TEMPERATURSENSOR UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

[0002] Es sind Temperatusensoren mit Platin aus temperaturempfindlichem Element bekannt, die in Dünnfilm-Technik hergestellt sind, bei denen also auf einem Trägersubstrat Platin in wenigen Atomlagen aufdiffundiert wird. Bei Einhaltung einer entsprechenden geometrischen Struktur, wie Mäanderform, kann bei hinreichend dünnen Schichten durch wenige Atomlagen ein ausreichend hoher Grundwiderstand erreicht werden, der für einen derartigen Temperatursensor im Bereich von 100 Ohm liegen muß. Diese Dünnfilm-Sensoren können nur bei niedrigeren Temperaturen im Bereich bis zu 400 Grad C, auf jeden Fall unterhalb von 600 Grad C eingesetzt werden, da bei höheren Temperaturen Platin verdampft und aufgrund der Dicke der Schicht von nur wenigen Atomlagen alleine hierdurch eine nicht vernachlässigbare Änderung des Widerstandes erfolgt, so daß keine reproduzierbaren Messungen mehr möglich sind.

[0003] Es wurden weiterhin schon Platindrähte als Temperatursensoren eingesetzt. Zur Erreichung des hinreichend großen Grundwiderstandes mußte der Draht eine erhebliche Länge aufweisen, die auch bei Wicklung in Spulenform nur zu einem Sensor mit erheblichen Außenabmessungen führte, der in vielen Bereichen, dort, wo es auf die Miniaturisierung ankommt, nicht eingesetzt werden kann. Ferner sind Platin enthaltende Dickschichtpasten bekannt, die als weitere Bestandteile organische Binder und Lösungsmittel aufweisen. Diese werden als Dickfilm-Heizelemente eingesetzt, wobei sie ihren hinreichenden Widerstand aufgrund der Länge des Heizelements erreichen und für Beheizungen üblicher Druckstellentemperaturen eingesetzt werden. Abgesehen von dem niedrigen spezifischen Widerstand, der ebenfalls lediglich zu sehr großen Fühlerelementen führen würde, könnten diese nicht für höhere Temperaturen als 600 Grad C eingesetzt werden, da hier die Reproduzierbarkeit nicht mehr gegeben wäre. In beiden Fällen gilt im übrigen, daß Platin ab ca. 800 Grad C rotglühend wird und dann zwar noch als Heizkörper eingesetzt werden kann, aber nicht mehr als Temperatursensor.

[0004] Es hat Sich herausgestellt, daß für Hochtemperaturanwendungen keine miniaturisierten Temperatursensoren bekannt sind. Es werden Thermoelemente, die mit Thermospannungen arbeiten, eingesetzt. Nachteil ist, daß hier eine definierte Umgebungstemperatur als Referenztemperatur oder ein Mikroprozessor eingesetzt werden muß. Derartige Temperaturfühler sind teuer.

[0005] Es ist ein Temperatursensor bekannt (GB-A 2 120 453), der aus einem keramischen Substrat besteht, auf dem eine temperaturempfindliche Filmschicht eines elektrischen Widerstandselements aufgebracht ist. Dabei wird eine kommerziell erhältliche organo-metallische Paste verwendet, die aber keine keramischen oder rein metallischen Bestandteile enthält. Dieses kann aus Platin oder einem platinhaltigen Keramikmaterial bestehen. Weitere Angaben über die Zusammensetzung sind nicht offenbart.

[0006] Es ist ferner ein gattungsgemäßes Widerstandsthermometer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt (GB-A 2 006 521), dessen temperaturempfindliches Element aus platinhaltigen Keramikkörpern besteht. Der Gehalt an Platin liegt über 90 %, und die Sinterung erfolgt über einen Zeitraum von zwei Stunden bei einer Temperatur von 1200°C. Hierdurch kann aber ein hochtemperaturstabiles Thermometer nicht erhalten werden.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen empfindlichen, zeitstabilen Hochtemperatursensor in miniaturisierter Ausführung zu schaffen, der in vielfältiger Weise einsetzbar ist.

