本發(fā)明涉及制造用于測量流體流動中的諸如溫度、振動、速率或壓力的至少一個物理參數(shù)的裝置的敏感元件的方法。此測量裝置尤其應(yīng)用于航空中。
背景技術(shù):
對流體流動的至少一個物理參數(shù)敏感的元件必須能夠操作,尤其在航空中,在侵蝕性環(huán)境中,同時盡可能良好地經(jīng)受流體的溫度變化、供給電流變化、沖擊、振動、壓力與流動力。
已知敏感元件包括長圓形心軸,連接到纏繞在芯部的外表面上的單線或雙線繞組傳導(dǎo)連接線縱向地穿過芯軸,以及圍繞長圓形芯部及其單線或雙線繞組的絕緣玻璃涂層。
為制造此敏感元件,通過刷子將玻璃與水的混合物涂覆到纏繞芯部并且進入到連接線穿過其中的縱向通道中,以將傳到性連接線密封在通道內(nèi)部。然后在爐中干燥與烘烤此芯部。此操作重復(fù)幾次以便確保良好質(zhì)量的涂覆與密封。
在制造過程中,為了以玻璃涂覆外部,在周圍環(huán)境溫度下將纏繞芯部浸漬在玻璃與水的混合物中,然后干燥并且爐烘烤。再次,重復(fù)此操作若干次以獲得期望的玻璃厚度。
在不能實現(xiàn)此浸漬的情形中,可以通過刷子在周圍環(huán)境溫度下涂覆玻璃與水混合物來產(chǎn)生此外部玻璃涂層,然后同樣進行干燥并且爐烘烤。再次,重復(fù)此操作若干次以獲得期望的玻璃厚度。
在制造過程中,為了將連接線密封在芯部孔內(nèi)部,將陶瓷滑動件(在周圍環(huán)境溫度下的水、以及玻璃和/或結(jié)晶氧化物的混合物)引入到此孔中,通過浸漬在滑動件中或者暴露到真空和/或通過刷子,然后再次干燥與爐烘烤。根據(jù)此方法,此操作可以重復(fù)幾次以獲得期望的密封質(zhì)量。
一個問題是此方法復(fù)雜,因為其具有必須重復(fù)若干次的多個步驟。端部密封在通道內(nèi)部可以改進,因為一旦此滑動件被烘烤它就難以通過滑動件替換此通道,這弱化了敏感元件。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決了上述問題,并且為此目的提出了制造對流體流動的至少一個物理參數(shù)敏感的元件的方法,包括單次浸漬周期,使得對于預(yù)先裝配的敏感元件來說能夠變成裝配好的敏感元件,單次浸漬周期包括將預(yù)裝配的敏感元件的芯部浸漬在熔融玻璃中,即以液體形式的玻璃中并且在高溫下,所述芯部包括至少兩個縱向通道,連接到至少雙線繞組的兩個傳導(dǎo)性連接線縱向地穿過縱向通道,所述繞組適于形成電阻或感應(yīng)回路以便檢測所述物理參數(shù),所述浸漬使得能夠密封通道內(nèi)部的連接線3,在單次浸漬中填充所述通道并且涂覆芯部的外部,此芯部在所述單次浸漬周期的末端被密封且涂覆,單次浸漬周期包括以緩慢速度將芯部部分浸漬在熔融玻璃中的步驟,隨后是以快速度將芯部完全浸漬在熔融玻璃中的步驟。
有利地,本發(fā)明通過下述特征,單獨或者以它們可能的技術(shù)組合中的任一個完成。
雙線繞組纏繞在芯部的外表面上,浸漬使得能夠涂覆由此纏繞的芯部的外部。
繞組是“螺旋狀”纏繞在縱向通道的內(nèi)部,此浸漬使得能夠?qū)⑦B接線保持在繞組上的適當(dāng)位置處并且控制繞組的匝之間的間距。
預(yù)先裝配的敏感元件包括圍繞芯部的管子,所述管子優(yōu)選地由玻璃或陶瓷制成,所述管子使得能夠在浸漬過程中控制涂層的最小厚度。
單浸漬周期包括預(yù)加熱與清洗預(yù)裝配好的敏感元件的步驟,其包括將所述預(yù)裝配的敏感元件定位為靠近熔融玻璃,以便使其達到接近所述熔融玻璃的溫度。
