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    关 键 词:
    温度传感器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201310070490.8

    申请日:

    2013.03.06

    公开号:

    CN103308207A

    公开日:

    2013.09.18

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01K 7/22申请日:20130306|||公开
    IPC分类号: G01K7/22 主分类号: G01K7/22
    申请人: 株式会社电装
    发明人: 藤堂祐介; 堀恒丹; 高桥外雄
    地址: 日本爱知县
    优先权: 2012.03.06 JP 2012-049682
    专利代理机构: 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人: 张海涛;于辉
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310070490.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.07.06|||2013.10.23|||2013.09.18

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    温度传感器包括热敏元件、电连接至热敏元件的第一电极线和第二电极线、分别部分地与第一电极线和第二电极线重叠并与第一电极线和第二电极线连接的第一信号线和第二信号线。第一电极线和第二电极线用主要由铂组成的第一金属材料制成。第一信号线和第二信号线用含铝的并且具有比第一金属材料大的线性热膨胀系数的第二金属材料制成。第一电极线和第一信号线的重叠部分以及第二电极线和第二信号线的重叠部分中的每一个包括通过使该第一电极线或者第二电极线和该第一信号线或者第二信号线熔融并随后凝结而形成的接头部。该接头部包括形成在其表面上的含铝的氧化膜。

    权利要求书

    权利要求书
    1.   一种温度传感器,包含:
    热敏元件,所述热敏元件的电特性依赖于环境温度而变化。
    第一电极线和第二电极线,所述第一电极线和第二电极线电连接至所述热敏元件;
    第一信号线和第二信号线,所述第一信号线和第二信号线分别至少部分地与所述第一电极线和第二电极线重叠并且与所述第一电极线和第二电极线连接;以及
    护套销,所述护套销以所述第一信号线和第二信号线的前部从所述护套销暴露的状态容纳所述第一信号线和第二信号线;
    其中,
    所述第一电极线和第二电极线用主要由铂组成的第一金属材料制成,
    所述第一信号线和第二信号线用第二金属材料制成,所述第二金属材料含铝并且具有比所述第一金属材料的线性热膨胀系数大的线性热膨胀系数,
    所述第一电极线和所述第一信号线的重叠部分以及所述第二电极线和所述第二信号线的重叠部分中的每一个包括通过使所述第一电极线或者第二电极线和所述第一信号线或者第二信号线熔融并随后凝结而形成的接头部,并且
    所述接头部包括形成在其表面上的含铝的第一氧化膜。

    2.   权利要求1的温度传感器,其中所述第一信号线和第二信号线中的每一个包括形成在其外围上的含铝的第二氧化膜。

    3.   权利要求1的温度传感器,进一步包含容纳所述热敏元件、所述第一电极线和第二电极线以及所述第一信号线和第二信号线的外壳,以及填充在所述外壳中的填充物,
    通过所述填充物固定所述第一电极线和第二电极线以及所述第一信号线和第二信号线。