[0008] Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Temperatursensor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Zur Herstellung eines derartigen Temperatursensors wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Platin-Pulver, Oxide und Bindemittel miteinander vermischt und nach dem Auftragen der Schicht auf dem Trägersubstrat mit diesen getempert werden.

[0009] Die temperaturempfindliche Schicht des erfindungsgemäßen Temperatursensors weist metallisches Platin zwischen 60 und 90 Gew.-% auf und ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß sie metallisches Platin mit einem Anteil etwa von 70 bis 85 Gew.-% enthält. Als Oxidanteil wird ein Gemisch aus Silizium-, Aluminium- und Erdalkalioxid, insbesondere Kalziumoxid, eingesetzt, wobei der Aluminiumoxidanteil sich dadurch ergibt, daß in der Regel das Trägersubstrat Aluminiumoxid ist. In dem Falle, daß das Trägersubstrat aus einem anderen Oxid besteht, könnte auch das Aluminiumoxid durch das Material des entsprechenden Trägersubstrats ersetzt werden. Siliziumoxid ergibt aufgrund der Temperung Quarz, bzw. den glasartigen Charakter und bildet ein inertes Material, das für die gewünschten Hochtemperaturanwendungen besonders geeignet ist. Als Erdalkalioxid kommt vorzugsweise Kalziumoxid in Frage, stattdessen können auch Strontium und Bariumoxide eingesetzt werden, Kalziumoxid hat sich aber als stabiler erwiesen. Die Oxidmischung bildet ein Eutektikum, deren Schmelzpunkt durch die Zugabe des Erdalkalioxids eingestellt und insbesondere reduziert werden kann, während eine Mischung aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid einen relativ hohen Schmelzpunkt ergibt der über dem Verdampfungspunkt von Platin liegt, so daß keine Erhitzung bis zu diesem Punkt erfolgen könnte. Durch die Zugabe von Kalziumoxid wird der Schmelzpunkt der eutektischen Mischung unter den Verdampfungspunkt von Platin reduziert, so daß eine Temperung bis zum gewünschten Schmelzpunkt der Oxidmischung, an dem die gewünschte quarzartige bzw. glasartige kompakte Konsistenz des Materials erreicht wird, erfolgen kann. Demgemäß hat die temperaturempfindliche Schicht des Temperatursensors vorzugsweise eine Zusammensetzung derart, daß im Oxidgemisch Siliziumoxid in einem Bereich von 40 bis 55 Gew.-%, Aluminiumoxid zu 25 bis 40 Gew.-% und als Rest Erdalkalioxid vorliegt, während äußerst vorzugsweise Siliziumoxid mit 45 bis 50 Gew.-%, Aluminiumoxid mit 30 bis 35 Gew.-%, Rest Erdalkalioxid gegeben ist, wobei insbesondere das Oxidgemisch 18 bis 20 Gew.-% Erdalkalioxid sowie Rest Siliziumoxid und Aluminiumoxid enthält. Um eine möglichst weitgehende Reduzierung des Schmelzpunktes der eutektischen Oxidmischung zu erreichen, sieht die Erfindung demgemäß vor, daß die temperaturempfindliche Schicht auf dem Trägersubstrat aufgebrannt ist, wobei insbesondere die temperaturempfindliche Schicht eine kompakte, glasartige Morphologie aufweist. Ein ideales Oxidgemisch ist in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Durch das Verhältnis von Platin und Oxidanteil in der temperaturempfindlichen Schicht wird deren spezifischer elektrischer Widerstand festgelegt. Es ist dabei darauf zu achten, daß der Platinanteil nicht so weit reduziert wird, daß die erforderlichen Leitfähigkeitsbrücken vollständig unterbrochen werden oder leicht beim Einsatz unterbrechbar sind. Insofern hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß Platin einen Anteil an der temperaturempfindlichen Schicht von 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung selbst zwischen 60 und 80 Gew.-%, aufweisen sollte. Demgemäß wird verfahrensmäßig das Oxidgemisch mit einem Anteil von 14 bis 20 Gew.-% am Gesamtgemisch aus Platinpaste, Öl und Verdünner eingesetzt. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Platinpaste mit 65 bis 70 Gew.-%, Öl und Verdünner mit jeweils 5 bis 10 Gew.-% und Rest Oxid miteinander vermischt werden, wobei der Platinanteil der Paste selbst vorzugsweise 75 Gew.-% beträgt. Auch eine bevorzugte konkrete Gesamtzusammensetzung der erfindungsgemäß eingesetzten Dickschicht-Druckmasse ist der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

