熱絕緣溫度傳感器的製作方法

2023-07-05 00:13:56

專利名稱：熱絕緣溫度傳感器的製作方法
技術領域：
本公開涉及傳感器，並且更具體地涉及溫度傳感器。
背景技術：
溫度傳感器普遍用於提供關於流體溫度的反饋。在結構中裝配ー些溫度傳感器以檢測保持在該結構中或在該結構中流動的流體的溫度。例如在內燃發動機中，溫度傳感器可以用於監控油、冷卻剤、甚至是燃料的溫度。例如具有金屬探針的油溫度傳感器可被裝配在發動機組中的開口中，使得來自傳感器的金屬螺紋配合發動機組的裝配表面的螺紋。用於測量油溫的金屬探針因此被定位在發動機組的油回流管道中。電連接器典型地連接至溫度傳感器，以便傳遞來自溫度傳感器的信號至遠離發動機組的控制電路。各種其它溫度傳感器也可位於發動機組內，或與內燃發動機所使用的流體相關聯。多種其它裝置和結構可使用類似於在發動機中使用的溫度傳感器。發明概述大體上，本公開描述了用於測量目標流體的溫度，同時最小化來自裝配表面的熱幹擾的裝置。例如，溫度傳感器可包括聚合體，所述聚合體用於將傳感器裝配至裝配表面並將溫度傳感元件定位在目標流體中。與其它材料比較，例如金屬和金屬合金，聚合體可限制熱傳導性。因此聚合體可將溫度傳感元件和聚合體中的引線導體與裝配表面熱隔離開來。溫度傳感元件可定位在聚合體的遠端處，並可通過導熱蓋針對流體被密封。在一些例子中，導熱蓋可被填充導熱材料來將傳感元件熱耦合至導熱蓋。在一些例子中，導熱蓋可以是金屬蓋。聚合體也可包括聚合體近端上的連接器部分，即與傳感元件相対，以方便與溫度傳感元件的電連接。聚合體也可包括用於相對於裝配表面安裝傳感器的法蘭和被配置用於配合裝配表面的固定表面。在其它例子中，可在兩個階段中構造聚合體。第一階段可生成圍繞著引線導體模製的內聚合體。第二階段可以是在內聚合體之上模製以生成不同配置的連接器、法蘭和/或固定表面，同時在變型之間保持統ー的內聚合體、溫度傳感元件和金屬蓋配置。所產生的導熱蓋的熱隔離比不與裝配表面熱隔離的裝置提供了更加精確的溫度測量和更快速的響應時間。在本發明的一個例子中，溫度傳感器包括限定至少ー個引線通道並包括在聚合體近端處的連接器部分的聚合體，置於聚合體遠端處的末端突起，置於聚合體的近端和遠端之間的法蘭，其中法蘭被配置為與裝配工具配合，以及置於法蘭和聚合體遠端之間的固定表面。溫度傳感器也包括置於至少一個引線通道中的至少ー個引線導體，與至少ー個引線導體電耦合併被配置為檢測流體溫度的溫度傳感元件，以及置於溫度傳感元件和末端突起的至少一部分之上的導熱蓋，其中導熱蓋被配置為將溫度傳感元件針對流體密封。在本發明的另一例子中，ー種裝置包括限定一個或多個引線通道的至少一部分並包括置於內聚合體的遠端處的末端突起的內聚合體，和圍繞內聚合體的一部分的外聚合體。外聚合體包括外聚合體近端處的連接器部分，外聚合體遠端處的螺紋固定表面，其中螺紋固定表面的至少一部分圍繞內聚合體的一部分，以及置於外聚合體的近端和遠端之間的法蘭，其中法蘭被配置為與裝配工具配合。該裝置也包括置於ー個或多個引線通道中的至少ー個引線導體，電耦合至至少ー個引線導體並被配置為檢測流體溫度的溫度傳感元件，以及設置於溫度傳感元件和末端突起的至少一部分之上的導熱蓋，其中導熱蓋被配置為將溫度傳感元件針對流體密封。在本公開的另一例子中，ー種方法包括在至少ー個引線導體之上模製第一聚合物，以生成內聚合體，將溫度傳感元件焊接至至少ー個引線導體，用填充了導熱材料的導熱 蓋覆蓋溫度傳感元件，以及將導熱蓋固定至靠近溫度傳感元件的內聚合體的突起。該方法也包括在內聚合體的至少一部分之上模製第二聚合物，以生成外聚合體，其中外聚合體包括設置在外聚合體近端處的連接器部分，置於靠近溫度傳感元件的外聚合體的遠端處的螺紋固定表面，以及置於外聚合體的近端和遠端之間的法蘭。在下面的附圖和說明書中闡述ー個或多個實施方式的細節。其它特徵、目的和優點將從說明書和附圖以及從權利要求書顯而易見。