本發(fā)明涉及包括熱電偶的溫度傳感器，其意于測(cè)量可在-40℃至+1200℃之間變化的溫度，尤其是在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)組中。

背景技術(shù)：

如圖1所示，溫度測(cè)量裝置傳統(tǒng)地包括溫度傳感器2，該溫度傳感器2通過(guò)允許將溫度傳感器連接到測(cè)量設(shè)備4的延伸電纜3而被延長(zhǎng)。溫度傳感器2傳統(tǒng)地包括金屬保護(hù)鞘5和止擋件6，該止擋件6安裝在保護(hù)鞘5上并根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用而被調(diào)整。

測(cè)量設(shè)備4意于解釋由溫度傳感器2提供的并通過(guò)延伸電纜3傳遞的電信號(hào)。該解釋允許估測(cè)溫度傳感器的端部所經(jīng)受的溫度。

在保護(hù)鞘5的內(nèi)部，溫度傳感器2傳統(tǒng)地包括熱電偶7和礦物絕緣體8(傳統(tǒng)地由氧化鋁或氧化鎂制成)，這允許熱電偶抵御環(huán)境限制、尤其是抵御高溫。

如圖2所示，熱電偶7是第一和第二導(dǎo)電線10和12的組件，第一和第二導(dǎo)電線10和12在熱點(diǎn)13處彼此端對(duì)端地連接。根據(jù)眾所周知的塞貝克效應(yīng)(l’effetseebeck)，第一和第二導(dǎo)電線的端子處的電勢(shì)差δu取決于在熱點(diǎn)處的溫度t1和在所述端子處的溫度t0之間的差。

為了制造意于其中溫度可在-40℃至1200℃之間變化的應(yīng)用的溫度傳感器，傳統(tǒng)地采用按照以下步驟的方法：

首先，制造礦物絕緣電纜14、或mic電纜(在英語(yǔ)中為“mineralinsulatedcable”)。

礦物絕緣電纜包括金屬保護(hù)鞘5，并在保護(hù)鞘5的內(nèi)部包括由適于形成熱電偶的材料制成的兩條熱電偶線10和12，這兩條熱電偶線借助于礦物絕緣體8彼此絕緣并與保護(hù)鞘5絕緣(圖3a)。

為了形成這兩條熱電偶線之間的接合部、或“熱點(diǎn)”13，從電纜的端部中的一個(gè)、通常在2至10mm的深度上取走一些礦物絕緣體(例如通過(guò)噴砂處理或刮研)。在該被稱為“遠(yuǎn)側(cè)”端部的端部處，這兩條熱電偶線由此從絕緣體露出，同時(shí)被保護(hù)鞘5環(huán)繞(圖3b)。

熱電偶線的由此暴露的兩個(gè)端部部分機(jī)械地靠近，直至彼此接觸、然后例如通過(guò)電焊接彼此連接(圖3c)。

保護(hù)鞘的鏤空終端部分然后可選地可被與礦物絕緣電纜的礦物絕緣體相同或不同的絕緣材料填充，然后被再封閉以保護(hù)熱電偶，例如通過(guò)電焊接(圖3d)。

此外，在保護(hù)鞘5的封閉之后或在礦物絕緣電纜的切割之前，傳統(tǒng)地，在保護(hù)鞘5的遠(yuǎn)側(cè)終端部分上制成縮徑部15(傳統(tǒng)地通過(guò)拉絲或鍛造)?？s徑部傳統(tǒng)地允許改善溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間。然而，這樣的制造方法難以自動(dòng)化，并且目前需要棘手的手工操作。