[0010] Während die Maximaltemperatur der Temperung unterhalb der Verdampfungstemperatur von Platin bleiben sollte und vorzugsweise unter 1400 Grad liegt, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung eine maximale Temperatur von 1300 bis 1350 Grad vor.

[0011] In weiterer Ausbildung ist vorgesehen, daß im Bereich von 300 bis 400 Grad C eine Haltezeit zur vollständigen Verbrennung organischer Binderanteile der Schicht eingehalten wird. Die Haltezeit dient zur Erzeugung der gewünschten kompakten, glasartigen Konsistenz der zu schoffenden temperaturempfindlichen Schicht des Temperatursensors. Die maximale Haltezeit ist an sich unkritisch, darf aber nicht unmäßig überzogen werden, da hierdurch, neben den gewünschten zu der kompakten, glasartigen Konsistenz führenden morphologischen Veränderungen, Veränderungen der Platingrundstruktur aufgrund von Sintereffekten, die zu unerwünschten größeren Strukturen oder Pflasterbildung, möglicherweise auch zu Oxidationen und insgesamt zu einem Aufbrechen der Platinflächen führen, eintreten können. Es wird daher vorzugsweise eine Haltezeit von 20 bis 40 Minuten angestrebt, wobei sich als ein optimaler Wert eine Zeit von 25 Minuten herausgestellt hat.

[0012] Der gleichmäßig, nicht zu steile Temperaturanstieg und -abfall ist im Hinblick darauf erforderlich, daß die temperaturempfindliche Schicht beim Tempervorgang keinem Temperatursprung ausgesetzt werden darf, da dies zu Beschädigungen, wie Versprödung und Rissen führen könnte. Es hat sich demgemäß eine Temperatursteuerung mit einem Temperaturkoeffizienten von 10 bis 15 Grad C pro Minute und insbesondere von 13 Grad C pro Minute für den Temperaturanstieg und -abfall, letzteres insbesondere über etwa 1100 Grad C, herausgestellt. Während dies hinsichtlich des Abfalls die Temperaturführung am Heizelement des Sinterofens betrifft, kann der Ofen aufgrund seiner Ausgestaltung einen insgesamt langsameren Temperaturabfall zeigen.

[0013] Wenn eine insbesondere organische Binder - die in der Regel Cellulosederivate sind - enthaltende Platin-Paste eingesetzt wird, so ist es vorteilhaft, im Bereich des Temperaturanstiegs bei 300 bis 400 Grad C, insbesondere bei 350 Grad C, ebenfalls eine Haltezeit vorzusehen, bei der die Temperatur über eine vorgegebene Zeit auf einen festen Wert gehalten wird. Während die maximale Dauer der Haltezeit letztendlich lediglich durch ökonomische Forderungen begrenzt ist, sollte die Haltezeit, um ein einwandfreies Ergebnis zu erzielen, nicht zu kurz, insbesondere nicht unter fünf Minuten, gewählt werden. Als idealer Wert haben sich etwa zehn Minuten herausgestellt. Wenn eine solche Haltezeit eingesetzt wird, so hat die ausgetemperte Schicht eine typische helle Quarz-/Keramikfarbe, während bei zu kurzer Haltezeit in dem genannten Bereich eine Verdunklung der Farbe bis zu einer Schwärzung bedingt. Dies liegt daran, daß der oranische Binder nur langsam verbrennt und bei nicht ausreichender Haltezeit in dem genannten Temperaturbereich nicht vollständig zu CO₂ verbrennt, sondern vielmehr Kohlenstoffanteile zurückbleiben, die sich darüberhinaus negativ auf die temperatursensitiven Eigenschaften der Schicht auswirken können.

