘴的输出开口。材料管因此用于在型巢(Formnest)中处理的材料，其中特别有意义的是，将整个材料管中的材料保持在恒定温度上。该温度可以以根据本发明的热电偶来精确且没有大的位置需求的情况下来确定。
[0022]根据本发明的另一技术方案，热电偶的衬底是加热器或者是热通道喷嘴的加热元件。在该构造中，热电偶按照厚层技术直接施加在热通道喷嘴的加热器之下或之上。由此可能的是，在限定的位置上直接检测加热器或其环境的温度，以便例如可以精确确定和调节加热器的加热功率。此外可能的是，确定直接在加热器上的温度，以便由此可以直接且精确地进行调节。在此认为有利的是，热电偶的导体直接构建在热导体或者热导体轨上。后者同样可以按照厚层技术来构建，这有利地作用于加热器的结构高度，其既不通过热导体轨也不通过热电偶的导体显著地变化。以该方式，可以将厚层加热器的优点与按照厚层技术施加的热电偶统一。制造成本可以下降，因为以相同的技术施加热电偶。此外，热通道喷嘴的微型化是可能的，因为厚层加热器和热电偶都具有小的位置需求并且无需附加的组件。还省去否则常见地焊接用于温度确定的附加的金属丝感测器(DrahtfUhlers)，这是因为将热电偶直接施加在热通道喷嘴和/或在其加热器上。
[0023]认为在结构上有利的是，热电偶的导体和电阻轨通过机械缝隙或槽彼此分离。由此实现将热电偶与有源的电阻轨可靠地热分离和电分离。由此能够实现，检测紧邻加热器处的温度，而在此并不测量直接在加热器处、其上或其下的温度，这对于大量应用会是重要的。缝隙或槽的引入可以以简单的手段成本低廉地实现，并且并不影响热电偶的位置需求。
[0024]一种热电偶证明为本发明的特别有利的技术方案，在该热电偶中，第一导体由合金制成，该合金由89.1%的N1、10%的Cr、0.5%的Si和0.4%的Fe构成，并且其中第二导体由合金制成，该合金由51 %的Cu、45 %的N1、2 %的Mn和2 %的Fe构成。用于第一导体的原材料是可以以商品名ISATHERM PLUS?获得的，并且与德国迪伦堡的IsabellenhUtteHeusler两合公司相关，和用于第二导体的、可以以商品名ISA MINUS?获得的原材料一样。合金的化学组成按各个元素的质量份额(质量百分比)来说明。
[0025]此夕卜，合金ISA MINUS? 与 ISA PLUS?、isatherm MINUS? 与
ISATHERM PLUS ?以及ISATHERM MINUS⑩与ISA PLUS?的材料组合是可能的，其同样与德国迪伦堡的IsabellenhUtte Heusler两合公司相关。
[0026]本发明还设有带有加热器的热通道喷嘴，在该加热器上布置或施加有根据本发明的热电偶。恰好在热通道喷嘴情况下重要的是，能够精确地确定待加工的材料的温度，以便能够保证最优地加工该待加工的坯料。在热通道喷嘴的根据本发明的构造中，热电偶可以极其节省空间地安装在精确限定的测量点上，优选在热通道喷嘴的尖端上以用于确定温度。这能够实现精确地监视和调节温度。
[0027]因为根据本发明的热电偶具有非常快的响应时间，所以可能的是，实时确定在热通道喷嘴上的温度变化。由此可以保证材料在热通道喷嘴内的最优加工温度，这极其有利地作用于生产条件。在加热器附近的温度检测也示出了本发明的优选构造方式，因为由此可以精确地通过实际上占优势的温度来调节加热器的功率，其中，温度由根据本发明的热电偶来确定。
[0028]为此，本发明还设有，加热器是具有电阻轨的厚层加热器，其中，热电偶布置在电阻轨上，在电阻轨下或者在与电阻轨相同的平面中。这能够实现热通道喷嘴的大量可以毫无问题地匹配于不同的使用条件的构型。厚层加热器的电阻轨和热电偶的导体可以同时或者按确定的顺序在彼此之后或在彼此之前来施加，这有利地作用于热电偶稍后的行为，尤其当后者是在厚层加热器的电阻轨之前施加在衬底上时。
[0029]设在加热器和热电偶之间的绝缘层阻止由于电压偏移造成的失真的温度检测，该电压偏移可以通过电加热器和加热器的不同加热功率实现。
[0030]设在加热器上方的覆层保护热电偶和热通道喷嘴的加热器不受诸如划擦、腐蚀或氧化的损伤或外部环境影响。此外，覆层起相对于环境热绝缘的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]本发明的其它特征、细节和优点从权利要求的文字表达中以及从下面借助附图对实施例的描述中得出。其中:
[0032]图1示出了根据本发明的热电偶的示意性部分横截面；
[0033]图2示出了通过连接线路与调节设备连接的、根据本发明的热电偶的构造示意图；
[0034]图3示出了根据本发明的热电偶的另一实施形式的示意性部分横截面；
[0035]图4示出了具有根据本发明的热电偶的厚层加热器的示意性部分横截面；
[0036]图5示出了厚层加热器的另一实施形式的示意性部分横截面；以及
[0037]图6示出了具有根据本发明的热电偶的热通道喷嘴的示意性部分横截面。
[0038]相同的附图标记下面涉及相同或同类型的构件。
【具体实施方式】
[0039]在图1中通常标有10的热电偶设计用于在测量位置40上测量温度。其具有作为支承元件的衬底60以及借助厚层技术施加在衬底60上的两个金属导体20、30，其中两个导体20、30在测量位置40上至少分区段地或部分地交叠。
[0040]第一导体20如图2所示具有第一端部21和第一连接端部22，而第二导体30具有第二端部31和第二连接端部32，其中，第一导体20的第一端部21和第二导体30的第二端部31在测量位置40上彼此电接触，其方式为，两个端部21、31交叠。第一导体20的第一连接端部22和第二导体30的第二连接端部32反而分别与连接线路23、33连接，其引向调节设备50，由此，对于温度检测所需的电流回路闭合。
[0041]为了能够以热电偶10检测温度，两个导体20、30必须由不同的金属合金构成。
[0042]第一导体20例如由可以以商品名ISATHERM PLUS?茯得的合金制成，其由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至I %的Fe和O至I %的Si构成。第二导体30由可以以商品名ISA MINU S?获得的合金制成，其由40 %至58 %的Cu、40 %至50 %的N1、I %至5%的Mn和I %至5%的Fe构成。连接线路23、33由与分别所属的导体20或30相同的材料构成。
[0043]如果衬底60的温度改变，则在测量位置40 (在其上两个导体20和30形成交叠)上形成电压，其可以以调节设备50测量，该调节设备通过连接线路23、33与导体20、30电接触。
[0044]根据本发明的热电偶10检测恒定的电压变化，其与测量位置40上的温度变化成比例。由此，可以由在测量位置40中检测到的电压变化推断出温度的相对变化。以调节设备50附加地检测环境温度作为参考值，此外例如借助内部的单独的温度感测器可以计算在测量位置40上的绝对温度变化并且存在直接显示该温度变化的可能性。
[0045]为了使热电偶10仅需最小的位置需求，金属的导体20、30以厚层技术施加在衬底60上。由此，导体20、30具有仅少数个微米的厚度，即，整个热电偶10的实际尺寸基本上由衬底的尺寸预先给出，该衬底对于金属导体形成稳定的支承体，该支承体保护热电偶10不受损伤并且能够实现将热电偶10施加在待测量的对象上。
[0046]金属导体20、30按照厚层技术制造例如借助丝网印刷技术进行。为此，首先由
ISATHERM PLUS?制造用于第一导体20的丝网印刷膏，并且在所限定的区域中将其借助
丝网印刷施加到衬底60上。接下来，由ISA MINUS?制造用于第二导体30的第二丝网
印刷膏，并且同样将其借助丝网印刷在限定的区域中涂抹在衬底60上，其中，第一导体20的第一端部21和第二导体30的第二端部31在测量位置40上至少分区段地交叠。
[0047]为了制造用于导体20、30的丝网印刷膏，优选地首先制造粉末，其中，将相应的合金熔融，并且接下来在输送惰性气体情况下将其雾化。在此，粉末由金属颗粒形成，接下来通过给予溶剂而由该粉末形成相应的丝网印刷膏。
[0048]该用于获得丝网印刷膏的方法能够实现，产生具有均匀的组成和分布的金属颗粒。此外，借助该方法可能的是，实现单个金属颗粒的相对统一的大小分布。此外，所雾化的金属颗粒具有球形构造，由此，可以实现在接下来的丝网印刷中良好的流动特性并且由此实现良好的丝网印刷结果。