因此，存在對(duì)這樣的解決方案的需求：該解決方案允許方便熱電偶式溫度傳感器的制造自動(dòng)化。

本發(fā)明的目的在于滿足該需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于制造熱電偶式溫度傳感器的方法，該方法包括以下相繼的步驟：

a)制造礦物絕緣電纜，該礦物絕緣電纜包括兩條熱電偶線，這兩條熱電偶線在電纜的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸并埋沒(méi)到礦物絕緣體中，礦物絕緣體被保護(hù)鞘環(huán)繞，礦物絕緣電纜的外直徑大于2mm并小于5mm，優(yōu)選地小于4mm；

b)從礦物絕緣電纜的端部中的一個(gè)在2至7mm范圍內(nèi)的深度上取走礦物絕緣體，以暴露熱電偶線的終端部分；

c)連接由此暴露的熱電偶線的終端部分，以構(gòu)成熱電偶熱點(diǎn)；

d)通過(guò)借助于保護(hù)鞘的封裝而保護(hù)所述熱點(diǎn)；

e)與前述步驟獨(dú)立地，優(yōu)選地在步驟d)之后，借助于加強(qiáng)管對(duì)所述保護(hù)鞘進(jìn)行保護(hù)，該加強(qiáng)管使所述保護(hù)鞘在所述熱點(diǎn)側(cè)(遠(yuǎn)側(cè))超出。

如在接下來(lái)的說(shuō)明中將更加詳細(xì)地看到的，具有小直徑的礦物絕緣電纜和接收該礦物絕緣電纜的加強(qiáng)管的組合允許形成縮徑部，并因此限制、甚至是消除傳統(tǒng)地由保護(hù)鞘的變形形成的縮徑部。顯著地簡(jiǎn)化了制造方法的自動(dòng)化。

此外，這帶來(lái)對(duì)溫度傳感器的機(jī)械強(qiáng)度的改善，并因此加長(zhǎng)了其使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的方法還可以包括以下可選特征中的一個(gè)或多個(gè)：

-在步驟d)結(jié)束時(shí)，保護(hù)鞘在其長(zhǎng)度的80％以上、90％以上、95％以上、甚至大致100％上具有恒定的直徑；

-加強(qiáng)管通過(guò)焊接固定在保護(hù)鞘上；

-在步驟d)時(shí)的封裝期間，將絕緣材料封裝，該絕緣材料優(yōu)選地呈粉狀，其與礦物絕緣電纜的礦物絕緣體相同或不同，優(yōu)選地為從氧化鋁和/或氧化鎂選擇的材料，以在步驟d)之后，被封裝的熱電偶線的所述端部部分通過(guò)所述絕緣材料而與外部絕緣。

本發(fā)明還提出一種溫度傳感器，其包括限定熱點(diǎn)的熱電偶，所述溫度傳感器包括礦物絕緣電纜和加強(qiáng)管，該礦物絕緣電纜的外直徑小于4mm，該加強(qiáng)管部分地容置礦物絕緣電纜，礦物絕緣電纜在熱點(diǎn)側(cè)在加強(qiáng)管之外突出，以形成縮徑部。

根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器可特別地按照根據(jù)本發(fā)明的方法制造，該方法可選地被調(diào)整以使得溫度傳感器具有下文所述的可選特征中的一個(gè)或多個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器還可以包括以下可選特征中的一個(gè)或多個(gè)：

-礦物絕緣電纜的在熱點(diǎn)側(cè)在加強(qiáng)管之外突出的部分的長(zhǎng)度大于5mm、優(yōu)選地大于7mm、優(yōu)選地大于9mm和/或小于15mm、優(yōu)選地小于13mm、優(yōu)選地小于11mm；

-礦物絕緣電纜突出超過(guò)加強(qiáng)管的遠(yuǎn)側(cè)端部(即在熱點(diǎn)側(cè))，以使得沿著礦物絕緣電纜的長(zhǎng)度方向，熱點(diǎn)定位為超過(guò)加強(qiáng)管的遠(yuǎn)側(cè)端部；

-礦物絕緣電纜的外直徑優(yōu)選地小于3.5mm、優(yōu)選地小于3mm、優(yōu)選地小于2.5mm、優(yōu)選地小于2mm、優(yōu)選地小于1.5mm、優(yōu)選地小于1.2mm；