[0014] Insgesamt wird durch die Erfindung ein miniaturisierter Temperatursensor geschaffen, der vorzugsweise bei Temperaturen von über 600 Grad C bis zu 1200 Grad C einsetzbar ist. Der erfindungsgemäße Temperatursensor ist preiswert herstellbar und kann insbesondere auch gleichzeitig und zusammen mit anderen Funktionselementen, wie Sauerstoffsensoren, die in gleicher Technik hergestellt werden sowie Heizleitern auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht werden. So sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß auf dem Trägersubstrat ein Sauerstoffsensor sowie ein durch die temperaturempfindliche Schicht geregelter Heizleiter aufgebracht sind und in Weiterbildung, daß der Heizleiter auf der den Sauerstoffsensor und die temperaturempfindliche Schicht tragenden Fläche des Trägersubstrats aufgebracht ist. Insbesondere ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors billiger als die Dünnfilmtechnik, abgesehen davon, daß hierdurch keine derartigen hochtemperaturbelastbaren Sensoren herstellbar sind. Es sind kein Vakuum und keine aufwendige Apparatur notwendig. Weiterhin ist auch die Auswirkung des Temperaturmeßergebnisses nicht an komplizierte Vorgaben, wie Umgebungsmeßfühlern, die bei Messungen mittels Thermospannung erforderlich sind oder zusätzliche Elektroniken, erforderlich. Vielmehr kann der Sensorausgang unmittelbar zur Regelung beispielsweise eines Heizleiters verwendet werden.

[0015] Die vorstehende Kombination wird insbesondere zur Rohsauerstoffmessung beispielsweise in Gaskraftwerken oder in der Prozeßleittechnik in der chemischen Industrie eingesetzt, wenn dort im Hinblick auf Inertisierungen der Restsauerstoffgehalt zu messen ist. Die Lambdawertmessung erfolgt aufgrund eines Festkörpereffekts mit Reduktion bzw. Oxidation in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt des Umgebungsgases, wobei dieser Festkörpereffekt erst bei höheren Temperaturen, insbesondere Temperaturen über 600 Grad C, einsetzt, so daß der Temperatursensor auf diese Temperatur aufgeheizt werden muß und auf der gewünschten Vorgabetemperatur mit hoher Genauigkeit gehalten werden muß, wozu der erfindungsgemäße Temperatursensor in idealer Weise einsetzbar ist. Weitere Einsatzgebiete betreffen Hochtemperaturöfen, Sinteröfen etc.

[0016] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1

Eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Temperatursensors;

Figur 2

eine bevorzugte Temperaturführung beim Tempervorgang zur Herstellung des Temperatursensors.

[0017] Sauerstoffsensoren zur Lambda-Messung, wie beispielsweise den Gaskraftwerken, der Prozeßtechnik etc., zeigen ihre höchste Empfindlichkeit, die auf einem Oxidations-Reduktions-Festkörper-Effekt entsprechend dem vorhandenen Sauerstoff beruht, bei höheren Temperaturen. Sie müssen daher auf höhere Temperaturen aufgeheizt werden und, da der Effekt sich temperaturabhängig ändert, auf einer vorgegebenen Temperatur stabilisiert werden. Hierzu kann auf einem Substrat oder Träger 1, wie aus Aluminiumoxid, der Sauerstoff- oder Gassensor 2, der an sich bekannt ist, aufgebracht sein. Auf der der den Sauerstoffsensor 2 tragenden Fläche 3 des Trägers 1 entgegengesetzten Fläche 4 ist ein Heizleiter 6 aufgebracht, der beispielsweise ein Heizleiter auf keramischer Basis sein kann. Weiterhin ist nahe dem Sauerstoffsensor 2 ein Temperatursensor 7 auf der Fläche 3 des Trägers 1 in der weiter unten beschriebenen Weise aufgebracht. Der Temperatursensor 7 ist mäanderförmig geführt und weist beispielsweise bei der unten angegebenen Zusammensetzung eine Gesamtlänge von 10 mm, eine Breite von 3 mm, eine gesamte "Drahtlänge" von 60 bis 70 mm sowie eine Schichtdicke von 10 bis 15 Mikrometer und eine Breite von 250 Mikrometer auf.

