专利名称：高振动薄膜rtd传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度传感器，且特别地，涉及能够以改善的精确度和高的温度范围在 高振动环境中操作的温度传感器。
背景技术：
工业工作中的过程流体的温度通常由定位在该流体中的温度传感器探测器测量。 温度传感器可以采用热电偶或电阻式温度检测器(RTD)以产生作为温度的函数的电信号。热电偶利用具有不同泽贝克系数的两种相异金属。热电偶基于热电偶接点和参比 端之间的温差产生电压。热电偶提供宽的温度操作范围(通常从0°C至1450°C)，并且不要 电源产生输出信号。热电偶还能够在高振动环境中操作。然而，热电偶没有RTD装置精确。电阻式温度检测器(RTD)通过金属的电阻变化感测温度。RTD的温度越高，电阻越 高。通过使恒定电流通过RTD并测量产生的电压，产生RTD传感器的输出信号。RTD可以为线绕或薄膜装置。RTD可以封装在温度传感器中，并与工业过程变送器 一起使用，以产生表示与该传感器接触的流体的温度的变送器输出。钼通常用在线绕和薄 膜RTD中，并提供稳定且精确的约达600°C至650°C的温度测量。当与热电偶相比时，RTD装置能够具有较高的精度，但具有较小的总温度范围。而 且，RTD装置在高振动环境中比热电偶更易于损坏或出现故障。需要一种温度传感器，其能够在高振动环境中操作，具有RTD的精度，并具有比目 前设计用于高振动环境的RTD所能获得的温度范围更好的高温范围。

发明内容
一种温度传感器，包括安装在携带电导线的电缆的远端的护套。定位在护套内的 RTD感测元件连接至远离电缆的导线。陶瓷热粘合剂将RTD感测元件保持在护套内的合适 的位置上。


图1为本发明的RTD温度传感器的远端部的剖视图。
具体实施例方式图1为RTD温度传感器10的远端部的剖视图，该RTD温度传感器10能够在高振 动环境中操作，并提供了改善的高温性能。RTD传感器10包括无机绝缘(MI)电缆12、护套 14和RTD感测元件16。MI电缆12从RTD传感器10的近端(未示出)延伸至RTD传感器10的远端处的 护套14。MI电缆12包括外管20，电导线22a、22b、22c和22d，以及无机绝缘粉末填料。在 一种实施方式中，外管20为由321不锈钢制成的金属管，导线22a-22d为镍导线，无机绝缘 填料M为is氧化镁(MgO)粉末。
护套14包括伸缩管30和端盖32。伸缩管30的远端焊接至管20的远端。端盖 32焊接至伸缩管30的远端，以封闭护套14的远端。在一种实施方式中，伸缩管30和端盖 32都是316不锈钢。在另一种实施方式中，伸缩管30可以由316L、321或316Ti不锈钢形 成。RTD感测元件16靠近端盖32定位在护套14内。RTD感测元件16的导线3 和 34b沿近侧方向延伸，以与电缆12的导线22a-22d进行连接。RTD感测元件16的导线3 通过激光焊36a连接至导线2 和22b的远端。RTD感测元件16的导线34b通过激光焊 36b连接至电缆导线22c和22d的远端。在一种实施方式中，RTD感测元件16为薄膜RTD 装置，如由Heraeus Sensor GmbH制造的HD-421感测元件。在该实施方式中，导线；Ma和 34b为钼导线。在另一种实施方式中，可以使用线绕RTD感测元件。护套14的内部填充有陶瓷粘合剂填料38。在一种实施方式中，陶瓷粘合剂填料 38为双组分热环氧Thermoguss 2000，其提供约达450°C的稳定温度性能。在另一种实施方 式中，陶瓷粘合剂填料38为Cerastil V336 ( —种双组份陶瓷粘合剂)，其提供约达600°C 的稳定操作。陶瓷粘合剂填料38必须提供电绝缘，达到目标最大温度的稳定特性，且必须防止 RTD感测元件16和护套14的相对运动。陶瓷粘合剂填料38通过在护套14内形成刚性质 量块防止相对运动，使得在RTD传感器10振动期间RTD感测元件16不能相对于护套14运动。在高振动环境中，在IOHz至500Hz范围的频率下，传感器10上的振动载荷可能 超过lOOm/s2的加速度。在一些情况中，在IOHz至500Hz的频率范围内，加速度可以达到 600m/s2。对于约达450°C的操作温度，Thermoguss 2000陶瓷粘合剂提供了必要的振动阻 抗，且是非常良好的热导体。Cerastil V336提供了更高的操作范围(达600°C )，但不具有 与 Thermoguss 2000 —样高的导热性。然而，通过 Cerastil V336 和 Thermoguss 2000 的 组合，能够实现温度范围和响应时间的增强。在一种实施方式中，护套14的约三分之二的 内部填充CerastilV336，且护套14的三分之一填充Thermoguss 2000。在该实施方式中， 由Thermoguss 2000填充的部分在远端，最靠近RTD感测元件16。其它陶瓷粘合剂层的组 合也是可行的。通过将导线3 和34b激光焊接至从MI电缆12的远端延伸的导线22a_22d制造 RTD传感器10。伸缩管30随后放置在导线22a-22d、导线34a，34b、以及RTD感测元件16 的上面，使得伸缩管30的近端抵接电缆12的管20的远端。激光焊接的对焊接头随后形成 在管20和伸缩管30之间。陶瓷粘合剂填料38随后被引入护套14的由伸缩管30限定的内部。端盖32还未 连接至伸缩管30，使得陶瓷粘合剂填料38可以通过护套14的远端开口引入。可以允许陶 瓷粘合剂填料38在端盖32插入远端开口并焊接至伸缩管30之前固化和硬化。其中外套完全由Cerastil V336填充的RTD传感器和其中外套的三分之二由 Cerastil V336且三分之一由Hiermoguss 2000填充的RTD传感器的测量示出了从_60°C 至600°C范围内的令人满意的操作。该装置在IOHz至500Hz的范围内在达600m/s2的加速 度载荷的情况下也能令人满意地工作。