-優(yōu)選地，保護(hù)鞘不具有縮徑部；或包括這樣的縮徑部：該縮徑部的外直徑大于保護(hù)鞘在所述縮徑部區(qū)域之外的內(nèi)直徑；或具有這樣的縮徑部：該縮徑部的外直徑大于保護(hù)鞘在所述縮徑部區(qū)域之外的外直徑的80％、優(yōu)選地大于保護(hù)鞘在所述縮徑部區(qū)域之外的外直徑的90％、優(yōu)選地大于保護(hù)鞘在所述縮徑部區(qū)域之外的外直徑的95％；

-加強(qiáng)管覆蓋礦物絕緣電纜的保護(hù)鞘的外側(cè)向表面的10％以上、30％以上、60％以上、90％以上，優(yōu)選地覆蓋礦物絕緣電纜的保護(hù)鞘的外側(cè)向表面的大致100％；

-加強(qiáng)管的壁具有的厚度大于或等于0.3mm和/或小于1.2mm；

-保護(hù)鞘和加強(qiáng)管的總厚度大于礦物絕緣電纜的外直徑的16％和/或小于礦物絕緣電纜的外直徑的70％；

-加強(qiáng)管固定在保護(hù)鞘上，優(yōu)選地通過(guò)激光焊接，該固定優(yōu)選地在加強(qiáng)管的遠(yuǎn)側(cè)端部處；

-溫度傳感器包括固定、優(yōu)選地焊接在加強(qiáng)管上的機(jī)械止擋件。

本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器在處于高于800℃、高于900℃、高于1000℃、高于1100℃和/或低于-10℃、低于-20℃、低于-30℃的溫度的環(huán)境中、優(yōu)選地在處于在-40℃和1200℃之間變化的溫度的環(huán)境中的用途，特別是在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)組中。

本發(fā)明最后涉及一種機(jī)動(dòng)車(chē)輛的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)組，其包括根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器；以及涉及一種機(jī)動(dòng)車(chē)輛，其包括根據(jù)本發(fā)明的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)組。溫度傳感器可以特別地布置在渦輪增壓器的渦輪上游的排放集氣管中或布置在燃料或助燃劑進(jìn)入歧管中或布置在排放歧管中。

附圖說(shuō)明

通過(guò)研究附圖和通過(guò)閱讀以下詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將進(jìn)一步顯現(xiàn)，在附圖中：

圖1示意性地示出連接到測(cè)量設(shè)備的溫度傳感器；

圖2示意性地示出熱電偶的運(yùn)行原理；

圖3(圖3a至3d)示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于制造溫度傳感器的方法；及

圖4在縱向剖面中示出根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器。

定義

-通過(guò)“近側(cè)”和“遠(yuǎn)側(cè)”，區(qū)分根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器的兩個(gè)側(cè)。“遠(yuǎn)側(cè)”是熱點(diǎn)那一側(cè)。

-“熱點(diǎn)”傳統(tǒng)地指示兩條熱電偶線之間的接合部，而獨(dú)立于該接合部的溫度。

-礦物絕緣電纜具有的外直徑小于加強(qiáng)管的外直徑。這就是為什么稱礦物絕緣電纜在熱點(diǎn)側(cè)超過(guò)加強(qiáng)管的部分為“縮徑部”。

-除非有相反說(shuō)明，“絕緣材料”或“礦物絕緣體”指示具有的介電強(qiáng)度(unerigiditéélectrique)大于10mv/m和在室溫下的電阻率大于1gωm的任何材料，通常為陶瓷材料。