單次浸漬周期包括從熔融玻璃緩慢提取芯部的步驟,隨后是以從爐的熱區(qū)快速提取芯部的步驟。
此方法,在包括單次浸漬周期的步驟以后,包括通過在適當(dāng)與受控溫度下對玻璃進行熱處理、經(jīng)由應(yīng)力消除而使裝配好的敏感元件的電學(xué)行為穩(wěn)定的步驟,以便獲得最終的敏感元件。
連接線與繞組由鉑合金制成,并且芯部例如通過添加氧化釔或氧化鎂而部分地或全部地由穩(wěn)定的鋯制成。
熔融玻璃具有400℃與1200℃之間的溫度,通常具有950℃的溫度。
本發(fā)明還涉及通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的敏感元件以及包括一個此敏感元件的測量裝置。
因此,本發(fā)明包括使用熔融玻璃,優(yōu)選地使用陶瓷,其具有完美地適于芯部的、適于連接線與繞組的材料(熱粘性、受控的膨脹、彈性、淬火適應(yīng)性、化學(xué)侵蝕性等)的特征并且將芯部浸漬在熔融玻璃中以便在相同操作過程中致使:
通過在縱向通道中上升的玻璃密封連接線(足以穿過液體玻璃和/或足夠的液體玻璃的毛細現(xiàn)象);
未使用通道的任何可能的堵塞(如果芯部是標(biāo)準(zhǔn)化的);
通過在芯部上的液體玻璃的表面張力涂覆外部。
如果繞組在芯部內(nèi)部是“螺旋形的”,那么繞組在芯部的孔內(nèi)部受到保護(兩個或四個孔)但是通過浸漬在熔融玻璃中利用連接線保持在適當(dāng)位置中。這使得能夠在無機械地張緊螺旋繞組的匝的情況下逐漸地填充孔,直到連接線被有效地密封。
具體地說,當(dāng)芯部由鋯制造并且連接線由鉑制造時,鋯的熱膨脹系數(shù)與鉑的熱膨脹系數(shù)足夠接近,此匝可以通過諸如玻璃的“剛性”物質(zhì)而非諸如其中顆粒未化學(xué)地結(jié)合在一起的緊湊粉末的“柔性”物質(zhì)保持在適當(dāng)位置中,由此提高了在高振動應(yīng)力下的性能并且使其能夠容易確保電阻回路與芯部的外表面之間的非常高的介電強度。此外,通過使用初始地覆蓋以一層僅幾微米的陶瓷釉的鉑線(例如通過諸如鎳的更加容易地可氧化金屬直接地附著到鉑或者經(jīng)由鉑的非常細微的電結(jié)合),在連接線與匝均勻插入到陶瓷芯部的孔中以前,此元件的電阻的校準(zhǔn)可以“在直線部分上”實現(xiàn)。此外,在此構(gòu)造中,此陶瓷芯部不再必要地具有細長形狀,也不必具有恒定橫截面。此另選將由此使其還能夠相對于待測量的區(qū)域優(yōu)化陶瓷的形狀,以便其機械裝配在傳感器本體上或者任何其它幾何束縛上??梢酝ㄟ^對我們當(dāng)前的芯部進行擠壓等而且此外通過CIM(陶瓷注塑成型)或機加工成密實塊材料進一步獲得此陶瓷部分。
如果敏感元件包括玻璃或陶瓷管子,那么玻璃或陶瓷管子可以承受較高的介電應(yīng)力同時降低制造成本。此設(shè)計具有下面的主要優(yōu)點:
保持當(dāng)前陶瓷芯部以及簡化中間陶瓷芯部的機加工(應(yīng)力釋放直到通道顯示與制造半球形端部相比需要較少的靈巧與時間);
避免纏繞線/連接線的“盲”操作;
確保所述繞組與外部之間的高介電強度:
徑向地:管子絕緣材料與玻璃的最小厚度
軸向地:芯部相對于線的過多長度。
此外,基于管子的厚度,熔融玻璃不再需要形成外涂層的顯著厚度。