[0049]金属粉末的颗粒大小应该尽可能类似并且偏差理想地在25%的范围中。颗粒大小越小，则可以将烧结温度和烧结时间选择得越低。因此，有利的是5微米的颗粒大小。然而可以毫无问题地使用的还有在20到25 μ m之间的颗粒大小。[0050]然而还有其他用于制造丝网印刷膏的方法是可能的，例如合金的通过磨制过程进行的机械粉碎。
[0051]因此，丝网印刷膏由功能性分量、即由用于第一或第二导体20、30的相应的合金以及有机介质的混合物构成。后者具有赋予丝网印刷膏的所希望的流变特性的任务。必须附加地保证功能性分量在丝网印刷膏中的长时间稳定的、均匀的分散。
[0052]溶剂优选地是有机溶剂，其中，其为由酒精和酯构成的混合物，优选是由乙醇和乙酸乙酯构成的混合物。该组合提供的优点是，其为轻微挥发性的。可能的是，将水性乙二醇混合物用作溶剂。萜品醇也可以用作稀释剂。
[0053]溶剂混合物可以在金属膏的丝网印刷之后在随后的干燥步骤中从所压印的丝网印刷膏中移除。该干燥步骤可以在相应的丝网印刷膏的每次丝网印刷之后进行，或者在两个压印步骤之后共同地，但是优选在烧结之前进行，由此可以在执行烧结过程之前将溶剂汽化。干燥过程可以在室温或加速地在负压或提高的温度情况下执行，优选在50°C与250°C之间执行。在空气流下的干燥同样可以执行。
[0054]在丝网印刷膏的一个有利构型中所示出的是，附加地混合进长链聚合物。向稀释剂或溶剂中添加长链聚合物、例如Hercules公司的乙基纤维素ECT-100100保证了金属颗粒在丝网印刷膏内始终良好的分散。
[0055]在将用于第一导体20和第二导体30的各个丝网印刷膏压印在衬底60上之后和在接下来干燥所压印的图案之后，两个导体在随后的过程步骤中在限定的温度中对于预先给定的时段被烧结或烧入。
[0056]有利地，烧结在700°C以上的温度中执行，优选地在750°C和900°C之间的温度中，特别优选在800°C和875°C之间的温度中执行。在此重要的是，烧结温度高至使得金属颗粒至少部分地彼此连接并且有利地烧入在衬底60上。理想地，烧结在保护气体或氢气气氛中执行，因为由上面提及的合金制造的丝网印刷膏包含诸如N1、Cu和Fe的可轻微氧化的金属，其在用于烧结的温度中迅速氧化成相应的氧化物。可以将诸如氩气或氮气的惰性气体用作保护气体。然而所使用的还有氢气或者诸如氮气-氢气混合物或者空气-保护气体混合物的气体混合物。因此，气氛不必由纯的惰性气体或还原性气体构成。其而是也可以包含空气分量。
[0057]用于烧结过程的时间窗为至少150分钟。优选地，在160分钟至200分钟的时段上烧结，特别优选地在170分钟至190分钟的时段上，后者尤其是在应将烧结温度保持为低时。以该方式，能够实现最优地将丝网印刷膏熔融和烧入在衬底上。
[0058]总体上可能的是，将两个导体20、30同时压印和接下来干燥和烧入。替选地也可能的是，首先压印、干燥和烧结第一导体20，并且接下来按相同的方式和方法实施第二导体30。分离的烧结具有的优点是，可以在不同的温度中烧入或烧结两个导体20、30。
[0059]衬底60例如由陶瓷或金属制成。其必须基本上具有所希望的机械特性，以便形成用于热电偶的可以稳定且简单地操作的支承体。此外，其必须不受损伤地经受住对于烧结过程所必须的温度。
[0060]图3示意性地示出了热电偶10的另一实施形式的横截面，该热电偶同样在按层的布置中具有衬底60以及第一导体20和第二导体30。在衬底60和导体20、30之间然而有附加的绝缘层70，其将衬底60和导体20、30彼此电分离。由此可能的是，衬底60由导电材料、例如金属制成。
[0061]衬底60在此也形成用于按厚层技术施加的金属导体20、30的按层布置的支承元件，其中，绝缘层70也按厚层技术施加。绝缘层70因此优选是介电层。
[0062]在制造根据本发明的热电偶10时，首先将绝缘层70按厚层技术施加到金属衬底60上，将该绝缘层干燥和在接下来的烧结过程中烧入。接下来，如上面描述那样压印、干燥和烧入两个金属导体20、30。在此重要的是，用于两个导体20、30的烧结温度位于用于将绝缘层70烧入的烧结温度以下。