[0018] Der Temperatursensor 7 besteht aus einer Keramik - die vorzugsweise aufgrund des Temperungsvorganges weitgehendst "verglast" ist - aus Oxid und in diesem dispergierten reinmetallischen Platin mit einem Anteil von 80 Gew.-%. Die Oxidzusammensetzung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung 50 Gew.-% Siliziumoxid, 30 Gew.-% Aluminiumoxid und 20 Gew.-% Kalziumoxid. Der Grundwiderstand des derart beschriebenen Temperatursensors 7 liegt bei etwa 100 Ohm.

[0019] Der Temperatursensor 7 wird auf dem Trägersubstrat 1 in der folgenden Weise hergestellt:

[0020] Zunächst werden Platin-Pulver und Oxid mit den gewünschten Endanteilen von 80 Gew.-% und 20 Gew.-% vermischt. Anschliessend wird eine Paste aus 65 Gew.-% Platin und Oxid-Pulver und 35 Gew.-% Vehikel hergestellt. Das Vehikel besteht zu 70 Gew.-% aus einem organischen Binder, wie Methylcellulose, und zu 30 Gew.-% aus einem organischen Lösungsmittel, wie Dibutylcarbitolacetat. Anschließend wird die hierdurch erhaltende Paste in Siebdruck- und damit Dickfilmtechnik auf dem Trägersubstrat 1 aus Aluminiumoxid in der gewünschten geometrischen Form, wie der dargestellten Mäanderform, aufgedruckt.

[0021] Sodann wird eine Temperung vorgenommen, wobei Träger 1 und aufgedrucktes Temperatursensor-Substrat in einem Temperofen, ausgehend von Umgebungstemberatur (20 Grad) mit einem differentiellen Temperaturenstieg von ca. 13 Grad C pro Minute, bis auf ca. 350 Grad C erhitzt wurden. Oberhalb ihrer Verdampfungstemperatur verdampfen Lösungsmittel, Verdünner und Öl. Ab etwa 100 Grad C ist die vorher zähflüssige Druckmasse eine nahezu feste Masse, da die flüssigen Anteile weitgehend verbrannt sind. Weiterhin beginnt der organische Binder, der ein Cellulosederivat ist, zu verbrennen. Da der organische Binder langsam verbrennt, wird bei ca. 350 Grad die Temperatur über etwa 10 Minuten konstant gehalten, um eine vollständige Verbrennung (Umwandlung in CO₂) des organischen Binders zu ermöglichen. Es wurde festgestellt, daß ohne oder bei nicht ausreichender Haltezeit die erhaltene Oxidkeramik aufgrund nicht vollständig verbranntem Binder schwarz bzw. dunkel ist, während bei Einhaltung einer ausreichenden Haltezeit im genannten Temperaturbereich aufgrund der vollständigen Verbrennung des Binders die letztendlich erhaltene Keramik die typische helle Farbe aufwies. Nicht vollständig verbrannter Binder könnte auch die Eigenschaften des Temperatursensors beeinträchtigen. Nach der aus der Figur 2 ersichtlichen Haltezeit bei einer Temperatur von 350 Grad C erfolgt eine weitere Temperaturerhöhung mit dem gleichen Temperaturkoeffizienten bis zu der gewünschten End- oder maximalen Einbrenntemperatur von ca. 1330 Grad C. Es hat sich gezeigt, daß der Temperaturanstieg eine kritische Größe ist. Bei steilerem Temperaturanstieg ergeben sich Risse in der Sensorschicht. Ein flacher Temperaturanstieg ist durchaus möglich, bedingt damit aber längere Herstellungszeiten und damit einen höheren Herstellungsaufwand und höhere Kosten. Die angegebene Temperaturführung stellt insofern eine Optimierung unter Sicherstellung eines einwandfreien Ergebnisses dar.