附圖的詳細描述圖I是包括用於測量流體溫度的裝配在結構中的溫度傳感器的示例系統的概念圖。圖2是圖I的溫度傳感器的透視圖解。圖3是圖I的溫度傳感器的截面圖。圖4是具有內聚合體和外聚合體的示例溫度傳感器的截面圖。圖5是在溫度傳感器遠端處的示例溫度傳感元件的截面圖。圖6是用於利用包覆(overmolded)的外聚合體而製造圖4的溫度傳感器的示例方法的流程圖。發明的詳細描述大體上，本發明描述了用於測量目標流體的溫度，同時最小化來自保護裝置的裝配平面的熱幹擾的裝置。溫度傳感器可以包括能精確測量流體溫度的傳感或檢測元件，但被測量的流體溫度可被傳感器所裝配至的結構的溫度影響。換言之，來自該結構的熱可通過溫度傳感器的主體傳導至傳感元件和/或將傳感元件電耦合至連接器的引線導體。當將傳感器裝配到所述結構的溫度傳感器的螺紋(例如固定表面)由也圍繞流體中的溫度傳感元件的連續金屬材料製成時，會惡化該溫度梯度誤差。例如，溫度傳感器可被裝配在內燃發動機的發動機組中，以便測量在發動機組中流動的油、燃料或冷卻劑的溫度。因為發動機組的溫度不總是與被測流體的溫度相同，所以在溫度傳感器的固定表面和溫度傳感元件和/或傳感器中的引線導體之間會引起低溫梯度。溫度傳感器中的溫度梯度誤差對於具有高熱容量的裝配結構(例如發動機組)來說可能是常見的，因為該結構可以保持與被測流體之間的高溫差。當被測流體的體積相對於接觸溫度傳感器的主體的裝配結構的表面積是小的時，也會加大溫度梯度誤差。如下面更詳細描述的，溫度傳感器可包括聚合體，該聚合體用於將傳感器裝配至結構的裝配表面並定位與目標流體接觸的溫度傳感元件。因為與其它材料(例如金屬和金屬合金)相比聚合體可以限制熱傳導率，所以聚合體可將溫度傳感元件和聚合體內的引線導體與裝配表面熱隔離。溫度傳感元件可被定位在聚合體的遠端，並通過導熱蓋針對流體被密封，該導熱蓋例如是金屬蓋、導熱環氧樹脂或導熱熱塑性塑料。在一些例子中，金屬蓋可被填充以導熱材料來將傳感元件熱耦合至金屬蓋。和熱絕緣聚合體相比，金屬蓋和導熱材料可促進高的熱傳導率，該高的熱傳導率允許溫度傳感元件快速響應流體溫度的任何變化。另外，金屬蓋的表面積和體積可被最小化以減少金屬蓋的熱容量，並增大溫度傳感元件對於溫度變化的響應。溫度傳感器的聚合體可包括聚合體近端上的連接器部分，也就是與傳感元件相對，以方便與溫度傳感元件的電連接。聚合體可包括法蘭，例如，六邊形外表面，以便相對於裝配表面和被配置為配合裝配表面的固定表面安裝傳感器，所述固定表面例如是螺紋結構。在一些例子中，可以在兩個階段中構造聚合體。第一階段可生成內聚合體，該內聚合體圍繞引線導體模製並支持溫度傳感元件和金屬蓋。第二階段可生成在內聚合體的一部分之上模製的外聚合體。以這種方式，可形成外聚合體來生成連接器、法蘭和/或固定表面的不同配置，同時在溫度傳感器的變型之間保持統ー的內聚合體、溫度傳感元件和導熱蓋配置。圖I是示例系統10的概念圖，該示例系統10包括用於測量流體32溫度的裝配在壁28中的溫度傳感器12。如圖I所示，系統10包括溫度傳感器12、壁28和30以及流體32。系統10可以是溫度傳感器12和包括流體32或允許流體32在結構的壁28和30之間 流動的結構(發動機組)的任何組合。因此，系統10可以是內燃發動機或其中溫度傳感器被用來監控流體溫度的任何其它系統。溫度傳感器12可包括聚合體14、金屬蓋24和溫度傳感兀件26。聚合體14包括幾部分，例如連接器部分16、法蘭18、固定表面20和末端突起22，它們被設計用來執行與溫度傳感器12關聯的各種功能。連接器部分16可被配置成容納電耦合到溫度傳感元件26的電連接器。法蘭18可被配置用來配合裝配工具，以在壁28中安裝溫度傳感器12，例如法蘭18可具有六邊形外表面。固定表面20可被配置為配合裝配表面29並保護壁28中的溫度傳感器12。