有利地,使用十足流體玻璃使得能夠減小外涂層的厚度并且由此甚至減小不規(guī)則性(水滴作用)。毛細作用使得能夠正是將此十足流體玻璃保持在填充內(nèi)部空間內(nèi)部的適當(dāng)位置處。
本發(fā)明還提出了通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的敏感元件。
最后地,本發(fā)明還提出了包括根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的測量裝置。
附圖說明
通過下面的單純說明性并且非限定性的描述,本發(fā)明的其它特征、目的與優(yōu)點將會變得顯而易見,并且這些描述必須參照附圖來理解,在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的概視圖;
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的立體圖;
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的剖視圖;
圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的傳導(dǎo)線的縱向通道的局部視圖;
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的剖視圖;
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的敏感元件的剖視圖;
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造敏感元件的方法的步驟;
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造敏感元件的方法的子步驟;
圖9a到圖9e示出了參照圖8描述的子步驟的實施。
在全部附圖上類似元件具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實施方式
參照圖1,對流體流動的至少一個物理參數(shù)敏感的元件1包括傳導(dǎo)性連接線3從那里延伸的長圓形本體2。
參照圖2,長圓形本體2特別地包括長圓形芯部4,基于包括纏繞在芯部4的周圍的傳導(dǎo)性線的連接線的數(shù)量,連接到為至少雙線的繞組5的傳導(dǎo)性連接線3縱向地穿過芯部4。
如可以在圖2中看到的,繞組5纏繞在芯部4的外表面上。
由玻璃或玻璃陶瓷6制成的絕緣涂層圍繞長圓形芯部4及其繞組5,以確保線的強度以及元件對外部環(huán)境的水密封性。通過在特定浸漬周期過程中將芯部4浸漬在熔融玻璃中獲得此玻璃或玻璃陶瓷絕緣涂層(如將在下面詳細描述)。
參照圖3,長圓形芯部4包括至少兩個縱向通道7,以使傳導(dǎo)性連接線3穿過其中。
有利地,連接線3從長圓形芯部4的另一端是可接近的,并且然后利用焊接或釬焊8連接到纏繞在芯部4的外表面上的繞組5。連接線3有利地預(yù)先成形為“Z”狀,以便通過摩擦將它們更好地保持在縱向通道內(nèi)部的適當(dāng)位置中。圖4示出了在連接線3預(yù)先成形為“Z”狀的情況下縱向通道7的局部視圖。
另選地,參照圖5,雙線繞組“螺旋地”纏繞在縱向通道7的內(nèi)部。
連接線3以及繞組5優(yōu)選地由諸如鉑或鈀的貴金屬制成,以使它們在高溫下不會氧化。
基于芯部4的長圓形幾何形狀,通常通過擠壓獲得芯部4。