[0022] Die angegebene Einbrenntemperatur von 1330 Grad C wird über eine gewisse Zeit aufrechterhalten, die im erläuterten Ausführungsbeispiel bei 25 Minuten lag. Dies ist erforderlich, um ein Insichverfließen der Schicht, und damit eine Änderung der Morphologie (bei Beibehaltung der Struktur) und insgesamt eine glasartige, kompaktere Schicht zu erreichen, die eine gleichmäßige Leitfähigkeit gewährleistet. Es ist dabei zu beachten, daß die Einbrenntemperatur auch nicht zu lange aufrechterhalten werden darf, da hier dann innere Strukturänderungen erfolgen, insbesondere werden offenbar Platinbrücken aufgebrochen und damit der durchgehende elektrische Kontakt geschädigt, sei es aufgrund typischer Sintereffekte in Form von Bildung größerer Strukturen oder Pflasterbildung, sei es aufgrund von Oxidationen von Plattenteilchen. Während im Hinblick auf die erwünschte kompakte glasartige Konsistenz die genannte Haltezeit bei Einbrenntemperatur kaum verkürzt werden kann, ist eine gewisse Verlängerung unkritisch, da die vorstehend erwähnten nachteiligen Auswirkungen erst bei übermäßig langer Einbrenntemperatur auftreten. Auch insofern erfolgt eine Optimierung dahingehend, daß die Haltezeit der Einbrenntemperatur möglichst kurz gewählt wurde, wobei sichergestellt wurde, daß die gewünschte kompaktartige glasartige Struktur erreicht wird. Anschließend erfolgt eine Temperaturreduzierung mit dem gleichen Temperaturkoeffizienten am Heizelement, also der gleichen Temperaturführung. Aufgrund des ofeneigenen Abkühlverhaltens kühlt die Temperatur im Ofen, wie dargestellt, langsamer ab. Wesentlich ist ein Abkühlen der Temperatur mit dem genannten Temperaturkoeffizienten bis etwa auf 1100 Grad C, das nicht stärker gewählt werden darf, da ansonsten ebenfalls Buschädigungen der erhaltenen Struktur eintreten könnten.

[0023] Insgesamt ist erfindungsgemäß ein Temperatursensor mit einem hinreichend großen Grundwiderstand im angegebenen Bereich gegeben, der hochtemperaturbeständig ist und insbesondere bei Temperaturen von über 600 bis weit über 1000 Grad C zur Temperaturmessung und damit im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 zur Temperatursteuerung des Heizers 6 eingesetzt werden kann.

Ansprüche

1. Temperatursensor mit einer auf einem Trägersubstrat aufgebrachten, Platin enthaltenden, temperaturempfindlichen Schicht, die in Oxidkeramik fein verteiltes metallisches Platin enthält, wobei die Schicht metallisches Platin mit einem Anteil von 60 bis 90 Gew.-% enthält, und der Oxidanteil der temperaturempfindlichen Schicht (7) ein Oxidgemisch aus Silizium, Aluminium und Erdalkalioxid, insbesondere Kalziumoxid, ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Oxidgemisch Siliziumoxid in einem Bereich von 40 bis 55 Gew.-%, Aluminiumoxid zu 25 bis 40 Gew.-% und als Rest Erdalkalioxid vorliegt.

2. Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidgemisch 18 bis 20 % Erdalkalioxid sowie Rest Siliziumoxid und Aluminiumoxid enthält.

3. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Schicht (7) auf dem Trägersubstrat (1) aufgebrannt ist.

4. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Schicht (7) eine kompakte, glasartige Morphologie aufweist.

5. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trägersubstrat (1) ein Sauerstoffsensor (2) sowie ein durch die temperaturempfindliche Schicht (7) geregelter Heizleiter (6) aufgebracht sind.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (6) auf der den Sauerstoffsensor (2) und die temperaturempfindliche Schicht (7) tragenden Fläche (3) abgewandten Fläche (4) des Trägersubstrats (1) aufgebracht ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensor nach einen der Ansprüche 1-6, wobei eine Platin enthaltende Schicht auf einem Trägersubstrat aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß Platin-Pulver, Oxide und Bindemittel miteinander vermischt und nach dem Auftragen der Schicht auf dem Trägersubstrat mit diesen getempert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel zumindestens ein Öl verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Platin-Pulver vermischt mit organischem Binder und Lösungsmittel als Paste verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konsistenzeinstellung ein Verdünner mit eingemischt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidanteil als Silizium, Aluminium- oder Erdalkalioxidgemisch eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxidgemisch mit Siliziumoxid in einem Bereich von 45 bis 50 Gew.-%, Aluminiumoxid zu 30 bis 35 Gew.-% und Rest Erdalkalioxid, insbesondere Kalziumoxid, (auf das Gesamtoxidgewicht bezogen) verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxidgemisch mit einem Oxidanteil von 18 bis 20 % Erdalkalioxid sowie Rest Siliziumoxid und Aluminiumoxid (bezogen auf das Gesamtoxidgewicht) eingesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Oxid mit einem Anteil von 14 bis 20 Gew.-% am Gesamtgemischgewicht eingesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Platinpaste mit 65 bis 70 Gew.-%, Öl und Verdünner mit jeweils 5 bis 10 Gew.-% und Rest Oxid miteinander vermischt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung bei einer Temperatur zwischen 1300 und 1350°C erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiztemperaturführung im wesentlichen gleichmäßig ansteigend und in gleicher Weise abfallend erfolgt mit einer endlichen Haltezeit bei der maximalen Temper-Temperatur.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich von 300 bis 400°C eine Haltezeit zur vollständigen Verbrennung organischer Binderanteile der Schicht eingehalten wird.

Claims

1. Temperature sensor with a temperature-sensitive layer deposited on a carrier substrate and containing platinum, said layer containing metallic platinum finely distributed in oxide ceramic, in which the layer contains metallic platinum in a content of 60 to 90% by wt, and the oxidic portion of the temperature-sensitive layer (7) is an oxidic mixture of silicon, aluminium and alkaline earth oxides, in particular calcium oxide, characterised in that silicon oxide is present in the oxidic mixture in a range of 40 to 55% by wt, aluminium oxide in a range of 25 to 40% by wt and the balance is alkaline earth oxide.

2. Sensor according to claim 1, characterised in that the oxidic mixture contains 18 to 20% alkaline earth oxide and the balance is silicon oxide and aluminium oxide.

3. Sensor according to any one of the preceding claims, characterised in that the temperature-sensitive layer (7) is burnt onto the carrier substrate (1).

4. Sensor according to any one of the preceding claims, characterised in that the temperature-sensitive layer (7) exhibits a compact, glass-like morphology.

5. Sensor according to any one of the preceding claims, characterised in that on the carrier substrate (1) there is deposited an oxygen sensor (2) together with a heating conductor (6) which is controlled by the temperature-sensitive layer (7).

6. Sensor according to claim 5, characterised in that the heating conductor (6) is deposited on the surface (4) of the carrier substrate (1) facing away from the surface (3) bearing the oxygen sensor (2) and the temperature-sensitive layer (7).

7. Method for manufacturing a temperature sensor according to any one of claims 1 to 6, in which a platinum-containing layer is deposited on a carrier substrate, characterised in that platinum powder, oxides and binder are mixed with one another and after the application of the layer to the carrier substrate are tempered therewith.

8. Method according to claim 7, characterised in that at least one oil is used as binder.

9. Method according to claim 7 or 8, characterised in that platinum-powder mixed with organic binder and solvent is used as a paste.

10. Method according to any one of claims 7 to 9, characterised in that a thinner is also incorporated for adjusting the consistency.

11. Method according to any one of claims 7 to 10, characterised in that the oxidic portion is used as a silicon, aluminium or alkaline earth oxide mixture.

12. Method according to claim 11, characterised in that an oxidic mixture containing silicon oxide in a range of 45 to 50% by wt, aluminium oxide 30 to 35% by wt and the balance alkaline earth oxide, in particular calcium oxide, (calculated on the total oxide weight) is used.

13. Method according to claim 11 or 12, characterised in that an oxidic mixture with an oxidic content of 18 to 20% alkaline earth oxide and the balance silicon oxide and aluminium oxide (calculated on the total oxide weight) is used.

14. Method according to any one of claims 7 to 13, characterised in that oxide in a proportion of 14 to 20% by wt of the total mixture weight is used.