    4.   权利要求1的温度传感器,其中所述第一氧化膜主要由Al2O3组成。

    5.   权利要求2的温度传感器,其中所述第二氧化膜主要由Al2O3组成。

    6.   权利要求1的温度传感器,其中所述第一金属材料和所述第二金属材料中的每一种为含铝的镍基合金或者含铝的铁铬基合金。

    7.   权利要求3的温度传感器,其中所述填充物主要由Al2O3组成。

    说明书

    说明书温度传感器
    背景技术
    1.发明领域
    本发明涉及温度传感器。
    2.现有技术
    已知使用具有诸如热敏电阻元件的热敏元件的温度传感器检测汽车尾气的温度,其中该热敏元件的电阻依赖于环境温度而变化。这样的温度传感器包括具有热敏元件、连接到该热敏元件的电极线、连接到该电极线的信号线和容纳信号线的护套销(sheath pin)的温度传感器,其中该护套销以信号线在其前端从护套销暴露的状态容纳信号线。通常,铂被用作电极线的材料,而SUS310S被用作信号线的材料。
    同时地,建议在电极线和信号线之间布置中间层。例如,日本特开No.2009?294107公开了具有如下结构的温度传感器:其中将具有热膨胀系数在电极线的热膨胀系数和信号线的热膨胀系数之间的中间层构件布置在电极线和信号线之间的重叠部分中,并且该中间层构件与其邻近部分被激光焊接以形成中间层。
    但是,上述温度传感器不适于检测宽的温度范围,例如从约?40°C到+1000°C的温度范围,原因如下。在使用铂作为电极线的材料以及SUS310S作为信号线的材料的温度传感器中,电极线的热膨胀系数与信号线的热膨胀系数之间差异大。因此,在电极线和信号线之间的接头部中的热应力随着使用中热态与冷态之间温差的增大而增大。由此,在材料强度方面比信号线弱的电极线可能会断裂。在温度传感器重复经受冷热循环的情况中,这个问题变得特别突出。
    顺便提一句,在上述专利文献描述的温度传感器中,通过布置中间层构件形成中间层,其中该中间层构件具有的热膨胀系数在电极线的热膨胀系数和信号线的热膨胀系数之间。但是,通过使用这样的结构难以完全地防止电极线的破断,因为中间层和信号线可能被氧化。
    发明内容
    根据示例性实施方式,提供了温度传感器,包括:
    热敏元件,该热敏元件的电特性依赖于环境温度而变化。
    第一电极线和第二电极线,该第一电极线和第二电极线电连接至热敏元件;
    第一信号线和第二信号线,该第一信号线和第二信号线分别至少部分地与第一电极线和第二电极线重叠并且与之连接;以及
    护套销,该护套销以第一信号线和第二信号线的前端部分从该护套销暴露的状态容纳第一信号线和第二信号线。
    其中,
    第一电极线和第二电极线用主要由铂组成的第一金属材料制成。
    第一信号线和第二信号线用第二金属材料制成,其中该第二金属材料含铝并且具有比第一金属材料的线性热膨胀系数大的线性热膨胀系数。
    第一电极线和第一信号线的重叠部分以及第二电极线和第二信号线的重叠部分中的每一个包括通过使该第一电极线或者第二电极线和该第一信号线或者第二信号线熔融并随后凝结而形成的接头部,并且
    该接头部包括形成在其表面上的含铝的第一氧化膜。
    根据该示例性实施方式,提供了包括连接到热敏元件的电极线和连接到该电极线的信号线的温度传感器,其中该温度传感器即使在经受重复的冷热循环时也呈现出对电极线破坏的高抵抗力。
    本发明的其它优点和特征将从以下包括附图和权利要求的说明中得以显示。
    附图说明
    在附图中:
    图1为根据本发明第一实施方式的温度传感器的前部平面图。
    图2为根据本发明第一实施方式的温度传感器的前部侧视图。
    图3为图2的沿着线III?III获取的截面图。
    图4为根据本发明第一实施方式的温度传感器的纵向截面图。
    图5为根据本发明第二实施方式的温度传感器的前部的侧视图。
    图6为根据本发明第三实施方式的温度传感器的前部侧视图。
    图7说明了当温度传感器经受冷热循环时,热态和冷态之间的温差对施加于根据本发明第三实施方式的温度传感器的接头部的应力的影响情况。
    图8为示出了根据本发明第三实施方式的温度传感器的接头部与其邻近部分的放大示意图。
    图9为图8的沿着线IX?IX获取的截面图。
    图10说明了在传统温度传感器的样品上进行的作为试验实例1的耐久性试验的结果。
    图11说明了在本发明的温度传感器的样品上进行的作为试验实例1的耐久性试验的结果。
    图12说明了在传统温度传感器的样品的护套销上进行的作为试验实例2的耐久性试验的结果。
    图13说明了在传统温度传感器的样品上进行的作为试验实例3的耐久性试验的结果;并且
