專利名稱：基于電阻測量的溫度傳感器和帶有這種溫度傳感器的輻射加熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電阻測量的、尤其是輻射加熱體用的溫度傳感器以及一種輻射加熱體。
背景技術(shù)：
眾所周知，爐盤的烹飪區(qū)配有傳感器系統(tǒng)，在爐盤的最大容許溫度達(dá)到時，該傳感器系統(tǒng)斷開爐盤的加熱。這里一般使用棒式膨脹調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器用兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料制成。在到達(dá)設(shè)計規(guī)定的溫度時，通過加熱引起的不同膨脹使兩個接點相互斷開，從而中斷烹飪區(qū)加熱裝置的供電。這種棒式膨脹調(diào)節(jié)器的缺點是棒式膨脹調(diào)節(jié)器的開關(guān)點的變化需要花費大的精力，且棒式膨脹調(diào)節(jié)器對溫度變化的反應(yīng)慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種溫度傳感器以及一種輻射加熱體，用它們可避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點，特別是在低的生產(chǎn)成本情況下可達(dá)到高的精度和高的安全性。
這個目的是通過一種具有權(quán)利要求1的特征的溫度傳感器來實現(xiàn)的。本發(fā)明的諸多有利的和優(yōu)選的方案在其他各項權(quán)利要求中提出并將在下面進(jìn)行詳細(xì)說明。通過明確參照權(quán)利要求書的措詞，獲得說明書的部分內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明，溫度傳感器具有一個傳感元件，該傳感元件用一種具有正溫度系數(shù)、尤指具有比貴金屬的溫度系數(shù)高的材料制成。此外，該溫度傳感器具有一個外殼，外殼內(nèi)放置該傳感元件。這種溫度傳感器可隨時進(jìn)行實際溫度的電子式的測定。為了在達(dá)到最大溫度時實現(xiàn)爐盤的上述斷電作用，這種溫度傳感器或者與一個為此設(shè)置的簡單電路連接，或者與該爐盤的一個控制單元連接，該控制單元測算電阻，并在必要時關(guān)斷相應(yīng)的烹飪區(qū)或?qū)ζ浒闯绦蜻M(jìn)行控制。通過正溫度系數(shù)可實現(xiàn)溫度傳感器的電阻隨溫度的上升而增加。通過對傳感元件上的電壓降的測量以及通過對流經(jīng)傳感元件的電流的測量可以算出電阻并從中推斷出溫度。另一種可能性是，使用一個具有恒定電流強度的電流源或使用一個具有恒定電壓的電壓源，這樣就只須測量相在的其他值。如果對溫度測量的精度要求高，則可用一個4導(dǎo)線電路代替普通的2導(dǎo)線電路，其中兩根導(dǎo)線用來向傳感元件供給恒定電流，而另外兩根導(dǎo)線則用來測定電阻上的電壓降。4導(dǎo)線電路的優(yōu)點是，引線的電阻無關(guān)緊要。溫度系數(shù)越高，測量結(jié)果越精確，傳感元件的高的溫度系數(shù)在溫度小變化時就導(dǎo)致電阻值的大的變化。本發(fā)明的溫度傳感器具有高的反應(yīng)速度。另一個優(yōu)點是，只需要很低的制造成本，因為不需要機(jī)械部分。此外，這種溫度傳感器用于爐盤的烹飪區(qū)還有這樣的優(yōu)點與迄今為止常規(guī)的棒式膨脹調(diào)節(jié)器比較，這種溫度傳感器在視覺上不易察覺，而且不干擾或只稍微干擾烹飪區(qū)的發(fā)熱模式。
外殼最好至少部分地對熱輻射具有高的穿透性。外殼對溫度傳感器起機(jī)械保護(hù)作用，外殼也起電絕緣層的作用；因而可把溫度傳感器安裝在導(dǎo)電的表面上。借助于對熱輻射的高的穿透性，保證了熱輻射達(dá)到傳感元件，并由此產(chǎn)生電阻變化。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，與溫度有關(guān)的電阻用一種比鉑的溫度系數(shù)高的材料制成。