[0063]图4示出了具有根据本发明的热电偶10的厚层加热器12的示意性部分横截面。厚层加热器12通常用于加热(未示出的)热通道喷嘴。其具有管形的支承套60’，在其上按厚层技术施加有绝缘层70。在该绝缘层上同样按厚层技术构建有电阻轨13，其按所限定的图案布置，以便将在热通道喷嘴中引导的熔融物在喷嘴的整个长度上保持在尽可能均匀的温度上。
[0064]除了厚层加热器12的电阻轨13外，在绝缘层70上按厚层技术施加有金属导体20、30。后者由此位于与电阻轨13相同的平面中，从而厚层加热器12的结构高度并不通过金属导体20、30的施加而扩大。
[0065]所识别的是，支承套60’与绝缘层70 —起形成支承体和由此形成用于热电偶10的衬底。后者因此而集成到厚层加热器12中，并且不必在单独的制造或装配步骤中作为单独的构建紧固在厚层加热器12上。
[0066]热通道喷嘴通常具有(未示出的)材料管，在其外环周上推开厚层加热器12的支承套60’。替选地然而也可能的是，绝缘层70和厚层加热器12的电阻轨直接施加在材料管上。相同的相应地适用于热电偶10的金属导体20、30。
[0067]丝网印刷膏的制造以及各个层的压印和随后干燥和烧结如上面已经描述那样进行。
[0068]然而在该实施形式中的一个重要选项在于，厚层加热器12的电阻轨13和热电偶10的金属导体20、30可以同时或相继地压印和烧结。
[0069]如果将电阻轨13和金属导体20、30相继地烧结,则存在如下可能性，即，将金属导体20、30在比电阻轨13更高的温度中烧入并且反之亦然。由此，可以将这样的合金用于导体20、30，其需要比厚层加热器12的电阻轨13明显更高的烧入温度。也可能的是，通过用于导体20、30的更高的烧入温度减少其烧入时间。在这些情况的每个中，于是用于热电偶10的金属导体20、30的构建过程不再影响厚层加热器12的、尤其电阻轨13的制造过程。
[0070]如果支承套60’由不导电材料、例如由氧化铝、氧化锆、氮化硅或者其它陶瓷构成，则用于热电偶10的金属导体20、30和用于加热元件12的电阻轨13可以施加到支承套60’上。如果其反而由金属材料构成，则首先施加或烧入绝缘层70。
[0071]图5示意性地示出了根据本发明的、在用于热通道喷嘴的厚层加热器12上的热电偶10的按层构造的另一实施形式。
[0072]在通常由钢合金制成的支承套60’上首先按照厚层技术施加绝缘层70。该绝缘层同样支承按厚层技术构建的电阻轨13，其按照所限定的图案布置，以便将在热通道喷嘴中引导的熔融物在喷嘴的整个长度上保持在尽可能均匀的温度上。在厚层加热器12的电阻轨13上方施加有另一绝缘层70’，其同样是按照厚层技术施加的。在该另一绝缘层70’上方有热电偶10的金属导体20、30，其在测量点40上交叠。
[0073]所识别的是，在该实施形式中热电偶10的衬底由厚层加热器12的电阻轨13形成，即在此热电偶10也集成到厚层加热器12中，这有利地作用于加热器12的位置需求。
[0074]为了制造这种布置，首先按厚层技术将厚层加热器12施加到支承套60’上，并且借助烧结过程步骤烧入。接下来，层结构设有另一绝缘层70’。此后，将两个导体20、30压印并且同样在烧结过程步骤中烧入在厚层加热器12上方的该另一绝缘层70’上。在此要注意的是，用于加热器12的烧结温度必须比用于形成根据本发明的热电偶10的两个导体20、30的烧结温度高。
[0075]支承套60’在此也可以已经是热通道喷嘴的材料管，即，厚层加热器12和热电偶10是热通道喷嘴的主要的组成部分。
[0076]图6示出了具有材料管60”和根据本发明的热电偶10的(未详细示出的)热通道喷嘴的示意性部分横截面。
[0077]热通道喷嘴的材料管60”首先支承绝缘层70、优选介电层，在其上施加有用于热电偶10的金属导体20、30。后者由另一绝缘层70’覆盖和绝缘，以便在其上可以施加厚层加热器12的能够导电的电阻轨13。
[0078]在该实施例中，因此厚层加热器12的电阻轨13布置在热电偶10的金属导体20、30上方。由此可能的是，将合金用于金属导体20、30，这些合金需要比电阻轨13更高的烧入温度。同样可以使用更高的烧入温度，以便减少烧入时间。
[0079]替选地，在此也可以在电阻轨13上方构建金属导体20、30。
[0080]该实施形式的所有层是按厚层技术实施的，从而热通道喷嘴的材料管60”的外部尺寸通过厚层加热器12和热电偶10仅不显著地扩大。