在圖I的例子中，固定表面20包括配置為配合螺紋裝配表面29的螺紋結構。聚合體14也包括置於聚合體14遠端的末端突起22。溫度傳感器12也包括金屬蓋24。金屬蓋24置於溫度傳感器12的遠端，並被配置為覆蓋溫度傳感元件26。通過將金屬蓋24的邊緣捲曲、粘合劑或其它固定元件，金屬蓋24也被附著至末端突起22。在一些例子中，金屬蓋24可針對流體32來密封溫度傳感元件26。儘管金屬蓋24自身可與溫度傳感元件25接觸，但是傳導材料可填充金屬蓋24的至少一部分，並將金屬蓋24熱耦合至溫度傳感元件25。在其它例子中，金屬蓋24可由非金屬熱傳導材料製成，比如導熱環氧樹脂或導熱熱塑性塑料。溫度傳感元件26檢測流體32的溫度，並生成表示所檢測的溫度的電信號。在一些例子中，溫度傳感元件26可以是熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)，或任何其它的接觸溫度傳感器。採用的溫度傳感元件26的具體類型可取決於流體32的預期溫度範圍和流體32的化學性質。儘管溫度傳感器12通常被描述為僅包括ー個溫度傳感元件26，溫度傳感器12的一些例子可包括兩個或更多個溫度傳感元件。當採用多個溫度傳感元件吋，每個元件可以是相同類型或不同類型的傳感元件。多個傳感元件也允許溫度傳感器12在更寬的溫度範圍內精確地測量溫度，其中一個傳感元件被配置用於測量ー個溫度範圍，而另一個傳感元件被配置用於測量不同或部分重疊的溫度範圍。溫度傳感器12被裝配在壁28中的開口內。在圖I的例子中，壁28的裝配表面29限定壁28中的開ロ，且裝配表面29被刻螺紋來容納固定表面20的螺紋結構。用這種方式，溫度傳感器12用帶螺紋的固定機構配合壁28的裝配表面29。在其它例子中，溫度傳感器可用其它固定方法被裝配到壁28或在壁28內。例如，固定表面20可採用其它旋轉機構，例如，Luer Lock，粘合劑，搭扣配合，ー個或多個銷或螺絲，或任何其它類型的機械或化學固定技木。除了固定表面20之外或代替固定表面20，在一些例子中，系統10可採用閂鎖或其他被配置為相對壁28保持法蘭18的結構。儘管溫度傳感器12通常可被描述為突出進入包括流體32的通道或容器，溫度傳感器12可被凹進而遠離流體32的主要流動。例如，壁28可形成流體32的空腔，使得當溫度傳感器12安裝在壁28中時，金屬蓋24保持在流體32的主要流動之外。在任一例子中， 金屬蓋24被阻止接觸壁28或30，以阻止從任ー壁到溫度傳感元件26的熱傳導。流體32可以是任何物質，例如液體或氣體，包括在壁28和30之間和/或被允許在壁28和30之間移動。溫度傳感器12可完全封閉壁28中由裝配表面29限定的開ロ，使得沒有流體32可在溫度傳感器12周圍逸出。可在多種應用中使用溫度傳感器12，例如系統10可以是發動機、製冷単元、加熱系統、儲藏容器或製造過程。例如，溫度傳感器12被安裝在內燃發動機中，以測量與內燃發動機關聯的滑潤劑、冷卻劑或燃料的溫度。在另一例子中，溫度傳感器12被裝配在發動機組的壁中，以測量柴油機燃料的溫度。聚合體14通常被配置為包括熱絕緣特性。換言之，聚合體14限制了從壁28到聚合體14中的溫度傳感元件26和引線導體的熱傳導。熱絕緣聚合體可限制流體32溫度測量中的任何熱梯度誤差，因為來自壁28的能量對聚合體14中的溫度傳感元件26和引線導體很少有影響。如在這裡進ー步詳細描述的，可以在多個階段中用單個類型的聚合物或兩個或更多個類型的聚合物來構造聚合體14。儘管聚合體14在這裡通常被描述為完全由聚合物材料構造，但是溫度傳感器12的一些例子可包括由其它熱絕緣材料構造的主體。例如,溫度傳感器12的主體可由合成材料構造。在其它例子中，主體可由具有各種金屬的聚合物或嵌入聚合物中的合成材料構造。將溫度傳感元件26和引線導體與壁28熱隔離開來的任何材料可被用於溫度傳感器12的構造主體，例如聚合體14。