在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中，外殼至少部分地對熱輻射具有高的穿透性。借助于對熱輻射的高的穿透性，保證了熱輻射達(dá)到傳感元件并由此產(chǎn)生電阻變化。在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，傳感元件完全填滿外殼。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，該外殼用一種絕緣材料、優(yōu)選地用玻璃、陶瓷或石英制成，或由若干層組成，其最里層用一種絕緣材料制成。絕緣材料可使溫度傳感器直接安裝在尤其是爐盤的導(dǎo)電元件上。在用多層外殼時，可以只把一層做成絕緣的，而其它的層則起別的作用。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，該外殼部分地或全部地有至少一層用一種機(jī)械穩(wěn)定的材料、最好用金屬制成。這種穩(wěn)定層可減少機(jī)械負(fù)荷的影響，并由此提高溫度傳感器的耐久性。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，該外殼是氣密性封閉的，其中外殼的內(nèi)部壓力優(yōu)選低于外殼的外部壓力，或者說外殼的內(nèi)腔是抽真空的。通過這種外殼可保護(hù)傳感元件不被電流燒毀。特別是對一些用陶瓷材料制成的正溫度系數(shù)(PTC)傳感元件必須對氧氣進(jìn)行防護(hù)。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，溫度傳感器的外殼內(nèi)具有保護(hù)氣體，優(yōu)選是氮、氦、鹵素或一種諸如氬之類的稀有氣體或相應(yīng)氣體的混合物。通過使用保護(hù)氣體可不再降低外殼的內(nèi)部壓力來防止傳感元件與氧接觸。此外，在外殼內(nèi)部和外部壓力接近的情況下，可用一種不損害傳感元件的耐久性的保護(hù)氣體。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，外殼至少部分地對熱輻射具有減少輻射穿透性，其中減少輻射穿透性的區(qū)域優(yōu)選地做成反射結(jié)構(gòu)。通過減少輻射穿透性的這些區(qū)域可進(jìn)行定向的溫度測量。這種定向的溫度測量可從特殊的方向借助傳感元件只記錄熱輻射。來自這些方向的熱輻射相應(yīng)地對測量值產(chǎn)生較小的影響，在這些方向中，外殼具有減小的輻射穿透性。通過這些區(qū)域的對熱輻射反射的結(jié)構(gòu)可完全避免熱輻射的影響。在本發(fā)明的溫度傳感器用于爐盤的情況下，例如可借助溫度傳感器有選擇地測定玻璃陶瓷的溫度，而輻射加熱體的熱輻射對測量不產(chǎn)生直接的明顯影響。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，傳感元件的材料是一種鐵基合金，它的晶體結(jié)構(gòu)在被測的溫度范圍內(nèi)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。其中被測的溫度范圍通過例如一個爐盤的一般運行溫度來決定。這里一般涉及幾百攝氏度的溫度，通常約為600℃。保持這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)具有這樣的優(yōu)點，即在正常的運行中，避免了從α鐵到γ鐵的相位轉(zhuǎn)變。根據(jù)這種方式和方法，溫度傳感器便具有更好的耐久性。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，傳感元件的材料為鎢、鉬或鎢基或鉬基合金。這種合金用于鹵素?zé)艋虬谉霟襞菔潜娝苤摹?br> 根據(jù)本發(fā)明的又一方案，傳感元件的材料為一種鈷鐵合金，例如含有70％的鈷鐵。這種材料例如為真空熔煉公司(Vacuumschmelze)生產(chǎn)的產(chǎn)品代號“CF25”。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，傳感元件的材料為一種導(dǎo)電的陶瓷材料。
在本發(fā)明的又一方案中，傳感元件具有很小的熱容量或很小的橫截面。