    图14说明了在本发明的温度传感器的样品上进行的作为试验实例3的耐久性试验的结果。
    具体实施方式
    在描述本发明的各种实施方式之前,首先说明对各种实施方式通用的事项。
    每一个根据本发明的实施方式的温度传感器均能够被插入和固定到排气管,以测定从内燃机排放的尾气的温度。在这些实施方式中,温度传感器的被插入排气管等中的一侧,即布置有热敏元件的一侧称为前侧,而相对侧称为后侧。每一个温度传感器的热敏元件可以是电阻依赖于环境温度而变化的热敏电阻元件。
    每一个温度传感器的电极线用主要由铂组成的金属材料制成。此处,“主要由铂组成”表示“含有50质量%或更多的铂”。该金属材料可以是含铂及其他种类的合金组分的铂合金,或者是镀金的铂。其它种类的合金组分可以是铂族金属诸如铑、铱、钯、钌、锇,或者可以是镍或钨。该金属材料可以含有这些合金组分中的一种或多种。用作电极线的材料的铂或铂合金可以含有在制造过程期间不能清除的杂质。其它种类的合金组分含量的确定需要考虑必要的强度、加工性能以及所添加元素的种类。
    电极线的金属材料的线性热膨胀系数优选地在7至11×10?6(1/°C)的范围内,并且更优选地在8至10×10?6(1/°C)的范围内。此处,术语“线性热膨胀系数”依照日本工业标准JIS Z2285(金属材料的线性热膨胀系数的测定方法)。线性热膨胀系数通过使用了被设定至1000°C温度的热力学分析仪的恒温测定法测定。电极线的横截面形状并不局限于任何具体的形状。其可以是近似的圆形。电极的直径可以在0.1mm至0.4mm的范围内。
    信号线由含铝的金属材料组成。信号线中含有的铝为形成随后描述的第一氧化物膜和第二氧化物膜所需的重要元素。作为含铝的金属材料,可以使用含铝的镍基合金或含铝的铁铬基合金。理由如下。
    在传统的温度传感器中,信号线由SUS310等制成。在这样的情况中,如果温度传感器重复地经受冷热循环,在信号线或接头部中产生氧化作用,作为其结果,在该信号线和接头部的表面上形成主要由铬氧化物组成的氧化物膜。该铬基氧化物膜具有低的线性热膨胀系数,而且是脆弱的。因此,当该温度传感器重复地经受冷热循环时,该氧化物膜可能从信号线剥落从而引起该信号线的横截面面积或直径减小。该信号线直径的减小削弱了信号线强度,作为其结果,该信号线易于塑性变形并由此导致施加于接头部的热应力增强。于是,该电极线可能断裂。
    相比之下,如果信号线由含铝的金属材料组成,则该信号线的抗氧化性增强。因此,在这样的情况中,即使当温度传感器重复地经受冷热循环,因为信号线的表面不可能被氧化,以及由于氧化物膜的剥落所致的信号线横截面面积的减少不可能发生,则可抑制由于信号线直径的减小所致的塑性变形。于是,可以抑制施加于接头部的热应力的增大,并且更可靠地防止电极线的破断。当信号线由含铝的镍基合金制成时,这种优点特别显著。此外,在这样的情况中,因为护套销的加工性能对于容纳信号线来说是良好的,与用含铝的铁铬基合金制成的信号线的情况相比,其可制造性能够得到提高。
    作为含铝的镍基合金,可以使用INCONEL(Special Metals Corporation 的注册商标)601或617。该铁铬基合金,即主要由铁和铬组成并且添加有铝的合金,其可以含有除了铁、铬和铝以外的合金元素。该含铝的铁铬基合金可以是含铝的铁素体基不锈钢??悸堑娇寡趸?,含铝的金属材料的铝含量优选地为0.2质量%或更多,并且更优选地为1.0质量%或更多??悸堑郊庸ば阅?,铝的含量优选地为5.0质量%或更少,并且更优选地为3.0质量%或更少。
    信号线的金属材料具有比电极线的材料大的线性热膨胀系数。信号线的横截面形状并不局限于任何具体的形状。其可以是近似的圆形。在这样的情况中,信号线的直径可以在0.2mm至0.5mm的范围内。
    电极线和信号线之间的重叠部分能够通过将电极线后侧上的一定区域和信号线前侧上的一定区域重叠而构成,使得电极线和信号线彼此轴向地平行。重叠部分的轴向长度并不局限于任何具体长度。其可以在0.3mm至0.8mm的范围内。
    连接其中一根电极线的轴向中心和相应的其中一根信号线的轴向中心并在垂直于轴向方向的横截面中的直线可以平行于或不平行于连接另一根电极线的轴向中心和另一根信号线的轴向中心并在垂直于轴向方向的横截面中的直线,其中上述其中一根电极线和相应的其中一根信号线重叠在两个重叠部分之一中,上述另一根电极线和另一根信号线重叠在另一个重叠部分中。在上述情况中,因为激光束能够以倾斜的方向施加于重叠部分,在激光焊接工艺过程中的灵活程度增强,作为其结果,接头部的连接强度能够更易于增强。