圖2是圖I的溫度傳感器12的外部表面的透視圖解。如圖2所示，溫度傳感器12的外部包括聚合體14、金屬蓋24和流體密封34。聚合體14提供四種不同的部分，包括連接器部分16，法蘭18，固定表面20和末端突起22。連接器部分16被配置用來配合另ー電連接器，以傳輸來自圖2的溫度傳感元件26的表示流體溫度的信號。監控或控制系統然後可使用溫度信號來監控流體32的溫度和/或響應被測溫度而調節ー個或多個系統。連接器部分16可被模製以配合本領域所使用的任何的電連接器。在圖2的例子中，法蘭18被配置有可與裝配工具配合的六邊形外部表面，例如套筒扳手或月牙扳手，用來將溫度傳感器12螺旋到用於檢測流體溫度的位置中。因此，聚合體14的固定結構20配置有螺紋固定結構或螺紋表面，以便將溫度傳感器12固定到期望的結構。螺紋結構可由任意數量的獨特或通常使用的螺紋類型形成，例如，M12X I. 25公制的標準螺紋。末端突起22從固定結構20延伸出去，以便將金屬蓋24從被配合至固定表面20的裝配表面分離開來。通過附著到末端突起22的遠端，金屬蓋24可針對流體密封圖I的溫度傳感元件26。以這種方式，末端突起22可提供用於金屬蓋24的一部分的連接表面。當定位溫度傳感器12以測量流體的溫度時，僅金屬蓋24和末端突起22可以接觸流體。在一些例子中，如果固定結構20的長度長於結構的裝配表面，固定結構20的一部分也可接觸流體。流體密封34可以是O-環、粘合劑、或一旦安裝溫度傳感器12 了則防止流體從該結構逸出的其它材料。圖3是圖I和2的溫度傳感器12的截面圖。如圖3所示，溫度傳感器12包括聚合體14、金屬蓋28和溫度傳感元件26。在圖3的例子中，聚合體14由單個類型的聚合物構造。雖然聚合體14可以構造為單個類型聚合物的ー個模子，但是可以將聚合體14裝配成兩個或多個部分，並且經由粘合劑、重熔融聚合體、陽和陰螺旋接頭或任何其它固定方法固定在一起。如上所述，聚合體14包括連接器部分16、法蘭18、固定表面20和末端突起22。
另外，溫度傳感器12包括電耦合至溫度傳感元件26的引線導體36A和36B (共同地「導體36」)。導體36可允許例如電壓和電流的電功率由電連接器(未表示)提供，以用於溫度傳感兀件26的操作。電連接器可被配置用來配合連接器部分16並電稱合導體36。在提供用於內燃發動機的油溫測量的溫度傳感器12的例子中，關聯的計算機可利用溫度測量或表示溫度的原始信號來控制發動機的ー個或多個功能。在其它例子中，導體36自身可不將溫度傳感元件26電耦合至電連接器。相反，柔性或剛性印刷電路板(PCB)可將溫度傳感元件26耦合至導體36。PCB可至少部分居於聚合體14中，並執行用於溫度傳感元件26的ー個或多個功能。例如，PCB可提供板上(onborard)校準、信號濾波或允許模擬或數位訊號從導體36被直接傳輸出去的其它特徵。在其它例子中，溫度傳感元件26可被集成在PCB中，使得PCB的一部分居於金屬蓋26中。在溫度傳感器12的其它例子中，不同數量的導體36可定位於聚合體14中。例如，對於溫度傳感元件26可僅需要單個導體。可替代的，三個或更多個導體可以用於一個或多個溫度傳感元件26。在任何情況中，聚合體14可支持利用ー個或多個溫度傳感元件26所需的任何數量的導體36。導體36在圖3中示出被單獨模製到聚合體14中。換言之，聚合體14為引線導體36A提供引線通道37A，以及為引線導體36B提供引線通道37B。以這種方式，導體36的每一個被置於它們各自的引線通道37A和37B中。在其它例子中，兩個或更多的引線導體可被置於單個引線通道中。引線導體可被纏繞在一起，並在引線通道中彼此電絕緣。在任何情況下，聚合體14提供用於導體通過溫度傳感器12的通道。如上所述，聚合體14包括位於聚合體14和溫度傳感器12近端處的連接器部分16。末端突起22置於聚合體14的遠端、固定表面20的遠端處。