温度传感器单元和用于制造温度传感器单元的方法

摘要

一种制造温度传感器单元的方法包括以下步骤：在外壳内设置导体使得在第一区域在外壳和导体之间限定空间；在所述空间内提供液态形式的第二绝缘材料；在所述空间内定位所述传感器使得导体比传感器更靠近外壳的中心设置；和将所述组导体钎焊和/或焊接至所述组接线端子。一种温度传感器，多组导体和一个或多个温度传感器布置在外壳内部并且相对于彼此布置使得导体比温度传感器更靠近外壳的中心设置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度传感器单元，其具有设置在外壳内的温度传感器 和设置在外壳和温度传感器之间的空间内的绝缘材料。此外，本发明涉及 一种制造温度传感器单元的方法。

背景技术

已经知道，温度传感器用于监测具备高温环境的设备的运行。作为示 例，这可以是例如汽车的引擎，其中希望引擎不过热。

由US4,087,775可以知道这种高温传感器的一个示例，US4,087,775 公开一种温度传感探头，温度传感探头包括设置在外壳内的电阻式温度装 置(RTD)。RTD设置在外壳内并且电连接至一对接线端子。RTD与适当 的接合剂层一起被容纳在孔内。使用研磨成粉的耐火材料的坚固地压紧的 块，接线端子与外壳绝缘并且彼此绝缘。

在GB1,448,709中可以看到其他背景技术。

当温度传感器布置在引擎中时，温度传感器被放置在恶劣的环境中， 其中温度传感器遭受强的且连续的震动。在这样的环境中，温度传感器的 接线端子至电导体的钎焊/焊接容易断开。这引起温度传感器断开或停止工 作，以致于必须被更换。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种温度传感器单元，其在温度传感器单 元的导体和传感器的接线端子之间具有较强的钎焊或焊接。

本发明实施例的目的是提供一种温度传感器单元，其相对于已知的温 度传感器具有改善的操作时间。

本发明实施例的目的是提供一种温度传感器单元，其具有用于改善将 温度传感器本身保持在温度传感器单元内部的装置。

本发明实施例的目的是提供一种用于在温度传感器单元的外壳内部 的封闭环境内钎焊和/或焊接的方法。

本发明实施例的目的是提供一种在温度传感器不被激光束产生的热 损伤的情况下激光钎焊和/或焊接导体和接线端子的方法。

在第一方面，本发明涉及一种制造温度传感器单元的方法，温度传感 器单元包括：

外壳；

一个或多个温度传感器，每一个温度传感器包括一组传感器接 线端子；

至少一组导体，所述至少一组导体被钎焊或焊接至所述组传感 器接线端子；和

第二绝缘材料；

其中导体和温度传感器相对于彼此布置成使得导体比传感器 更靠近外壳的中心设置；

所述方法包括如下步骤：

在外壳内设置或提供导体使得在第一区域在外壳和导体之间限定空 间；

在所述空间内提供或设置液态形式的第二绝缘材料；

将传感器定位在所述空间中，使得导体比传感器更靠近外壳的中心设 置；和

将所述至少一组导体钎焊和/或焊接至所述组接线端子。

使用具有液态和固态的绝缘材料的一个优点在于，当绝缘材料为液态 时温度传感器可以插入绝缘体中并且保持在绝缘体中，直到绝缘体达到其 固态。与颗粒状绝缘体相比，在温度传感器单元操作期间固态绝缘体将不 会引起传感器被移位，因为与多个可位移的颗粒状元件相比固态绝缘体形 成一个大的固体元件。应该认识到，为了绝缘体可用，绝缘体必须能够在 不损坏温度传感器的温度范围内处于液态形式。而且，在至少覆盖温度传 感器单元将要被使用的环境中的操作温度的温度范围绝缘体必须能够处 于固态形式。在本发明的第一方面使用的不同类型的绝缘体在本发明的第 二方面描述。

通常，要注意的是，根据该第一方面的本发明可以包括本发明的第二 方面(本发明的第二方面涉及温度传感器单元本身)的特征和/或元件的任 何组合，并且反之亦然。

本发明的还一优点在于，处于其液态的绝缘体粘性越小，在外壳、绝 缘体以及温度传感器之间的配合或装配越好，因为任何气泡可以更容易地 逃逸。应该认识到，甚至还由于改进了配合或装配，这减小了温度传感器 的损坏的风险。