    接头部通过使重叠在重叠部分中的电极线和信号线部分地熔融、并随后凝结该熔融的部分而形成。因此,接头部为电极线的金属材料和信号线的金属材料的混合物。接头部可以是单个或被分为多个连接部分。在后者的情况中,多个连接部分可以彼此结合或彼此分离??悸堑礁慕芍圃煨?,使位于连接电极线和信号线的轴向中心的直线外侧的接头部的形成面积可以比位于该直线内侧的大,其中该直线在垂直于轴向方向的横截面中连接电极线和信号线的轴向中心。位于电极线侧的接头部的形成面积可以与信号线侧的接头部的形成面积相同或不同??悸堑娇刂平油凡康南咝匀扰蛘拖凳谒谕姆段诓⑶壹跣〗油凡亢偷缂叩南咝匀扰蛘拖凳涞牟钜?,优选地,位于电极线侧上的接头部的形成面积大于位于信号线侧的。
    优选地,第一氧化物膜基本上覆盖接头部的整个表面。例如,第一氧化物膜能够在含氧气氛中通过激光焊接电极线和信号线之间的重叠部分而形成。这样的气氛可以为空气或添加有作为辅助气体的氮气的空气。
    第一氧化物膜的厚度并不局限于任何具体的数值。但是,考虑到减低施加于接头部的热应力并且增加接头部的抗氧化性,在经受重复的冷热循环之前第一氧化物膜在其初始状态中的厚度优选地在1μm至50μm的范围内。
    从护套销暴露的信号线部分可以包括形成在其外围以增加信号线的抗氧化性的含铝的第二氧化物膜。这样使得抑制信号线直径的减小并且因此抑制信号线的塑性变形变得可能。结果,因为施加于接头部的热应力能够被减低,电极线能够更可靠地避免断裂。顺便提及,优选地,第二氧化物膜基本上覆盖从护套销暴露的信号线部分的整个外部周围。
    第二氧化物膜的厚度并不局限于任何具体数值。但是,考虑到增强信号线的抗氧化性,在经受重复的冷热循环之前第二氧化物膜在其初始状态中的厚度优选地为1μm至50μm的范围内。
    第一氧化膜和第二氧化膜可以主要由Al2O3组成。此处,“主要由Al2O3组成”表示“含有50质量%或更多的Al2O3”。
    在这样的情况中,因为膜强度增强,第一氧化物膜和第二氧化物膜即使当经受重复的冷热循环也极不可能剥落。第二氧化物膜的设置抑制了信号线的直径减小所致的信号线的塑性变形。因此,第二氧化物膜的设置使得抑制施加于接头部的热应力并进一步可靠地避免电极线的破断变得可能。
    第一氧化物膜和第二氧化物膜中的每个的Al2O3含量优选地为50质量%或更多,更优选地为70质量%或更多,再更优选地为90质量%或更多。顺便提及,在确保上述优点的前提下,第一氧化物膜和第二氧化物膜中的每一个可以含有除Al2O3以外的氧化物。这样的氧化物可以是在信号线的金属材料中含有的金属元素的氧化物。例如,其可以为铬氧化物。
    温度传感器可以包括布置在护套销侧前端的用于覆盖热敏元件、电极线和信号线的外壳,并包括填充在该外壳中的填充物。在这样的情况中,因为填充物充填了外壳的内壁与热敏元件、电极线以及信号线之间的空隙,抗振性能够得到增强。
    该外壳可以由金属材料制成,其中该金属材料可以是镍基合金或铁铬基合金。更具体地,该金属材料可以为INCONEL600、INCONEL601或SUH21(日本工业标准JIS G4312)。
    在这样的情况中,电极线和信号线能够经由填充物被固定到外壳。这种固定可以通过电极线和信号线之间的粘着力,以及填充物和外壳之间的粘着力实现。进一步地,这种固定可以通过电极线和信号线之间的摩擦接触,以及填充物和外壳之间的摩擦接触实现。
    在这样的情况中,位于最外围处的外壳首先受热并且随后首先冷却。另一方面,与外壳相比,位于外壳内的电极线和信号线难以受热并且在受热后难以冷却,而且除此之外还受到填充物的限制。因此,与不存在填充物的情况相比,施加于接头部的热应力可能增强。该温度传感器对于电极线在上述严峻热应力条件的破断具有抵抗力。
    填充物可以主要由Al2O3组成。此处,“主要由Al2O3组成”表示“含有50质量%或更多的Al2O3”。
    这样有益于抑制施加于接头部的热应力以防止电极线的破坏,因为第一氧化物膜的主要成分和第二氧化物膜的主要成分能够同样地制成。
    填充物可以是添加有玻璃作为粘合剂的Al2O3。该粘合剂含量需要考虑到必要的强度和必要的力来确定以限制电极线。粘合剂的含量可以在2至10质量%的范围内。
    上述温度传感器能够通过如下步骤制造。将一对由主要由铂组成的金属材料制成的电极线电连接至热敏元件。两根连接到热敏元件的电极线中的每一根的后端的一定区域接触和重叠在相应的其中一根信号线上,以形成重叠部分。在含氧的气氛中将激光束施加于该重叠部分,以将电极线和信号线连接在一起。电极线和信号线被部分熔融,并且随后被凝结,结果形成接头部。在这时,由于信号线中含有的铝,第一氧化物膜被形成在接头部的表面上。