[0081]为了对于外部影响保护和绝缘厚层加热器12和热电偶10，接下来按厚层技术在加热器12上方设置覆层80。这保护层结构不受划擦、腐蚀或其它损害性环境的影响。此夕卜，该随后的覆层80还起向外热绝缘的作用。
[0082]覆层80有利地是玻璃，其中，该玻璃可以是石英玻璃、硼硅酸玻璃、冕牌玻璃、石灰-泡碱玻璃、浮法玻璃、无色玻璃等，其同样可以包含不同的填充剂(Zuschlagstoff),诸如氧化锌、氧化硼或者氧化铝，和/或其它添加物，诸如氧化铁、氧化铜、氧化钴、氧化铬、氧化铀、氧化镍、氧化硒和/或氧化锰(IV)。该覆层80具有的任务是，保护导体不受腐蚀或其它损伤或不利的环境影响。
[0083]覆层80与所有其它层一样是借助丝网印刷压印的。为此，丝网印刷膏由一种材料制成，而覆层同样应由该材料构成，并且借助丝网印刷将该丝网印刷膏至少部分地压印在第一和第二导体上。替选地也可能的是，将覆层压印在铺设的加热器或绝缘层上。
[0084]在可能的干燥步骤之后，将覆层80在施加之前烧结。由此，将覆层80烧入到已经存在的层上，并且可以保护其不受外部影响并且可能起附加的绝缘层的作用。随后，在至少4500C的温度中，优选在500°C至580°C的温度中和特别优选在525°C至560°C的温度中进行烧结。为了保护可能未被覆盖的导体20、30不受氧化，有利地在保护气氛下进行烧结。也可以使用玻璃，其需要显著更高的烧入温度。
[0085]为了将覆层80烧入在衬底、导体、加热器或绝缘层上，随后是最后的并且非常短地保持的烧结过程。覆层80为此在7分钟至12分钟的时段上被烧结，优选对于10分钟的时段，以便阻止对已经施加的和所烧入的层的可能损伤。
[0086]本发明并不限于之前描述的实施形式，而是可以按多种方式变换。于是金属导体
20、30也可以由其它合金组合构成。例如，导体20、30在一个实施形式中由ISA MINUS?和 ISA PLUS?，ISATHERM MINUS? 和 ISATHERM PLUS? 或者 ISATHERM MINUS? 和ISA PLUS?;构成。上面提及的合金的名称是德国迪伦堡的IsabellenhUtte Heusler两合公司的商标名。
[0087]在上面列出的合金中，可以可选地还用锗替代硅，或者用铼替代锰，因为其具有相当的化学特性。
[0088]通过金属导体20、30与金属的导电衬底的有针对性的接触而可能的是，将热电偶10电接地。接触部可以通过在绝缘层70内存在穿通部实现，或者通过金属导体20、30突出于介电层而到衬底60上来实现。
[0089]作为厚层技术的方法可以如上面示出那样使用丝网印刷、热喷射、移印、激光烧结或者气溶胶喷印。
[0090]然而所识别的是，本发明涉及一种用于在测量位置40上检测温度的热电偶10，其具有带有第一端部21和第一连接端22的第一导体20以及带有第二端部31和第二连接端32的第二导体30，其中，第一导体20的第一端部21和第二导体30的第二端部31在测量位置40上彼此电接触，并且其中第一导体20的第一连接端22与第二导体30的第二连接端32分别能够与连接线路23、33连接，其中，第一导体20和第二导体30按照厚层技术施加在衬底60上，其中，第一导体20的第一端部21和第二导体30的第二端部31在测量位置40上至少分区段地交叠。`
[0091]本发明的主要优点如下:
[0092].几乎没有构建在测量对象上的几何结构(仅少数个微米)；
[0093].然而在机械上如衬底一样稳定，其压印在该衬底上；
[0094].小的热质量，由此极快的响应时间；
[0095].在集成到厚层加热器中时没有附加的组件；
[0096].符合DIN或者类似的测量信号(偏差小于+/-5% )；
[0097]?小的、清楚限定的测量点(尤其在具有不均匀的功率分布或温度分布的加热器情况下是有利的)。
[0098]所有从权利要求、说明书和附图中得出的特征和优点，以及结构细节、空间布置和方法步骤可以就其本身而言或者按照不同的组合是对于本发明主要的。
[0099]附图标记列表
[0100]10热电偶31第二端部
[0101]11加热器32第二连接位置
[0102]12厚层加热器33第二连接线路
[0103]13电阻轨34第二接触位置