作為說明,連接線3通常具有大約十分之一或十分之五毫米的直徑,然而此繞組包括具有大約十微米至五十微米的直徑的鉑線。
此外,芯部4通常是陶瓷的并且尤其是釔或鎂的(即,通過一些百分比的釔氧化物或鎂氧化物穩(wěn)定的鋯)。如將會連接的,這是敏感元件的主要結(jié)構(gòu)。
芯部4的材料提供它下面的特性:
它是機械地耐性的以承受機械應(yīng)力(彎曲、扭曲、牽引/壓縮、振動、沖擊等)。
它足夠地電絕緣以避免妨礙傳導(dǎo)性繞組(絕緣電阻與介電強度)。
其承受操作溫度(–260℃/+500℃),而且涉及作為浸漬周期的一部分的溫度(400℃到1200℃)。
它承受操作熱沖擊(高達150℃/s),而且承受在浸漬周期過程中遇到的更加嚴重的熱沖擊(在幾百攝氏度的范圍上的大約2000℃/s)。
在通常操作溫度下其通過差溫膨脹在鉑繞組上包括的限制是可忽略的,鉑的自然膨脹直接管理其電響應(yīng)(RT=ρTLT/ST)并且允許敏感元件緊密地遵守CallendarVan Dussen法則。
它足夠熱絕緣以避免干擾通過繞組獲取的熱測量。
它足夠熱絕緣以避免將附接區(qū)域的溫度傳送到纏繞區(qū)域(軸向熱傳導(dǎo))。
它具有最佳形狀以便允許繞組盡可能地接近待測量的區(qū)域(封裝在微小本體中的元件)或者允許流體流動盡可能多地接觸繞組(在元件周圍的氣動熱流),以使其響應(yīng)時間最小化。此外,其旋轉(zhuǎn)形狀防止它對流體流動的角定向敏感。
此外,鋯的使用允許與傳統(tǒng)地用于RTDs的陶瓷相比的更好的熱機械性能(電阻溫度檢測器或裝置):橄欖石或鋁。這是由于鋯具有特別有益的熱特性:非常低的熱傳導(dǎo)性及其形成的特定熱量,盡管每單位體積的相對高的質(zhì)量、低熱溢出率(良好的“熱屏”,因為差地捕獲表面交換熱量),非常低的熱擴散率(良好的“熱障”因為捕獲在表面上的熱量差地擴散到材料中)。穩(wěn)定氧化鋯還具有卓越的機械特征:對彎曲的良好機械耐性、相對適度的楊氏模量(“彈性”而不是“剛性”與“脆性”響應(yīng))。這些良好的機械特性還使得能夠通過進一步減小此厚度使此芯部最小化。
此外,鋯具有非常接近在用于繞組的航空中使用的主要金屬材料(主要地鉑合金)的熱膨脹系數(shù),這使它們關(guān)于溫度的電響應(yīng)的干擾最小化。
此外,盡管鎂按屬性非常親水,其用作鋯的穩(wěn)定劑使其能夠使鋯對濕熱的易感性最小化,并且即使在沒有任何外部機械應(yīng)力的情況下,通過每單位體積膨脹大約3%避免導(dǎo)致從四方晶相變換到負責(zé)釔鋯的破壞的單斜晶相。
鎂化鋯的另一個優(yōu)點是其顏色。鎂在其含量增加時給予鋯變得更加明顯的赭色,然而例如不管其釔氧化物含量是多少釔鋯都是自然的白色。
此顏色可以由此用作在制造過程以后的陶瓷的結(jié)晶狀態(tài)的簡單且快速的“視覺指示器”。
另選地或另外地,參照圖6,敏感元件1包括芯部4通過繞組5與連接線3插入其中的玻璃或陶瓷管子40。管子40使得能夠控制芯部4周圍的涂層6的厚度。特別地,管子40使得能夠限定涂層6的厚度。在此情形中,芯部的端部應(yīng)力消除以允許縱向通道顯示通過。繞組在兩個連接點50處連接到輸出側(cè)(其中連接線從芯部4出來的地方)上的連接線3,并且在定位于在相對側(cè)上具有期望電阻值的芯部4上的連接點51處成對連接。
現(xiàn)在跟隨對根據(jù)參照圖7的實施方式的用于制造敏感元件的方法進行描述。