    第二氧化物膜能够通过以下工艺过程形成在信号线的外围上。在接头部形成后,在含氧的气氛例如空气中,在温度从约900°C至1000°C下将信号线热处理。在这时,由于信号线中含有的铝,第二氧化物膜被形成在信号线的外围上。电极线、信号线和外壳能够通过以下方法经由填充物被相互固定。将热硬化的浆状填充物材料置于外壳中。其次,将形成有接头部的重叠部分从热敏元件的侧插入填充物材料。其后,将填充物材料以适于该填充物材料在含氧氛围例如空气中硬化的温度热处理。根据本方法,制造过程能够被简化,因为使用填充物的固定和形成第二氧化物膜能够同时进行。
    以下将描述本发明的不同实施方式。
    在以下描述的实施方式中,相同的或等同的组件将通过相同的附图标记或汉字标示。
    第一实施方式
    参照图1至4描述根据本发明的第一实施方式的温度传感器1A。如图1至4所示,温度传感器1A包括电特性依赖于环境温度而变化的热敏元件2、连接到该热敏元件2的一对电极线3、与该电极线3重叠并与该电极线3连接的一对信号线4、以及以暴露该信号线4前端的状态容纳该信号线4的护套销5。
    电极线3用主要由铂组成的金属材料制成。信号线4用含铝金属材料制成,并具有比电极线3的金属材料大的线性热膨胀系数。更具体地,在本实施方式中,电极线3用含有10质量%的铱的铂合金制成,并在1000°C时线性热膨胀系数为9.88×10?6(1/°C)。电极线4用INCONEL601(含1.4质量%的铝的镍基合金)制成,并在1000°C时线性热膨胀系数为17.7×10?6(1/°C)。电极线3和信号线4都具有近似圆形的横截面。电极线3的直径为0.25mm。信号线4的直径为0.35mm。
    接头部6存在于电极线3和信号线4之间的重叠部分。接头部6通过部分熔融电极线3和信号线4并且随后凝结而成。接头部6在其表面形成有含铝的第一氧化物膜61。
    以下将更详细地说明根据本实施方式的温度传感器1A。温度传感器1A用于检测汽车尾气的温度。温度传感器1A的使用范围为从约?40°C的低温至约1000°C的高温。
    热敏元件2用电阻依赖于环境温度而变化的热敏电阻元件制成。热敏元件2具有近似长方形的形状。电极线3中的一根的前端结合到热敏元件2的一个表面,而另一根电极线3的前端结合到热敏元件2的另一个表面。也就是说,热敏元件2布置在两根电极线3之间。两根电极线3的轴向中心之间的距离比两根信号线4的小。从热敏元件2伸出的两根电极线2中的每一根后端的一定区域作为重叠区33重叠有相应的其中一根信号线4,以组成接头部6的部分。热敏元件2以及两根电极线3的前端通过玻璃11被密封在一起。
    两根信号线4从护套销5内部伸出。每根信号线4包括保持区42、重叠区43和弯曲部分44,其中保持区42通过护套销5保持,重叠区43重叠有相应的其中一根电极线43以组成接头部6的部分,弯曲部分44连接保持区42和重叠区43。与包括重叠区43内信号线4的中轴的平面比较,包括重叠区43外两根信号线4的中心轴的平面更靠近包括两根电极线3的中心轴的平面。
    电极线3和信号线4的重叠部分34通过重叠电极线3的重叠区33与信号线3的重叠区43组成,使得电极线3与信号线4轴向平行并与信号线4接触。如图3所示,连接相互重叠的两根电极线3中的一根和相应的两根信号线4中的一根二者的轴向中心的直线M1不平行于连接相互重叠的另一根电极线3和相应的另一根信号线4二者的轴向中心的直线M2。在本实施方式中,直线M1和M2之间的角θ为45度。
    接头部6是通过激光焊接部分熔融电极线3和信号线4并随后凝结而成。被布置铺设在电极线3和信号线4之间的接头部6由铂合金和INCONEL601(含1.4质量%铝的镍基合金)的混合物组成,其中铂合金作为电极线3的材料,INCONEL601作为信号线4的材料。因此,接头部6的线性热膨胀系数处于电极线3和信号线4的线性热膨胀系数之间。在本实施方式中,接头部6由两个连接部分60组成,该两个连接部分60从外侧看均近似圆形并且在它们的边缘彼此结合。
    第一氧化物膜61的形成是在通过激光焊接形成接头部6时作为信号线4的材料的INCONEL601中含有的铝组分氧化的结果。在本实施方式中,第一氧化物膜61含有90质量%或更多的Al2O3。第一氧化物膜61基本上均一地覆盖接头部6的表面。
    在本实施方式中,在提供有作为辅助气体的氮气的氛围中,从信号线4侧沿着垂直于连接两根信号线4的轴向中心的直线进行激光焊接,使得从激光焊接仪发射的激光束从与连接两根信号线4的轴向中心的直线平行的方向施加于在重叠部分34中的信号线4和电极线3之间的接触部分。该激光束的焦点位置在该接触部分处。该激光束的光斑直径为0.4mm。该激光束的功率为0.5kW。