本發(fā)明的上述目的同樣是通過一種具有權(quán)利要求16所述特征的、帶有加熱裝置、特別是帶有一條加熱線圈、一條加熱帶、一個鹵素輻射源或一個感應(yīng)系統(tǒng)的輻射加熱體來實現(xiàn)的，該輻射加熱體具有一個上述類型的溫度傳感器。本發(fā)明的溫度傳感器在許多方面優(yōu)于迄今為止在這方面所用的棒式膨脹調(diào)節(jié)器。與提供一個不變的開關(guān)點的棒式膨脹調(diào)節(jié)器比較，溫度傳感器可進(jìn)行溫度的連續(xù)測量，并由此也可進(jìn)行爐盤加熱體的開關(guān)點的復(fù)雜的變化。此外，本發(fā)明的溫度傳感器只有很小的惰性。
在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中，一個普通的白熾燈或鹵素?zé)糇鳛檩椛浼訜狍w的溫度傳感器使用。這個解決方案由于白熾燈或鹵素?zé)舻某膳a(chǎn)而對成本是理想的。常規(guī)的白熾燈或鹵素?zé)舻某杀久黠@低于棒式溫度調(diào)節(jié)器的成本。
作為本發(fā)明的溫度傳感器同樣可用一個普通的鹵素輻射加熱體。對一個周期性工作的鹵素輻射加熱體來說，例如溫度測量可在該加熱體不加熱的階段內(nèi)進(jìn)行。對多個可相互獨立控制的鹵素加熱體的烹飪區(qū)可用一個不用來加熱的鹵素輻射加熱體作為溫度傳感器使用。
原則上，對全部帶有內(nèi)部照明的電熱器具例如烤爐或微波爐，本發(fā)明都可用燈作為傳感器使用。所以例如在周期性運行中，燈有時作為內(nèi)部照明用，有時則作為溫度傳感器用。此外，還可在電熱器具的內(nèi)腔中，在只滿足照明功能的第一個燈的旁邊設(shè)置第二個燈，后者在封閉外罩的情況下起溫度傳感器的作用，而在打開外罩的情況下則作為附加的照明用。
本發(fā)明的溫度傳感器除了測定溫度的功能外，還可在利用它作為線圈、尤其是作為具有線性導(dǎo)體線圈的性能的情況下，把它作為鍋的檢測傳感器使用。這種傳感器通過電磁場附近的或位于其中的鍋引起的電磁場的性質(zhì)的變化可以識別出該烹飪區(qū)的鍋的存在及其型號。這例如可參閱EP-A-1 276 350。
另一種供選擇的可能性是利用傳感器的溫度來進(jìn)行帶有可以預(yù)定溫度變化過程的所謂傳感器控制的烹飪。這樣，烹飪過程可以說就是自動控制的。這時比鉑高的溫度系數(shù)是有利的，因為精度較高。
本發(fā)明的優(yōu)選方案的這些和其它特征除了可從權(quán)利要求書中得知外，也可從說明書和附圖中得知。其中各個特征可單獨地或多個組合的形式在本發(fā)明的實施例中和別的范圍實現(xiàn)，而且都是有利的以及本身申請保護(hù)的結(jié)構(gòu)。申請書的分段以及中間標(biāo)題不限制論述的總體有效性。


本發(fā)明的實施例將參考附圖在下面進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖表示圖1本發(fā)明溫度傳感器的第一種結(jié)構(gòu)型式的剖視圖；圖2鉑電阻和市售鹵素?zé)舻南鄬﹄娮枧c溫度的關(guān)系曲線圖；圖3帶有一個本發(fā)明溫度傳感器第二種結(jié)構(gòu)型式的輻射加熱體的俯視圖；圖4帶有一個本發(fā)明溫度傳感器第三種結(jié)構(gòu)型式的輻射加溫體的俯視圖；圖5帶有一個本發(fā)明溫度傳感器第四種結(jié)構(gòu)型式的輻射加熱體的俯視圖；圖6帶有兩個本發(fā)明溫度傳感器第四種結(jié)構(gòu)型式的輻射加熱體的俯視圖。
具體實施例方式
圖1表示一個本發(fā)明的溫度傳感器，該傳感器具有一個管狀延伸的外殼10。外殼10的兩端是封閉的，所以其整體是氣密性密封的。外殼的一側(cè)有一層反射層12。在該側(cè)沒有熱輻射透入外殼中。在外殼10內(nèi)，平行于外殼10的主延伸方向布置一個傳感元件14。傳感元件14具有一根線圈14a和兩根引線14b、14c。引線14b、14c在外殼的端部從外殼引出并與溫度傳感器的連接接點16b、16c連接。
熱輻射18在不反射的一側(cè)到達(dá)外殼10、進(jìn)入外殼10并在該處加熱傳感元件14、特別是加熱線圈14a。由于線圈14a的正溫度系數(shù)特性，電阻隨溫度的升高而增加，連接接點16b、16c上的電壓以及電流強度的測量可推斷線圈14a的電阻并由此推斷出溫度。在反射的一側(cè)到達(dá)外殼10的熱輻射20不可能穿透外殼，而是被外殼反射。實質(zhì)上它對傳感元件14的熱沒有影響。