定位传感器的步骤可以在设置或提供第二绝缘材料的步骤之前，使得 在传感器已经设置在前述的空间中时将第二绝缘材料灌入外壳。

作为选择，设置或提供第二绝缘材料的步骤可以在定位传感器的步骤 之前。在一个实施例中，定位传感器的步骤包括在第二绝缘材料为液态形 式时将传感器定位在第二绝缘材料中的步骤。

在一个实施例中，设置或提供导体的步骤包括以下步骤：提供外壳， 在外壳中已经使用第一绝缘材料相对于外壳保持所述组导体。这种包括导 体和第一绝缘材料的外壳可以设置为长的预制管的形式，该预制管包括使 用第一绝缘材料保持在管中的导体。因此，该步骤可以包括将预制管截断 为期望长度的部件的进一步的步骤。可以使用任何常规切割技术(例如冲 压或锯断或激光切割)执行该步骤。

当使用这种预制管的时候，外壳中的导体全部被预制管的绝缘材料围 绕。必须去除这种材料以便允许将温度传感器插入外壳。

因此，设置导体的步骤可以还包括以下步骤：去除第一绝缘材料在外 壳的远端的部分。通过喷砂处理掉期望量的材料或通过激光蒸发掉材料或 使用切割工具或使用任何其他去除材料的方法可以去除绝缘材料。

随后，所述方法可以包括步骤：缩短导体在第一绝缘材料被去除的区 域内的长度，即导体的最远端部分的长度。该步骤确保有空间用于将温度 传感器的接线端子钎焊和/或焊接至导体。在一个实施例中，导体被缩短使 得导体的远端被设置在外壳的远端边缘之下1-2mm，例如3-4mm、例如 5-6mm、例如7-8mm。

在远端面向向上的方向的同时，可以执行在外壳和导体之间的空间内 提供液态形式的第二绝缘材料的步骤，使得第二绝缘材料可以灌入外壳并 在第一绝缘材料的远端/上端表面上形成层。应该认识到，为了留出空间或 场所，以便将导体钎焊和/或焊接至温度传感器的接线端子，已经去除第一 绝缘材料的空间应该仅被部分地填充第二绝缘材料。然而，因为第二绝缘 材料也用于保持导体的用途，因此外壳应该填充第二绝缘材料使得远端的 仅短的部分没有被该材料覆盖。所述短的部分可以是1-2mm、例如3-4mm。 因此，当第二绝缘材料固化时，在钎焊/焊接处理期间导体保持固定。

在这个阶段，温度传感器可以插入到液化的第二绝缘材料中且在使导 体比温度传感器更靠近外壳中心的位置。在外壳形成圆柱形或柱形的元件 的实施例中，该中心是圆柱或柱的中心轴线。外壳沿相对于外壳纵向成横 向的方向的横截面形状可以采用例如圆形、椭圆形形状、多边形形状(例 如具有三个边、例如四个边、例如五个边、例如六个边)的任何形式。

在某些实施例中，定位传感器的步骤包括：将传感器定位在使传感器 比导体更靠近外壳的位置。应该认识到，因为在钎焊/焊接步骤(下面进一 步详细描述)期间导体可以传导热量，因此期望温度传感器与导体间隔开， 使得保护传感器以防御热量。在一个实施例中，从温度传感器至外壳的距 离构成从最靠近的导体至外壳的距离的三分之一，例如四分之一、例如五 分之一。

所述方法可以包括固化第二绝缘材料的步骤，以便将第二绝缘材料从 液态转变为固态。在一个实施例中，这可以通过应用热量和/或紫外辐射来 完成。

当第二绝缘材料固化时，使用第二绝缘材料相对于外壳和导体保持温 度传感器。在这个阶段，温度传感器的接线端子可以钎焊/焊接至导体。

在一个实施例中，钎焊的步骤包括以下步骤：使用激光束进行钎焊。 应该认识到，在狭窄的外壳内激光束是尤其有利的，因为该束可以从外部 发射并进入外壳的内部。因此，不需要如使用传统工具那样将元件插入到 外壳内。当使用激光束时，在导体和接线端子的远端的区域内设置焊料(例 如，包括铅-银或镉-银的焊膏)，随后引导激光束进入外壳，使得至少部分 激光束击中所述远端和焊料材料。在这个阶段，温度传感器被第二绝缘材 料覆盖，并因此被保护而不被激光束损伤。这是重要的，因为激光会将表 面升高至900摄氏度以上的温度。而且，第二绝缘材料相对于从(被激光 束加热的)导体的远端传导的热量用作热绝缘体。为了最小化处理时间， 激光束可以选择和/或布置为使得其可以同时发射激光至所有被钎焊/焊接 的区域，而不是一次一个地引导至这些区域中的每一个。