    如图4所示,护套销5包括一对信号线4,由绝缘粉末诸如氧化镁粉末制成的、布置在信号线4周围的绝缘部分51,以及外套管部52。每根信号线4的重叠区43、弯曲部分44以及保持区42从护套销5的外套管部52暴露出来。保持护套销5的肋棱(rib)12被固定到外套管部52的外围。用于?;せぬ紫?和连接到该护套销后端的导管(lead)(未显示)的?;す?3通过环状焊接固定到肋棱12的后端。外套管部52、肋棱12和?;す?3分别用SUS310S、SUS304和SUS304制成。
    外壳7被安装并焊接至护套销5的前端部分的外围。外壳7包括适宜于护套销5的大直径部分71和小直径部分72,其中小直径部分72位于热敏元件2和电极线3与信号线4的暴露部分的周围。小直径部分72的前端以近似半球的形状密闭。外壳7用INCONEL601制成。
    以下将说明上述温度传感器1A的优点。温度传感器1A包括由铂合金制成的电极线3和由INCONEL601制成的信号线4,其中INCONEL601为含铝的镍基合金并具有比铂合金大的线性热膨胀系数。在电极线3和信号线4之间的重叠部分34中,布置有通过部分熔融电极线3和信号线4并随后凝结形成的接头部6。因为接头部6为电极线3和信号线4的材料的混合物,所以接头部6具有介于电极线3和信号线4之间的线性热膨胀系数。进一步地,温度传感器1A包括主要由Al2O3组成的形成在接头部6的表面上的第一氧化物膜61。这就使得可以减弱由于电极线3和信号线4的线性热膨胀系数的差异而产生的热应力。因此,当温度传感器1A经受从室温至950°C和1000°C之间的高温的范围的冷热循环时,可以防止在材料强度方面比信号线4弱的电极线3断裂。由此,本实施方式的温度传感器1A能够有利地被用来检测设有涡轮增压器的汽车的尾气温度。
    在本实施方式中,第一氧化物膜61主要由Al2O3组成。因此,第一氧化物膜61是稳固的,并且当经受重复的冷热循环时呈现抗剥落性。这样使得可以减弱施加于接头部6的热应力,从而进一步可靠地防止电极线3断裂。
    在本实施方式中,信号线4是用含铝的镍基合金制成的,因此呈现高抗氧化性。因此,即使当温度传感器1A经受重复的冷热循环,因为信号线4的表面不可能被氧化,并且信号线4的横截面积不可能由于氧化物膜的剥落而减少,可以抑制由于信号线4直径的减小所致的塑性变形的发生。这样使得可以减弱施加于接头部6的热应力,从而进一步可靠地防止电极线3断裂。进一步地,本实施方式的温度传感器1A因为护套销5的加工性能没有被削弱而具有高的可制造性。
    第二实施方式
    以下将参照图5描述根据本发明第二实施方式的温度传感器1B。如图5所示,在第二实施方式中,从护套销5暴露的信号线4在其外围形成有含铝的第二氧化物膜41。更具体地,信号线4的整个裸露部分基本上覆盖有第二氧化物膜41。在本实施方式中,第二氧化物膜41主要由Al2O3组成。更具体地,第二氧化物膜41含有90质量%或更多的Al2O3。除上述以外,根据第二实施方式的温度传感器1B与根据第一实施方式的温度传感器1A相同。第二氧化物膜41是在接头部6形成之后在900°C的温度下通过热处理从护套销5暴露的信号线4的部分而形成的。
    因此,由于信号线4最初在其外围具有第二氧化物膜41,该信号线4仍呈现较高的抗氧化性。由此,即使当温度传感器1B经受重复的冷热循环时,可以抑制由于信号线4的直径减小所致的其塑性变形的发生。这样使得可以减弱施加于接头部6的热应力,从而进一步可靠地防止电极线3断裂。主要由Al2O3组成的第二氧化物膜41是稳固的,并且因此能够可靠地得到以上描述的优点。
    第三实施方式
    以下将参照图6至9描述根据本发明第三实施方式的温度传感器1C。在第三实施方式中,如图6所示,填充物8被填充在外壳7中。更具体地,填充物8基本上完全充满外壳7的小直径部分72内侧。
    电极线3、信号线4和外壳7通过填充物8固定。在本实施方式中,填充物8主要由Al2O3组成并且在1000°C时具有的线性热膨胀系数约为8×10?6(1/°C)。电极线8、信号线4和填充物8被彼此固定。填充物8和外壳8也被彼此固定。除上述以外,根据第三实施方式的温度传感器1C与根据第二实施方式的温度传感器1B具有相同的结构。
    填充在外壳8中的填充物8通过下列方式制造。首先,将浆状填充物材料加入外壳7。该填充物材料含有Al2O3粉、玻璃粉和分散剂,然后配制使得整个浆料的水分含量为19质量%。添加这些粉末的1质量%的量的分散剂。将形成有接头部6的重叠部分34从热敏元件2侧插入外壳7中的填充物材料内。其后,将填充物材料在900°C下在大气中进行热处理,直至其最终形成为填充物8。在形成填充物8时,第二氧化物膜41形成在信号线4的外围中。