我們以包括至少兩個縱向通道7的長圓形芯部4開始。
在第一步驟(步驟E1)中,傳導(dǎo)線纏繞在芯部4周圍,以獲得纏繞在芯部4的外表面周圍的傳導(dǎo)線的繞組5。
如果繞組5是螺旋狀的,就將其插入到縱向通道中。
在第二步驟(步驟E2)中,纏繞傳導(dǎo)線5通過折射玻璃(通過刷子施加的水和氧化物滑動面,干燥然后爐烘烤)結(jié)合到芯部4。此步驟使得能夠通過改變金屬的晶體結(jié)構(gòu)使繞組5電性地再生,以允許并且考慮部件的處理。
在第三步驟(步驟E3)中,連接線插入到縱向通道7的內(nèi)部中。連接線有利地預(yù)先成形為“Z”狀,以便改進它們保持在縱向通道內(nèi)部(參見圖4)。
在第四步驟(步驟E4)中,繞組5連接到連接線3,以便形成對于待測量的物理參數(shù)敏感的電阻回路。如前所述,通過釬焊或焊接8執(zhí)行此步驟。
在第五步驟(步驟E5)中,連接線3通過折射玻璃或玻璃陶瓷部分地預(yù)結(jié)合到芯部4(通過刷子施加水與氧化物滑動面,干燥然后在爐中烘烤)。
應(yīng)該有利地指出的是,部分預(yù)結(jié)合的此步驟基本上用于允許在制造處理過程中處理敏感元件但是不以任何方式促進連接到芯部4的線3的密封。
人們可以有利地繼續(xù)第六步驟,在此處理階段中,通過對成對纏繞適當(dāng)長度的線進行釬焊來對繞組的電阻進行校準(zhǔn)(步驟E6)。
在上述步驟結(jié)束時,獲得的預(yù)裝配的敏感元件10包括芯部4、繞組5和連接線3,并且在那里可適用的管子40。預(yù)裝配的敏感元件10是將被修改以獲得裝配好的敏感元件10’的敏感元件。
選擇性地,關(guān)于圖5的敏感元件,在第七步驟(步驟E7)中,在這里能夠?qū)⑿静?插入到管子40中(在圖6中以虛線描述了步驟E7以顯示其是選擇性的)。在第八步驟(步驟E8)中,實施單次浸漬周期以便在此周期期間,通過玻璃的層繼續(xù)涂覆纏繞的芯部,并且在單次浸漬中在高溫(400℃到1200℃)下的熔融玻璃中將預(yù)裝配的敏感元件10的芯部4的縱向通道7中的連接線3最終密封。這里應(yīng)該具體指明的是預(yù)先裝配的敏感元件10并非全部浸漬不是。具體地說,僅芯部4及其繞組(在芯部4內(nèi)部或外部)完全地浸漬,連接線3的僅微小部分浸漬(大約毫米或更小)。
此外,這里具體規(guī)定術(shù)語“浸漬周期”在這里應(yīng)該理解為表示一系列子步驟,特別地包括降低敏感元件、如此浸漬在熔融玻璃中、從熔融玻璃提取(下面詳細描述子步驟)及其受控的固化。此外,具體規(guī)定在浸漬周期以后,完全地涂覆芯部4。
根據(jù)本發(fā)明,實現(xiàn)涂覆與最終密封的浸漬周期(步驟E8),有利地包括參照圖8和圖9a到圖9e描述的下面的子步驟。
在初級子步驟E70中,敏感性元件10附接在一對鑷子(未示出)的端部。
在子步驟E71中,預(yù)先裝配的敏感元件10快速地下降(即,幾厘米,通常地兩到十厘米)到爐60中直到其在高溫下的容納在折射坩堝50(參見圖9a)中的熔融玻璃51(也就是說液體形式并且處于高溫(400℃到1200℃))上方,以便預(yù)加熱芯部4,從而在隨后的浸漬過程中避免其冷卻玻璃51,這將使其太粘性而不能穿入到縱向通道7中并且將連接線3密封在縱向通道7內(nèi)部。由此,芯部4達到熔融玻璃的溫度的75%與95%之間的溫度。優(yōu)選地,預(yù)先裝配的敏感元件10保持在熔融玻璃上方幾十秒鐘,通常一分鐘。