作为选择，使用电烙铁与导体和接线端子的远端和焊料接触可以进行 钎焊。

为了保护钎焊/焊接的焊缝或材料，第三绝缘材料可以设置在第二绝 缘材料的顶部上。因此，所述方法可以包括以下步骤：在钎焊/焊接区域内 提供第三绝缘材料以覆盖钎焊/焊接的焊缝或材料；和在外壳的远端设置盖 以覆盖第三绝缘材料。

提供第三绝缘材料的一个优点在于，钎焊/焊接的焊缝或材料被牢固 地固定并因此不被诸如来自引擎的震动断开。另一优点在于，第三绝缘层 在将盖钎焊或焊接至外壳期间保护钎焊/焊接的焊缝或材料和导体/接线端 子，因为阻止任何液化的钎焊材料从盖的区域流入外壳。这防止了导体和 接线端子的不期望的短路。

设置盖的步骤可以包括以下步骤：将盖焊接至外壳。在设置盖之前， 可以研磨或磨削第三绝缘材料和/或外壳的远端。通过研磨或磨削所述远端 可以获得更平坦的表面，这允许更好的焊接。因此，所述方法可以包括以 下步骤：研磨或磨削外壳的远端；和将所述盖紧固至研磨或磨削后的远端。

在第二方面，本发明涉及温度传感器单元，包括：

外壳；

一个或多个温度传感器，每个温度传感器包括一组传感器接线端子； 和

至少一组导体，所述至少一组导体或多个导体电连接至所述组传感器 接线端子；

其中导体和温度传感器布置在外壳的内部并且相对于彼此布置成使 得导体比温度传感器靠近外壳的中心设置。

外壳可以包括例如不锈钢的金属材料。

温度传感器可以是适于在高温环境中运行的任何温度传感器，例如温 度在200摄氏度以上、例如400摄氏度以上、例如600摄氏度以上、例如 800摄氏度以上、例如1000摄氏度以上的环境。一个示例是铂传感器。每 个传感器包括一组接线端子，用于将传感器电连接至电路。接线端子和导 体可以包括例如银、金、铂或铜的任何导电材料。

为了保护温度传感器以防御导体热传导的热量，将一个或多个温度传 感器设置为外壳比导体中的任一个更靠近一个或多个温度传感器。应该认 识到，从传感器至最靠近的导体的距离越大，热保护越好。

在一个实施例中，传感器接线端子的长度是传感器接线端子的宽度的 至少20倍，例如至少50倍、例如至少100倍、例如至少200倍。应该认 识到，接线端子相对于其宽度越长，则传感器被经由接线端子传导的热量 损伤的风险越低。

在一个实施例中，每个导体限定可接近端和连接端，连接端被钎焊和 /或焊接至传感器接线端子中的一个，并且可以从温度传感器单元的外表面 接近可接近端。

在一个实施例中，温度传感器单元包括多个温度传感器，温度传感器 的一个或多个(例如每一个)的所述组传感器接线端子连接至相同组的导 体。作为示例，可以设置两个导体，并且来自两个传感器的两组接线端子 可以电连接(例如并联)至所述两个导体。

在一个实施例中，两组导体和两个温度传感器设置成使得每组导体电 连接至温度传感器中的一个。

在替换的实施例中，设置三组导体和三个温度传感器。在又一替换的 实施例中，设置四组导体和四个温度传感器。在一个特定的实施例中，设 置一组导体和一个温度传感器。

具有多个温度传感器的一个优点在于，如果在温度传感器单元运行期 间温度传感器中的一个失效，剩余的传感器可以提供温度指示数。因此， 可以防止在重要的使用情形中错误指示数的风险，并且在稍后的阶段可以 替换有缺陷的传感器单元。

此外，传感器接线端子和导体的连接端可以布置成朝向温度传感器单 元的远端方向延伸，即朝向使用根据第一方面的方法在制造过程期间形成 开口端的管的远端。这允许使用激光束进行钎焊/焊接处理。

在一个实施例中，在每个传感器和导体之间设置至少一种绝缘材料。 应该认识到，这是前面所述的第二绝缘材料。该绝缘材料用于保护传感器 以防御激光的用途和将传感器与在钎焊/焊接处理期间可能传导所产生的 热量的导体热绝缘的用途。而且，绝缘材料用于将导体和接线端子电绝缘 以便防止在使用期间短路的用途。