-除非有相反說(shuō)明，“包括一個(gè)”、“具有一個(gè)”或“含有一個(gè)”表示“包括至少一個(gè)”。

-相同的參考標(biāo)記被用于指示在不同的圖中的相似的部件。

具體實(shí)施方式

前面已經(jīng)描述了圖1至3，現(xiàn)在將參照?qǐng)D4。

根據(jù)本發(fā)明的熱電偶式傳感器基于具有小直徑的礦物絕緣電纜14制造。

保護(hù)鞘5可以由任何導(dǎo)電材料制成，優(yōu)選地由從不銹鋼選擇的材料制成，所述材料優(yōu)選地屬于因科鎳合金(inconel)族，保護(hù)鞘5帶有壁，該壁具有的厚度通常接近于礦物絕緣電纜的外直徑的10％，優(yōu)選地具有大于10％的厚度，以有利于機(jī)械魯棒性。熱電偶線10和12可以是柔性的或剛性的。優(yōu)選地，熱電偶線具有大致圓形的橫截面。

優(yōu)選地，第一和第二熱電偶線10和12的材料對(duì)為nisil/nicrosil。

熱電偶線10和12的延伸超出礦物絕緣體8的、突出的遠(yuǎn)側(cè)終端部分40和42以傳統(tǒng)的方式在熱點(diǎn)13處接合。它們被容置在由封裝形成的腔室43中，該腔室43優(yōu)選地填充有絕緣材料，該絕緣材料優(yōu)選地是礦物性質(zhì)的，其可與包含在礦物絕緣電纜的保護(hù)鞘中的絕緣材料相同或不同。優(yōu)選地，絕緣材料是在由氧化鋁和/或氧化鎂形成的集合中選擇的材料。

熱電偶線10和12的可選地延伸超出礦物絕緣電纜14的近側(cè)端部44的、突出的近側(cè)終端部分50和52可以具有大于5cm的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度優(yōu)選地大于10cm、大于20cm、大于50cm。有利地，這些線可由此用作延伸電纜3，該延伸電纜3用于將溫度傳感器2電連接到測(cè)量設(shè)備4。當(dāng)然，如果熱電偶線被用作延伸電纜，它們的突出的近側(cè)終端部分50和52應(yīng)被電絕緣。

在它們的近側(cè)端部處，熱電偶線10和12包括電連接器件，例如準(zhǔn)許將它們連接到測(cè)量設(shè)備4和/或延伸電纜3的連接端子。

在圖4所示的實(shí)施方式中，礦物絕緣電纜的保護(hù)鞘5不具有縮徑部。其直徑自其近側(cè)端部44起直至其遠(yuǎn)側(cè)端部62是大致恒定的。作為變型，礦物絕緣電纜的保護(hù)鞘5具有縮徑部，優(yōu)選地為這樣的縮徑部：該縮徑部的外直徑大于保護(hù)鞘5在所述縮徑部區(qū)域之外的內(nèi)直徑。

溫度傳感器包括加強(qiáng)管60，該加強(qiáng)管60優(yōu)選地由因科鎳合金制成，其部分地遮蓋保護(hù)鞘。

在一種實(shí)施方式中，加強(qiáng)管60優(yōu)選地通過(guò)焊接固定在保護(hù)鞘上。

優(yōu)選地，加強(qiáng)管60的外直徑小于7mm、小于6mm、小于5mm、小于4mm、小于3mm。

加強(qiáng)管的界定加強(qiáng)管的孔的內(nèi)側(cè)向表面支承在保護(hù)鞘5的外側(cè)向表面22上。優(yōu)選地，加強(qiáng)管的孔具有與保護(hù)鞘5的外側(cè)向表面22大致互補(bǔ)的形狀，這允許加強(qiáng)管的內(nèi)側(cè)向表面與保護(hù)鞘5的外側(cè)向表面22之間的緊密接觸。

優(yōu)選地，加強(qiáng)管延伸直至保護(hù)鞘的近側(cè)端部44。然而，加強(qiáng)管并未延伸直至保護(hù)鞘的遠(yuǎn)側(cè)端部62。優(yōu)選地，加強(qiáng)管包括斜切的遠(yuǎn)端部分，以使得其外直徑漸漸地接合保護(hù)鞘的外直徑。