玻璃有利地由兩個主族成分制成:
網(wǎng)狀組織形成元素:
二氧化硅SiO2:不那么昂貴并且對熱沖擊具有良好耐性。在另一個方面,其具有高的熔融溫度(基于結(jié)構(gòu)在1650℃到1730℃),其具有低的熱膨脹系數(shù)并且具有低的淬火強度。
氧化鉛PbO:具有低的熔融溫度(888℃),其提供了非常流體玻璃,具有良好的淬火強度(非常彈性)。在另一個方面,其具有差的熱電絕緣特性(>250℃)。
氧化鋅ZnO:越來越多地用作氧化鉛的替換物,提供了實際上流體的玻璃,具有良好的淬火強度。在另一個方面,其具有高的熔融溫度(1975℃)并且具有差的熱電絕緣特征(>400℃)。
硼酐B2O3:具有低熔融溫度450℃,具有對熱沖擊的良好耐性,具有良好的淬火強度(彈性)。在另一個方面,如果超冷盡管高的沸騰溫度(1860℃)它也可以分解并且蒸發(fā),其具有低膨脹并且對化學(xué)侵蝕(水、酸等)具有低耐性。
五氧化二磷P2O5:具有低熔融溫度(340℃)。在另一個方面,如果超冷(沸點在360℃)的話其可以非??焖俚卣舭l(fā)。
非晶鋁Al2O3:具有高的表面張力,對化學(xué)侵蝕(水、酸等)具有良好耐性,具有良好電絕緣特征,具有良好熱傳導(dǎo)性。在另一個方面,其具有非常高的熔融溫度(2054℃),其非常粘性,并且具有低的淬火強度。
非晶鋯ZrO2:具有高的表面張力,對化學(xué)侵蝕具有良好的耐性(水、酸等)。在另一個方面,其具有非常高的熔融溫度(2715℃),其非常粘性,其具有差的熱絕緣特性(>500℃)并且具有低的熱傳導(dǎo)性。
應(yīng)該指出的是非晶鋁和非晶鋯難以使用并且昂貴。
網(wǎng)狀組織改性劑:
第一類型包括熔融器:它們使得能夠改變網(wǎng)狀組織,通常地通過弱化原子鍵或核鍵,通常損害對化學(xué)侵蝕性的耐性。它們通常包括堿性氧化物:
蘇打氧化鈉:使其能夠降低熔融溫度與粘度;
氧化鉀K2O:使其能夠降低熔融并且改進淬火耐性(增加結(jié)合的彈性)。
非晶氧化鎂MgO:其改進了對化學(xué)侵蝕(水、酸等)與熱傳導(dǎo)性的耐性。
氧化鋇BaO(瓷釉與陶釉中極為普遍使用的氧化物):不管其自身的高熔融溫度(1920℃)依然降低熔融溫度,提高淬火耐性(極大地增加了彈性與機械強度)與表面硬度。在另一個方面,如果超冷盡管高的沸騰溫度(2000℃)其仍然可以分解并且蒸發(fā)。
氧化鉛PbO:降低熔融溫度、增加流體性、提高淬火強度(增加結(jié)合的彈性),但是降低熱電絕緣特征。
第二類型是穩(wěn)定劑:它們使得能夠穩(wěn)定或控制通過熔融器變?nèi)醯木W(wǎng)狀組織。
氧化鈣CaO(最普遍使用的“便宜”穩(wěn)定劑):其提高了機械強度、提高了對化學(xué)侵蝕(水、酸等)的耐性,但是增加了在退火時再結(jié)晶的風(fēng)險。
氧化鋅ZnO:(越來越多地用作氧化鉛的替換物),其提供了具有良好淬火強度(非常彈性)的實際上流體的玻璃。在另一個方面,其具有高的熔融溫度(1975℃)并且具有差的熱電絕緣特征(>400℃)。
氧化亞鐵Fe2O3:減小了熱電絕緣特征。呈綠色的色彩可以通過氧化錳MnO2(也稱作為“玻璃制造肥皂”)被“清洗”掉。
氧化鉛PbO:降低熔融溫度、增加流體性、提高淬火強度(增加結(jié)合的彈性),但是降低熱電絕緣特征。
玻璃并且特別是其制造方法(裝配),其中選擇所述制造方法獲得玻璃,其具有:
熱膨脹系數(shù)與陶瓷芯部、繞組與連接線相配,在外釉與內(nèi)密封件之間中間物。
粘度與表面張力與此處理相配。
熔融溫度相對于元件的操作溫度足夠高,但是對于限定在芯部與繞組上的機械應(yīng)力來說足夠低。
良好的淬火強度用于避免剝落或開裂。
適于低溫退火;
對化學(xué)侵蝕(水、酸、堿、酯磷酸鹽等)的良好的耐性;
用于密封連接線的良好的剪切強度;
對陶瓷芯部與連接線的良好的化學(xué)粘附;
對陶瓷芯部與金屬線無害的化學(xué)侵蝕。
通過實例的方式,此玻璃可以包括:
大約僅15%的二硅;
超過70%的高氧化鉛含量;
超過10%的高氧化硼含量。
同時地在對芯部4進行預(yù)先加熱的情況下,由于在爐60中占優(yōu)勢的熱量,因此通過熱解使芯部4經(jīng)歷清洗。由此,芯部4被清除有機污染(來自手的皮脂等),這確保了將玻璃附著到芯部4與繞組5的可重復(fù)性。
在子步驟E72中,預(yù)先裝配的敏感元件10的芯部4部分地浸漬在熔融玻璃51(參見圖9b)中。術(shù)語“部分地浸漬”應(yīng)該理解為意味著,如可以在圖9b中看到的,芯部4幾乎完全地浸漬(到其長度的大約90%)。
緩慢地執(zhí)行部分浸漬(每秒中幾毫米,通常地在每秒鐘兩毫米與十毫米之間),并且由此芯部4保持浸漬的時間耗費了填充通道的時間(通常大約一分鐘)。
芯部4的部分浸漬使得能夠:
通過足夠緩慢的部分浸漬逐漸地表面處理使芯部4達到與熔融玻璃51相同的溫度;
由于足夠緩慢的部分浸漬避免空氣的微氣泡捕獲在繞組3的匝之間;
通過允許空氣經(jīng)由芯部4的非浸漬部分自由地離開而利用毛細作用填充縱向通道7(熔融玻璃太粘性而不允許空氣離開);
由于高度侵蝕性熔融玻璃化學(xué)地攻擊材料(金屬與陶瓷)的表面層而確保了玻璃的最佳附接;
在烘烤而結(jié)合到折射玻璃的過程中開始的繼續(xù)是纏繞線3的電性再生(參見步驟E2)。
在子步驟E73中,芯部4完全地浸漬在熔融玻璃中并且芯部4由此保持完全地浸漬在熔融玻璃51中幾分鐘(參見圖9c)。如前面說明的,僅在芯部4外部的連接線的微小部分被浸漬。
在此步驟E73以后,獲得此裝配好的敏感元件10’(然而不是最終的,但是具有期望的結(jié)構(gòu))。
在子步驟E74中,在芯部4的完全浸漬以后,緩慢地升高裝配好的敏感元件10’(參見圖9d),以將芯部4緩慢地帶到熔融玻璃51外部。術(shù)語“緩慢地升高”應(yīng)該理解為表示每秒幾毫米的上升速度,通常地在每秒兩毫米與十毫米之間的上升速度。
上升速度是重要的,因為除了熔融玻璃的特征(粘度、表面張力、每單位體積的質(zhì)量)以外,其對涂覆芯部4的玻璃層的厚度的規(guī)則性具有直接影響。
類似地,除了通道的尺寸(長度、直徑)、毛細作用與玻璃的熱膨脹(當(dāng)固化時然后當(dāng)其冷卻時體積收縮)以外,通過上述相同的現(xiàn)象確定縱向通道7的填充。
最終地,在子步驟E75中,裝配好的敏感元件10’快速地上升以將芯部4快速地帶到爐60(參見圖9e)的外部。術(shù)語“快速上升”應(yīng)該理解為表示比緩慢上升速度快兩倍到十倍的上升速度。
在芯部4的豎直位置的前提下從裝配好的敏感元件10’快速取回芯部4是重要的,在涂覆過程中沉積在芯部4上的液體玻璃具有下垂與形成的自然傾向:
在下部上的點滴(過多直徑);
在芯部的頂部與底部之間的不均勻厚度。
因此,取出的速度具有重要性,因為玻璃必須盡可能快速地設(shè)置在芯部4周圍以限定這些效果。