圖2表示相對的電阻變化與溫度的關(guān)系曲線圈，橫坐標(biāo)注出0℃至1000℃的溫度范圍?？v坐標(biāo)表示相對電阻。數(shù)值1定為室溫情況下的相對電阻。其中，曲線22是根據(jù)常規(guī)鹵素?zé)舻贸龅?，而曲線24則表示鉑正溫度系數(shù)電阻的性能。從圖中可以看出，在溫度上升的情況下，曲線22所示的常規(guī)鹵素?zé)舻南鄬﹄娮璞惹€24所示的鉑正溫度系數(shù)電阻的相對電阻增加得快。例如常規(guī)鹵素?zé)舻碾娮柙跍囟葟氖覝厣仙?000℃時大約增加到10倍，而鉑正溫度系數(shù)元件的相應(yīng)加熱則只導(dǎo)致電阻變化4倍左右。還可以看出，表示鉑正溫度系數(shù)電阻性能的曲線24幾乎呈線性上升；而常規(guī)鹵素?zé)舻那€22則表明，相對電阻和溫度之間的關(guān)系不完全成比例。但比例的偏差并不重要，而且不妨礙常規(guī)鹵素?zé)糇鳛闇囟葌鞲衅魇褂谩?br> 圖3至圖6分別表示一個帶有本發(fā)明不同結(jié)構(gòu)型式的溫度傳感器32、42、50、60、64的輻射加熱體。這些輻射加熱體分別具有一條同心布置在圓段內(nèi)的加熱帶28。全部四個輻射加熱體都有一個由加熱帶28留空的區(qū)域30，在該區(qū)域內(nèi)分別布置一個溫度傳感器32、40、50或兩個溫度傳感器60、64。
圖3所示的溫度傳感器32具有一個直管狀的外殼，該外殼在兩端是氣密性密封的。連接線36b、36c在外殼34的兩端引入外殼中。一個線圈形式的傳感元件36a布置在連接線36b、36c之間。其中連接線36c從輻射加熱體側(cè)向引出，而連接線36b則以一種在圖3中未示出的方式方法在底部穿過輻射加熱體引出。
圖4所示的輻射加熱體具有一個另一種構(gòu)型的溫度傳感器42，該溫度傳感器配有一個U形彎管形狀的外殼44。這樣就形成兩個相對于輻射加熱體向外指向的分肢。按圖3所示輻射加熱體的溫度傳感器32的相似的方式方法，溫度傳感器42也具有兩根引線46b、46c和一個線圈46a形狀的傳感元件。通過溫度傳感器42的這種U形結(jié)構(gòu)，獲得了這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，即兩根引線46b、46c可在輻射加熱體的外側(cè)引出，而無須在輻射加熱體的中部實現(xiàn)在技術(shù)上復(fù)雜得多的引線。這也可通過外殼中的另一引線來實現(xiàn)。
圖5所示的輻射加熱體26具有一個本發(fā)明的溫度傳感器50，該傳感器具有一個球形的外殼，在該外殼中布置一根線圈。該溫度傳感器50也可布置在輻射加熱體的別的位置，例如在邊緣的附近。在溫度傳感器50和輻射加熱體26的底座之間設(shè)置一個反射器52。這樣就可保證溫度傳感器50測定的溫度幾乎只受到來自上方的熱輻射的影響；而來自下方的熱輻射則絕大部分被反射，因而幾乎不產(chǎn)生虛假的測量。到溫度傳感器的導(dǎo)致敷設(shè)在一個絕緣外套54中，該外套54保證了導(dǎo)線電阻幾乎保持恒定和同樣對溫度測量不產(chǎn)生影響。外套54和反射器52也可構(gòu)成一體，或設(shè)計成使外套54將反射器52保持就位。
圖6表示具有兩個溫度傳感器60、64的輻射加熱體26。溫度傳感器60、64為圖5所示的相同型號。它們布置在離輻射加熱體26的中心的不同距離處，因而可在輻射加熱體26的不同位置測定溫度。也象圖5所示的輻射加熱體26那樣，導(dǎo)線配有一個外套62，以免導(dǎo)線電阻隨溫度變化和由此得出虛假的溫度測量。也可為每個溫度傳感器配置反射器。
權(quán)利要求
1.基于電阻測量的溫度傳感器，其特征為，溫度傳感器(32；42；50；60、64)具有用正溫度系數(shù)的材料、尤其是用比貴金屬的溫度系數(shù)高的材料制成的、帶有與溫度有關(guān)的電阻的傳感元件(14a；36a；46a)和外殼(10；34；44)，傳感元件(14a；36a；46a)布置在該外殼中。
2.按權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其特征為，該與溫度有關(guān)的電阻用比鉑的溫度系數(shù)高的材料制成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的溫度傳感器，其特征為，外殼(10；34；44)至少部分地對熱輻射(18，20)具有高的穿透性。