15. Method according to any one of claims 7 to 14, characterised in that platinum paste in 65 to 70% by wt, oil and thinner in respectively 5 to 10% by wt and the balance oxide are mixed with one another.

16. Method according to any one of claims 7 to 15, characterised in that the tempering takes place at a temperature of between 1300 and 1350 °C.

17. Method according to any one of claims 7 to 16, characterised in that the heating temperature control curve ascends uniformly in the main and descends in the same manner with a final holding time at the maximum tempering temperature.

18. Method according to any one of claims 7 to 17, characterised in that in the range of 300 to 400 °C a holding time is observed for the complete incineration of organic binder components of the layer.

Revendications

1. Capteur de température comportant une couche thermosensible contenant du platine, appliquée sur un substrat, le platine métallique contenu dans ladite couche étant finement dispersé, dans une proportion de 60 à 90 % en poids, dans une céramique oxydée, la proportion d'oxyde de la couche thermosensible (7) étant un mélange constitué d'oxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium et d'oxyde alcalino-terreux, en particulier d'oxyde de calcium, caractérisé en ce que ledit mélange est constitué d'oxyde de silicium en une proportion de 40 à 55% en poids d'oxyde d'aluminium en une proportion de 25 à 40 % en poids, le reste étant de l'oxyde alcalino-terreux.

2. Capteur de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange d'oxydes contient 18 à 20 % d'oxyde alcalino-terreux, le reste étant de l'oxyde de silicium et de l'oxyde d'aluminium.

3. Capteur de température selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche thermosensible (7) est appliquée sur le substrat (1) par cuisson.

4. Capteur de température selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche thermosensible (7) présente une morphologie compacte vitreuse.

5. Capteur de température selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur le substrat (1) sont appliquées une sonde à oxygène (2) ainsi qu'une résistance chauffante (6) régulée.

6. Capteur de température selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance chauffante (6) est appliquée sur la face (4) du substrat (1) opposée à la face (3) qui supporte la sonde à oxygène (2) et la couche thermosensible (7).

7. Procédé pour la fabrication d'un capteur de température selon l'une des revendications précédentes, comportant une couche contenant du platine appliquée sur un substrat, caractérisé en ce que de la poudre de platine, des oxydes et un liant sont mélangés ensemble et, après application de la couche sur le substrat, sont cuits avec ce substrat.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise, comme liant, au moins une huile.

9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la poudre de platine mélangée avec un liant organique et un solvant est utilisée sous la forme d'une pâte.

10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, pour réguler la consistance, un diluant est introduit dans le mélange.

11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la proportion d'oxyde utlisée est un mélange d'oxydes de silicium, d'aluminium ou alcalino-terreux.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le mélange d'oxydes utilisé est constitué d'oxyde de silicium en une proportion de 45 à 50 % en poids, d'oxyde d'aluminium en une proportion de 30 à 35 % en poids, le reste étant de l'oxyde alcalino-terreux, en particulier de l'oxyde de calcium (par rapport au poids total des oxydes).

13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'on utilise un mélange d'oxydes avec une proportion d'oxyde alcalino-terreux de 18 à 20 %, le reste étant de l'oxyde de silicium ou de l'oxyde d'aluminium (par rapport au poids total des oxydes).

14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que la part d'oxyde représente 14 à 20 % du poids total du mélange.

15. Procédé selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'on mélange ensemble de la pâte à base de platine en une proportion de 65 à 70 % en poids, de l'huile et un diluant constituant chacun 5 à 10 % en poids, le reste étant de l'oxyde.

16. Procédé selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que la cuisson s'effectue à une température comprise entre 1300 et 1350 °C.

17. Procédé selon l'une des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que la température de chauffage est conduite de manière à s'élever progressivement et à s'abaisser de la même manière, en se maintenant pendant un temps défini à la température maximale de cuisson.

18. Procédé selon l'une des revendications 7 à 17, caractérisé en ce que, pour la combustion totale des parties de liant organique présent dans la couche, un temps d'arrêt est observé dans la zone de températures comprises entre 300 et 400°C.

Zeichnung