    在形成第二氧化物膜41中,位于最外围处的外壳7首先受热然后首先冷却。另一方面,与外壳7相比,位于外壳7内侧的电极线3和信号线4在加热后难以受热并难以冷却,并且还被填充物8所限制。因此,与不存在填充物8时相比,施加于接头部6的热应力可能增强。本实施方式的温度传感器1C对电极线在上述严峻的热应力条件下的破断具有抗性。以下将参照图7至9所示的实例更详细地说明这些机理。
    假设当填充物8已硬化时的温度为T0(本实例中为900°C),并且在温度为T0时施加于接头部6的应力σ为0。温度传感器1C经受从室温RT至高于T0的高温T1(本实例中为950°C)重复的冷热循环。在本实例中,满足如下条件:填充物8的线性热膨胀系数<电极线3的线性热膨胀系数<接头部6的线性热膨胀系数<信号线4和外壳8的线热膨胀系数。
    温度传感器1C在温度从T0至T1变化期间的运转状况如下。位于最外围处的外壳7首先受热并且膨胀。结果,热敏元件2和连接到热敏元件2的电极线3被拉伸。因此,如图8和9所示,接头部6的中断部分62在通过箭头A1所示的方向中被施加拉伸应力,其中接头部6为电极线3和信号线4彼此重叠的部位。尽管外壳7的内侧比外壳7本身更难以被加热,其仍被加热到一定程度。因此,信号线4也膨胀,尽管其膨胀小于外壳7。因此,中断部分62在通过箭头A2所示的方向中被施加拉伸应力。结果,中断部分62经受的拉伸应力等于通过箭头A1和A2所示的拉伸应力之差。中断部分62还被施加箭头A3所示方向上的应力以使该中断部分62沿着接头部6断开。这是因为电极线3通过外壳7被拉伸,其中该外壳7由于电极线3和信号线4的线性热膨胀系数之间的差异、以及填充物8的存在而具有大的线性热膨胀系数。
    温度传感器1C在温度从T0至RT变化期间的运转状况如下。位于最外周处的外壳7被首先冷却,随后显著收缩。结果,热敏元件2和连接到热敏元件2的电极线3被压缩。因此,中断部分62被施加箭头B1所示方向上的压缩应力。尽管外壳7的内部比外壳7本身更难以被冷却,但是其中仍在一定程度上保持热。因此,信号线4在一定程度上收缩,尽管不是即刻收缩。因此,中断部分62被施加箭头B2所示方向上的压缩应力。结果,中断部分62经受的压缩应力(切应力)等于箭头B1和B2所示的压缩应力之差。
    因此,当在室温RT和高温T1范围变化的冷热循环被重复时,中断部分62因为被轮流地施加拉伸应力和压缩应力而经受严峻的温度条件。
    即使在这样的状态中,本实施方式的温度传感器1C的接头部6能够避免被施加过大的热应力,因为主要由Al2O3组成的第一氧化物膜61形成在接头部6的表面上。进一步地,由于从护套销5暴露的信号线4的外围涂覆有主要由Al2O3组成的第二氧化物膜41,并且即使当重复冷热循环时第二氧化物膜41也抗剥落,其可以抑制信号线4由于其直径4的减小引起的塑性变形,并且因此抑制施加于接头部6的热应力。由此,本实施方式的温度传感器1C即使在以上描述的严峻温度条件下能够避免它的电极线3断裂。
    顺便提及,在第三实施方式中,信号线4与外壳7的材料相同,并且因此信号线4的电极的线性热膨胀系数与外壳7的相同。但是,在如下情况中也能够得到以上描述的优点:信号线4的线性热膨胀系数比外壳7的小,或外壳7的线性热膨胀系数比信号线4的小。
    试验实例1
    试验实例1示出了在本发明的温度传感器1的样品和传统温度传感器91的样品之间的耐久性试验之后的状态和初始状态的比较。耐久性试验在如下条件(下文称为“耐久性条件1”)中进行:这些温度传感器的环境温度从室温上升至最高温度950°C,然后再降低至室温,这样的循环重复5,000次。
    本发明的温度传感器1的样品与上述的根据第三实施方式的温度传感器1C基本上具有相同的结构。但是,在本发明的温度传感器1的样品中,电极线3和信号线4未完全地固定到填充物8。与本发明的温度传感器1的样品的信号线4不同,传统温度传感器91的样品的信号线94用SUS310S制成。因此,传统温度传感器91的样品的接头部96为铂合金和SUS310S的混合物,并且没有在其表面形成有主要由Al2O3组成的第一氧化物膜61。进一步地,信号线94未在其表面形成有主要由Al2O3组成的第二氧化物膜41。
    图10示出了传统温度传感器91的样品的耐久性试验结果。在图10的(a)项中,显示初始状态和在耐久性试验之后的状态的X?射线照片。从这些X?射线照片,能够发现在耐久性试验之后在接头部96附近的每根电极线3中已经出现裂缝C?;鼓芄环⑾中藕畔?4的边缘已经变圆。在图10的(b)项中,显示了在耐久性试验之后被拆卸的样品的一部分的外观照片。通过拆卸样品,发现接头部96和信号线4的表面明显地被氧化。从上述结果能够推断的是,信号线94的边缘变圆起因于:由于形成在信号线94的表面上的氧化物膜的剥落引起的信号线94的直径减小。在图10的(c)项中,显示了在耐久性试验之后包括接头部96的样品的一部分的横截面照片。从该照片能够发现的是,在材料强度方面比信号线94弱的电极线3中已经出现很多裂缝C。