[0104]14缝隙35带有另一测量位置的第二导体
[0105]15槽40测量位置
[0106]20第一导体50调节设备
[0107]21第一端部60衬底[0108]22第一连接位置60’支承套
[0109]23第一连接线路70绝缘层
[0110]24第一接触位置70’其它绝缘层
[0111]25具有另一测量位置的第一导体80覆层
[0112]30第二导体
【权利要求】
1.一种用于在测量位置(40)上检测温度的热电偶(10)，具有:第一导体(20)，该第一导体具有第一端部(21)和第一连接端(22)，和第二导体(30)，该第二导体具有第二端部(31)和第二连接端(32)，其中，第一导体(20)的第一端部(21)和第二导体(30)的第二端部(31)在测量位置(40)上彼此电接触，并且其中，第一导体(20)的第一连接端(22)和第二导体(30)的第二连接端(32)能够分别与连接线路(23，33)连接，其特征在于，第一导体(20)和第二导体(30)以厚层技术施加在衬底(60)上，其中，第一导体(20)的第一端部(21)和第二导体(30)的第二端部(31)在测量位置(40)上至少分区段地交叠。
2.根据权利要求1所述的热电偶(10)，其特征在于，第一导体(20)形成正接触部，并且由合金制成，该合金由80%至95%的N1、3%至20%的Cr、0至1%的Fe和O至1%的Si构成，第二导体(30)形成负接触部，并且由合金制成,该合金由40%至58%的Cu、40%至50%的N1、l%至5%的Mn和1%至5%的Fe构成。
3.根据权利要求2述的热电偶(10)，其特征在于，在衬底(60)与导体(20、30)之间布置有电绝缘层(70)。
4.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶(10)，其特征在于，在导体(20，30)和绝缘层(70)上至少分区段地施加有覆层(80)。
5.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶(10)，其特征在于，衬底(60)由能够导热的材料制成。
6.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶(10)，其特征在于，衬底(60)是支承元件或形成支承元件。`
7.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶(10)，其特征在于，在衬底(60)上按厚层技术施加有加热器(11)。
8.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶，其特征在于，衬底(60)是热通道喷嘴(90)的一部分。
9.根据权利要求8上述的热电偶(10)，其特征在于，衬底(60)是热通道喷嘴(90)的加热器(11)。
10.根据权利要求9上述的热电偶(10)，其特征在于，加热器(11)是具有电阻轨(13)的厚层加热器(12)。
11.根据上述权利要求中任一项上述的热电偶(10)，其特征在于，热电偶(10)的导体(20,30)和电阻轨(13)通过机械的缝隙(14)或槽(15)彼此分离。
12.一种热通道喷嘴(90)，其具有加热器(11)和根据权利要求1至11中任一项上述的热电偶(10)。
13.根据权利要求12上述的热通道喷嘴，其特征在于，加热器(11)是带有电阻轨(13)的厚层加热器(12)，其中，加热电偶(10)布置在电阻轨(13)上，在电阻轨(13)下或者在与电阻轨(13)相同的平面中。
14.根据权利要求13所述的热通道喷嘴，其特征在于，在加热器(11)的电阻轨(13)和热电偶(10)之间设有绝缘层(70)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的热通道喷嘴，其特征在于，在加热器(11)上设有覆层(80)。
【文档编号】G01K7/02GK103890555SQ201280052309
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】西格丽德·佐默, 赫伯特·君特, 弗雷德里克·齐默尔曼, 斯特凡·佐默 申请人:君特注塑系统有限公司