還優(yōu)選地，機(jī)械止擋件6固定在(優(yōu)選地焊接在)加強(qiáng)管60上。機(jī)械止擋件6有利地允許溫度傳感器的直徑的精確的局部的適配性，并因此允許與目標(biāo)應(yīng)用的良好的相符性。優(yōu)選地，機(jī)械止擋件的最大橫向尺寸(即在垂直于對(duì)應(yīng)于礦物絕緣電纜的長(zhǎng)度的縱向方向的平面中)大于8mm和/或小于25mm。

通過(guò)自機(jī)械止擋件6起、或自近側(cè)端部44(不考慮機(jī)械止擋件6)起直至遠(yuǎn)側(cè)端部62而遍經(jīng)溫度傳感器，溫度傳感器的外側(cè)向表面由此包括圓柱形部分64、中間部分66和縮徑部56，該圓柱形部分64的外直徑由加強(qiáng)管60限定，該中間部分66對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)管的斜切遠(yuǎn)側(cè)終端部分。

有利地，縮徑部56改善了溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間。為了具有合適的響應(yīng)時(shí)間，縮徑部的外直徑在熱點(diǎn)處優(yōu)選地小于3.5mm、或小于3mm、或小于2mm、或小于1.5mm。

縮徑部56的長(zhǎng)度優(yōu)選地大于5mm和/或小于15mm。

根據(jù)本發(fā)明的溫度傳感器可以按照以下步驟a)至e)制造。

步驟a)至c)可對(duì)應(yīng)于根據(jù)如前所述的現(xiàn)有技術(shù)而被傳統(tǒng)地實(shí)施的步驟。

在步驟a)，制備礦物絕緣電纜或礦物絕緣電纜的部段。

在步驟b)，如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)地，從礦物絕緣電纜的端部中的一個(gè)、優(yōu)選地在2至7mm范圍內(nèi)的深度上取走礦物絕緣體，以暴露熱電偶線的遠(yuǎn)側(cè)終端部分。

在步驟c)，如圖4中所示，熱電偶線10和12的遠(yuǎn)側(cè)終端部分40和42被彼此連接，即遠(yuǎn)側(cè)終端部分40和42持久性地被置為物理接觸并被電連接，以形成熱點(diǎn)13。優(yōu)選地，通過(guò)熱焊接實(shí)現(xiàn)該連接。

在步驟d)，由兩條熱電偶線的連接形成的熱電偶被封裝，以被保護(hù)抵御環(huán)境。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，如根據(jù)由圖3c的箭頭示出的現(xiàn)有技術(shù)，熱點(diǎn)13通過(guò)保護(hù)鞘的變形、然后通過(guò)焊接而被封裝。

優(yōu)選地，在保護(hù)鞘中的封裝被實(shí)行，而不基于所述保護(hù)鞘形成縮徑部。礦物絕緣電纜的外直徑因此直至其遠(yuǎn)側(cè)端部62是大致恒定的。

優(yōu)選地，由封裝形成的腔室43填充有絕緣材料，該絕緣材料與礦物絕緣電纜的礦物絕緣體相同或不同，優(yōu)選地是粉狀的。絕緣材料粉可以特別地是氧化鋁粉或氧化鎂粉。

在步驟e)，礦物絕緣電纜優(yōu)選地受力引入到加強(qiáng)管的縱向孔中，直至這樣的位置：在該位置中，其遠(yuǎn)側(cè)終端部分超過(guò)加強(qiáng)管的遠(yuǎn)側(cè)端部。該遠(yuǎn)側(cè)終端部分由此限定縮徑部56。

優(yōu)選地，加強(qiáng)管固定在保護(hù)鞘5上，優(yōu)選地焊接在保護(hù)鞘5上。

正如現(xiàn)在很清楚地，根據(jù)本發(fā)明的制造方法的步驟、特別是獲得縮徑部的步驟是簡(jiǎn)單的，并且能夠被自動(dòng)化。這導(dǎo)致制造成本的顯著降低。

當(dāng)然，本發(fā)明不限于所述和所示出的僅出于示例性的目的而提供的實(shí)施方式。