    图11示出了本发明的温度传感器1的样品的耐久性试验结果。在图11的(a)项中,显示了初始状态和在耐久性试验之后的状态的X?射线照片。从这些照片能够发现的是,在耐久性试验之后在接头部6附近的电极线3中未出现裂缝,并且在耐久性试验之后信号线4中没有显著的变化。在图11的(b)项中,显示了在耐久性试验之后被拆卸的样品的一部分的外观照片。通过拆卸样品,发现和传统温度传感器91的样品不同,未发现接头部或信号线的表面的显著的氧化,并且本样品中完全没有识别出任何由于氧化膜的剥落引起的信号线直径的减小。这是因为分别形成在接头部6的表面上和信号线4的表面上的稳固的第一氧化物膜61和第二氧化物膜41。在图11的(c)项中,显示了包括接头部6的样品的一部分的横截面照片。从该照片能够发现的是,尽管电极线3在材料强度方面比信号线4弱,在经受重复的冷热循环之后在电极线3中未出现裂缝。这是因为施加于接头部61的热应力能够通过第一氧化物膜61的设置、以及通过抗剥落的第二氧化物膜41的设置来抑制由于信号线的直径的减小引起的塑性变形而进一步地被减低。
    试验实例2
    试验实例2示出了在初始状态中和在两个不同的耐久性试验中的每一个之后的状态中的比较,其中耐久性试验是在传统温度传感器91的样品的护套销95和本发明的温度传感器1的样品的护套销5之间进行的。该耐久性试验在上述耐久性条件1、以及除最高温度为1000°C外其他与耐久性条件1相同的条件中进行。该条件在下文称为“耐久性条件2”。试验实例2中的样品的护套销5和95与用于试验实例1中的样品的护套销相同。
    图12示出了传统温度传感器91的样品的护套销95的耐久性试验2的结果。
    图12的(a)项示出了在初始状态中和在耐久性条件1中进行的耐久性试验之后的状态中的护套销95的照片。从这些照片发现,在耐久性条件1中进行的耐久性试验之后信号线94的横截面面积减少约15%。图12的(b)项示出了在初始状态中和在耐久性条件2中进行的耐久性试验之后的状态中的护套销95的照片。从这些照片发现,在耐久性条件2中进行的耐久性试验之后信号线94的横截面面积减少约35%。这是因为信号线4的抗氧化性低,并且因此信号线94的表面已明显地氧化以及弱的氧化物膜由于重复的冷热循环已经剥落。从上述结果能够推断的是:包括护套销95的传统温度传感器在防止电极线断裂方面是不利的,因为信号线4可能由于由信号线的直径减小所引起的强度降低而致塑性变形,这导致施加于接头部96的热应力增强。另一方面,尽管未在附图中显示,在包括护套销5的本发明的温度传感器的样品的信号线4中,未识别出这样的直径减小。从以上描述的结果显而易见的是,由含铝的镍基合金诸如INCONEL601制成的信号线4较少发生塑性变形,抑制了施加于接头部6的热应力。因此,能够推断的是,使用这样的材料对防止电极线3的破断是有益的。
    试验实例3
    试验实例3示出了在初始状态中和在3个不同的耐久性试验中的每一个之后的状态中的比较,其中耐久性试验是在传统温度传感器91的样品和本发明的温度传感器1的样品之间进行的。进一步地,该耐久性试验在上述耐久性条件1、上述耐久性条件2、除进行循环的次数是14,000次外其他与耐久性条件1相同的条件(该条件在下文中被称为“耐久性条件3”)、以及除最高温度为1000℃且进行循环的次数为6,000外其他与耐久性条件1相同的条件(该条件在下文中被称为“耐久性条件4”)中进行。本发明的温度传感器1的样品和用于试验实例3的传统温度传感器91的样品与那些用于试验实例1的相同。
    图13为示出了传统温度传感器91的样品在耐久性条件2中的耐久性试验结果的X?射线照片。从这些照片能够发现的是,传统温度传感器91的样品的信号线94的直径已经减小,引起了塑性变形?;狗⑾至说缂?已经弯曲。表示接头部6被施加有大的压缩应力。图14示出了本发明的温度传感器1的样品在耐久性条件3和耐久性条件4中的耐久性试验结果的X?射线照片。从这些照片能够发现的是,由于信号线4的直径减小所致的电极线3的塑性变形和弯折是非常微小的,并且在接头部6中未出现裂缝。由此,能够推断的是本发明的温度传感器1的样品的电极线3极为耐破断。
    当然,在未背离本发明的精神和范围的情况下,能够对本发明的上述实施方式做不同的修改,其中本发明的精神和范围通过附属的权利要求书限定。
    以上说明的优选实施方式为本申请的发明的示例,其中本申请通过如下权利要求单独描述。应该理解的是,本领域技术人员可对上述优选实施方式做出修改。

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