其中整个护套由Thermoguss 2000填充的RTD传感器在IOHz至500Hz的范围内 在达600m/s2的加速度振动载荷的情况下也提供令人满意的操作。其中Thermoguss 2000 填充整个护套的RTD传感器提供了令人满意的约达450°C的稳定温度性能。虽然已经参照优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不 偏离本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节方面进行改变。
权利要求
1.一种温度传感器，包括无机绝缘电缆；护套，从无机绝缘电缆的远端延伸，该护套具有封闭的远端；电阻式温度检测器(RTD)感测元件，靠近所述封闭的远端定位在护套内并电连接至无 机绝缘电缆的电导线；和陶瓷粘合剂，填充护套并围绕RTD感测元件。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂保护RTD传感器免受由在IOHz 至500Hz范围内的频率下具有达到至少lOOm/s2加速度的振动引起的损坏。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂保护RTD传感器免受由在IOHz 至500Hz范围内的频率下具有达到600m/s2加速度的振动引起的损坏。
4.根据权利要求1所述的温度传感器，其中温度传感器具有约_60°C至至少约450°C的 操作温度范围。
5.根据权利要求4所述的温度传感器，其中温度传感器具有约_60°C至至少约600°C的 操作温度范围。
6.根据权利要求1所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂包括Thermoguss2000粘合剂。
7.根据权利要求1所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂包括CerastilV336粘合剂。
8.根据权利要求1所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂包括填充护套的第一部分的 Cerastil V336粘合剂和填充护套的第二部分的ThermoguSS2000粘合剂。
9.根据权利要求1所述的温度传感器，其中护套包括具有连接至无机绝缘电缆的远端 的近端的套管和连接至套管的远端的端盖。
10.根据权利要求1所述的温度传感器，其中护套由不锈钢形成。
11.根据权利要求1所述的温度传感器，其中RTD感测元件包括薄膜RTD装置。
12.一种制造温度传感器的方法，该方法包括下述步骤将电阻式温度检测器(RTD)感测元件连接至从电缆的远端延伸的导线；将导热套管的近端连接至电缆的远端，使得RTD感测元件位于套管的内部；用通过套管的敞开远端引入的陶瓷粘合剂填充套管的内部；以及将端盖连接至套管的远端，以将RTD感测元件和陶瓷粘合剂封闭在套管内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中填充套管内部的步骤包括用第一陶瓷粘合剂合成物填充所述内部的第一部分；以及用第二陶瓷粘合剂合成物填充所述内部的第二部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中第一陶瓷粘合剂合成物包括CerastilV336粘 合剂，且第二陶瓷粘合剂合成物包括Thermoguss 2000粘合剂。
15.根据权利要求12所述的方法，其中陶瓷粘合剂在达到至少约450°C的温度下是稳 定的。
16.根据权利要求15所述的方法，其中陶瓷粘合剂包括ThermOguSS2000粘合剂。
17.根据权利要求12所述的方法，其中陶瓷粘合剂在达到至少约600°C的温度下是稳 定的。
18.根据权利要求17所述的方法，其中陶瓷粘合剂包括CerastilV336粘合剂。
19.一种温度传感器，包括电缆；护套，连接至电缆的远端；电阻式温度检测器(RTD)感测元件，定位在护套内，并电连接至电缆；和 陶瓷粘合剂，填充护套以保护RTD感测元件免受在IOHz至500Hz范围内的频率下具有 至少lOOm/s2的加速度的振动的影响，并且在-60°C到至少450°C的温度范围内具有热稳定 性。
20.根据权利要求19所述的温度传感器，其中陶瓷粘合剂在达到至少600°C的温度范 围内具有热稳定性。
全文摘要
一种能够在高振动环境中操作的温度传感器(10)，包括安装在无机绝缘电缆(12)的远端处的传感器护套(14)。电阻式温度检测器(RTD)感测元件(16)连接至护套(14)内的电缆的导线(22a-22d)。护套(14)至少部分地由陶瓷热粘合剂(38)填充。
文档编号G01K7/16GK102047087SQ200980119759
公开日2011年5月4日 申请日期2009年6月1日 优先权日2008年5月30日
发明者乌尔里希·提尔, 德克·威利·博斯克, 霍尔格·韦伯 申请人:罗斯蒙德公司