獲得用于芯部的全部涂覆的玻璃層是非常密實的,同時保持非結(jié)晶的以及由此的透明性。此外此透明性允許容易控制涂層的質(zhì)量(纏繞線之間的微氣泡)以及纏繞線之間的間隔,以例如確保電路之間的介電特性。
此外,當(dāng)在熱部分上實施涂層時,熱解并且具有高度反應(yīng)熔融玻璃,極大地改進了玻璃與芯部之間的粘附。
一旦到爐的外部,在第八步驟(步驟9)中,然后在于玻璃的玻璃轉(zhuǎn)換溫度以下的溫度處玻璃的退火過程中,通過應(yīng)力消除涂層來穩(wěn)定裝配的敏感元件的電學(xué)行為,以便獲得最終的敏感元件。
應(yīng)力消除的步驟(步驟E9)在此意義上是重要的,在浸漬周期以后,玻璃層快速地設(shè)置在仍然熱的折射芯部4上。當(dāng)芯部繼而冷卻時,其收縮,這壓縮玻璃的厚度(芯部淬火效果)并且使其在玻璃/芯部界接口處伸展。使用的玻璃由此必須是足夠“彈性”的,以便在不開裂的情況下臨時地承受這些束縛。
在此應(yīng)力消除步驟(步驟E9)的過程中,熱退火具有釋放存儲在玻璃中的殘余應(yīng)力以便隨著時間流逝而穩(wěn)定鉑繞組的電學(xué)行為的目的。應(yīng)該指出的是以已知的方式本身,鉑的熱膨脹電學(xué)特征在于CallendarVanDussen法則。由此,如果之后通過不同的熱膨脹玻璃使鉑壓縮或膨脹,那么就篡改了鉑的電響應(yīng)。
此外,在冷卻時存儲在玻璃上的殘余應(yīng)力然后還以相同的方式誤響應(yīng)鉑繞組。通過典型的高粘度流體行為,如果玻璃受到機械應(yīng)力,那么玻璃能夠隨著時間的流逝而進行分子微運動(類似于海中的冰在其自身重量下)。這意味著隨著時間的流逝,玻璃將能夠“通過其自身”釋放其內(nèi)部應(yīng)力,由此改變其初始電學(xué)特征。
因此在應(yīng)力消除步驟過程中,以在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下的溫度執(zhí)行熱處理。溫度越低,使非晶玻璃再結(jié)晶的風(fēng)險越低。然而,如果溫度太低,玻璃的粘度將需要若干年來消除應(yīng)力。應(yīng)該指出的是對于玻璃制造工業(yè)來說,淬火限制的特征通常在于在以稱為“較低退火溫度”的標(biāo)準(zhǔn)溫度下暴露大約一個小時,其中此玻璃具有1014,5普瓦斯的粘性(這將需要大約18個月來應(yīng)力消除1019普瓦斯的玻璃)。
在本發(fā)明的背景下,熱退火在有意地低于標(biāo)準(zhǔn)熱退火極限溫度(通常大約250℃到500℃)的溫度下持續(xù)幾天,以便在敏感元件設(shè)計的操作溫度(通常地在–100℃與+400℃之間)下完全排除隨著時間流逝的電漂移的風(fēng)險。
上面描述的方法具有的優(yōu)點在于,與需要手動重復(fù)一定數(shù)量的步驟以密封連接線并且涂覆芯部的已知技術(shù)部分,步驟E5、E7、E8和E9要求少于合格員工四分之一小時的時間。
利用本發(fā)明的方法獲得的敏感元件保持由陶瓷芯部產(chǎn)生的大部分良好的機械特性(在彎曲中、壓縮與牽引中的機械阻力、在振動下的剛性等),同時增加了涂層的玻璃的特性(玻璃的高密實性、玻璃到陶瓷芯部的非常良好的附著性、防水性、硬度、耐摩擦性、對化學(xué)腐蝕的耐性、高介電性、高絕緣電阻等)。
此外,上述的敏感元件有利地用于高應(yīng)力裝置以便測量流體流動的物理參數(shù)。