4.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，該傳感元件完全裝滿該外殼。
5.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，外殼(10；34；44)用絕緣材料，優(yōu)選地用玻璃、陶瓷或石英制成，或由若干層組成，其最里層用絕緣材料制成。
6.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，該外殼部分地或全部地有至少一層用機(jī)械穩(wěn)定的材料、優(yōu)選地用金屬制成。
7.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，外殼(10；34；44)是氣密性密封的，其中，該外殼的內(nèi)部壓力優(yōu)選地低于外殼的外部壓力。
8.按權(quán)利要求7所述的溫度傳感器，其特征為，外殼(10；34；44)內(nèi)的溫度傳感器(32；42)具有保護(hù)氣體，優(yōu)選是氮、氦、鹵素或氬或其混合物。
9.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，外殼(10)至少部分地對熱輻射(18、20)具有減少的熱輻射穿透性，其中減少熱輻射穿透性的區(qū)域(12)優(yōu)選地構(gòu)成反射結(jié)構(gòu)。
10.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，傳感元件(14a；36a；46a)的材料是鐵基合金，它的晶體結(jié)構(gòu)在被測的溫度范圍內(nèi)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。
11.按權(quán)利要求1至9任一項所述的溫度傳感器，其特征為，傳感元件(14a；36a；46a)的材料為鎢、鉬或鎢基合金或鉬基合金。
12.按權(quán)利要求1至9任一項所述的溫度傳感器，其特征為，傳感元件(14a；36a；46a)的材料是鈷鐵合金。
13.按權(quán)利要求1至9任一項所述的溫度傳感器，其特征為，傳感元件(14a；36a；46a)的材料為導(dǎo)電的陶瓷材料。
14.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，該傳感元件具有很小的熱容量或很小的橫截面。
15.按前述權(quán)利要求任一項所述的溫度傳感器，其特征為，該外殼的內(nèi)部全部或部分地充填耐熱的粉狀或粒狀材料，優(yōu)選為充填石英粉或石英砂。
16.具有加熱裝置(28)的輻射加熱體(26)，其特征為，具有按權(quán)利要求1至15任一項所述的溫度傳感器(32；42；50；60，64)。
17.按權(quán)利要求16所述的輻射加熱體(26)，其特征為，溫度傳感器(32；42；50；60，64)是普通白熾燈或鹵素?zé)簟?br> 18.普通的白熾燈或鹵素?zé)糇鳛閹щ娮铚y量的電溫度傳感器使用，用來進(jìn)行尤其是輻射加熱體內(nèi)的溫度測量。
19.普通的鹵素輻射加熱體作為帶電阻測量的電溫度傳感器使用，用來進(jìn)行溫度測量。
20.在交替運行中的普通白熾燈或鹵素?zé)糇鳛閹щ娮铚y量的電溫度傳感器使用，用來進(jìn)行溫度測量和尤其是作為帶有內(nèi)部照明的電熱器具的照明。
21.按權(quán)利要求1至15任一項所述的溫度傳感器作為鍋檢測傳感器或線性傳感器的使用。
全文摘要
在一個實施例中，本發(fā)明的溫度傳感器具有一個帶與溫度有關(guān)的電阻的傳感元件(14)和一個該傳感元件的封閉外殼(10)或石英玻璃管。這種溫度傳感器優(yōu)選是一種用于探照燈等的普通鹵素?zé)?。這是對輻射加熱體(26)精確測量溫度的一種便利的方案。
文檔編號G01K7/16GK1906470SQ200480040595
公開日2007年1月31日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者W·蒂姆, W·維滕哈根 申請人:E.G.O.電氣設(shè)備制造股份有限公司