至少一种绝缘材料可以是可模塑材料，该可模塑材料适于保护传感器 以防御激光束的辐射。在一个实施例中，在室温可模塑材料的激光透射率 小于激光在空气中的透射率的30％，例如小于激光在空气中的透射率的 50％、例如小于激光在空气中的透射率的70％、例如小于激光在空气中的 透射率的90％。通过激光被绝缘材料吸收和/或反射和/或散射可以获得减 小的透射率。应该认识到，如果激光被吸收在材料内，绝缘材料的温度升 高。因此，可以优选将激光从第二绝缘材料反射开或散射开。因此，在本 发明的一个实施例中，将反射材料的层置于绝缘材料的上(远端)表面。

合适的可模塑材料的示例是高温可模塑材料或接合剂，例如包括一种 或多种诸如氧化铝的氧化物的高温可模塑材料或接合剂。在一个实施例 中，可模塑材料/接合剂能够经受直到600摄氏度，例如直到800摄氏度、 例如直到1000或1200或1400摄氏度的运行温度。

附图说明

现在参照附图描述本发明，在附图中：

图1公开了一种预制管，其具有外壳、导体以及第一绝缘材料，

图2公开了去除第一绝缘材料的部分的步骤，

图3公开了缩短导体长度的步骤。

图4公开了设置第二绝缘材料和插入温度传感器的步骤，

图5和6公开了电连接接线端子和导体的步骤，

图7公开了设置第三绝缘材料的步骤，以及

图8公开了设置盖的步骤。

具体实施方式

下面附图的说明示出根据本发明的第一方面的制造过程的实施例。根 据第二方面的产品的实施例在图8中公开。

图1公开了预制管100，其包括外壳102，使用第一绝缘材料106(例 如高压沙)将导体104保持在外壳中。首先，仅仅截断预制管100的远端 108。然后预制管100被截断为期望的长度的部件。该部件形成远端108 和近端(未示出)。在图1-8中的实施例中，设置四个导体104，但是由于 视角的缘故在图1中仅可以看到这些导体中的两个。

图2公开通过截断图1中的预制管100得到的管部件110。在图2中， 已经从管部件110的远端108去除第一绝缘材料106的一部分，由此导体 104的远端没有被第一绝缘材料包围。通过喷砂处理管部件110的远端可 以去除第一绝缘材料106。用沙喷砂处理的优点在于，相对于切割工具沙 可以更容易进入管的狭窄的内部。当材料被去除时，形成空间112。

随后，在图3中，导体104的远端被截去，下文中称为截后的导体104’。

在图4中，空间112的下部(近端)部分填充第二绝缘材料114。第 二绝缘材料114的体积被选择成使得截后的导体104’的远端没有被覆盖， 因此允许在钎焊或焊接处理期间激光击中所述远端部。在一个实施例中， 远端的1-2mm没有被第二绝缘材料114覆盖。

随后，将温度传感器116插入到第二绝缘材料114并保持在使截后的 导体104’比温度传感器116更靠近管部件110的中心118的位置。温度传 感器116被保持在该位置直到第二绝缘材料固化，由此使用第二绝缘材料 114温度传感器116继续被保持在该位置。要注意的是，为了图示的目的， 第二绝缘材料114没有在图4的下部中示出，使得可以看到温度传感器 116。

随后，在图5中，温度传感器116的接线端子120被截断为期望的长 度并弯曲，使得与截后的导体104’的远端接触地或恰好在截后的导体104’ 的远端附近定位接线端子120的远端。

在该位置处，截后的导体104’和接线端子120准备好彼此钎焊或焊接 在一起。在图6中示出该过程。在钎焊的情况下，起初步骤是在接线端子 120和截后的导体104’的端部的区域内提供钎焊材料122(例如钎焊膏)。 随后，激光束(用线124表示)被朝向钎焊/焊接材料122引导使得材料 122的温度升高至900摄氏度以上的温度，这引起材料变为液态形式。随 后，激光束被移去并且材料122被冷却，由此钎焊形成。由于第二绝缘材 料114，激光束不会升高传感器116的温度，因而防止传感器被激光束损 坏。

当已经进行钎焊/焊接时，第三绝缘材料126被填入远端108以覆盖钎 焊/焊接的材料122和截后的导体104’及接线端子120的远端，见图7。这 样是为了在温度传感器单元运行期间保护钎焊/焊接材料。

最后在图8中，将盖128紧固至外壳102。然而，在完成这个步骤之 前，清洁和/或研磨(或磨削)和/或切削远端108以便确保平坦且清洁的 表面。最终的步骤是将盖128焊接/钎焊至外壳102使得形成焊接/钎焊或 焊接/钎焊材料130。当完成这个步骤时，形成了温度传感器单元132。