聚合體14的法蘭18位於聚合體14的近端和遠端之間、連接器部分16的遠端，且法蘭18被配置用來配合裝配工具。聚合體14的固定表面20也位於聚合體14的近端和遠端之間，法蘭18的遠端並且靠近末立而關起22。溫度傳感兀件26位於末糹而關起22的遠糹而或超出末糹而關起22，並電稱合至導體36，以允許溫度傳感元件26檢測接觸金屬蓋24的流體的溫度。在圖3的例子中，法蘭18配置有圍繞聚合體14的周圍的六邊形外部表面。該六邊形外部表面可用來配合套筒扳手、月牙扳手或當固定表面20包括螺紋結構時提供用於把溫度傳感器12螺旋到期望結構中的槓桿作用的任何其它裝配工具。因此，圖3的例子提供了作為固定表面20的螺紋結構。螺紋結構可被配置用來配合鄰近結構的螺紋裝配表面或支持溫度傳感器12的壁。可根據任何標準或定製的節距和深度來配置螺紋結構。在一個例子中，固定表面20可具有對應於M12X I. 25公制標準的螺紋結構。例如導熱蓋的金屬蓋24被置於溫度傳感兀件26之上和末端突起22的遠端部分之上。金屬蓋24也示出具有在末端突起22的遠端部分周圍捲曲的金屬蓋24的邊沿。蓋密封38也被提供用來確保沒有流體在末端突起22和金屬蓋24之間通過。用這種方式，金屬蓋24可針對與金屬蓋24的外部表面接觸的任何流體來密封溫度傳感元件26。在其它例子中，在溫度傳感器12中可不提供蓋密封38。在可替代的例子中，金屬蓋24可完全覆蓋末端突起22。如果金屬蓋24被放置於小的通道中，或限制對在金屬蓋24之上通過的流體的流動阻カ和/或幹擾，這種類型的配置可能是期望的。如這裡所述的，金屬蓋24導熱，使得來自目標流體的能量可容易地傳送到溫度傳 感元件26。在金屬蓋24中也可提供傳導材料以便在目標流體和溫度傳感元件26之間來傳導能量。金屬蓋24可允許溫度傳感元件26對出現在流體中的任何溫度變化提供快速響應。如這裡所述的，在其它例子中，金屬蓋24可由非金屬導熱材料構造，比如導熱環氧樹脂或導熱熱塑性塑料。相比金屬蓋24，聚合體14可被構造用來將溫度傳感元件26和導體36與接觸固定表面20的裝配表面熱隔離開來。雖然聚合物一般比金屬或金屬合金熱傳導性能差，但是用於聚合體14的聚合物類型可被選擇用來提供低的導熱率，同時與目標流體在化學和熱方面兼容。例如，一些聚合物可以用於高溫流體，而其它聚合物可以用於低溫流體。在內燃發動機的例子中，聚合體14被構造用於結構上承受高達200攝氏度的溫度。通常，金屬蓋24可由單個壁構造。金屬蓋24可被拉伸成合適的形狀以用於包封溫度傳感元件26。金屬蓋24的厚度可以在大約0. I毫米(mm)和2. 0毫米(mm)之間。但也可以預期任何其它更小或更大厚度的金屬蓋24。例如，金屬蓋24的厚度可被配置用來承受目標流體的壓力，以防止對溫度傳感元件26的任何損壞。在其它例子中，金屬蓋24可由兩個或更多個壁或層構造。每ー層可彼此接觸，或者傳導材料可被放置在層之間，以傳導來自流體的熱能至溫度傳感元件26。溫度傳感器12也包括置於法蘭18和固定表面20之間的聚合體14的外表面上的流體密封34。流體密封34可以是0-環、碾壓墊圈(crush washer)、粘合劑或一旦傳感器被安裝就防止流體從溫度傳感器12逸出的其它材料。雖然當固定表面20被配置為如圖3所示的螺紋結構時可以提供流體密封34，但是溫度傳感器12的ー些例子可不包括流體密封34。例如，如果固定表面20配置有粘合劑以避免流體流經聚合體14，流體密封34可以不需要。溫度傳感器12的尺寸可被改變來滿足對於溫度傳感器12的寬範圍的應用。雖然在這裡提供示例尺寸，也可預期更小和更大的尺寸。通常，溫度傳感器12的長度(L)在大約1.0釐米(cm)和22.0釐米(cm)之間。在圖3的例子中，L大約等於6釐米。因此，聚合體14可以具有一般在1.0釐米到20.0釐米之間的長度(G)。因為聚合體14可被分段成不同的功能部分，提供每ー部分的尺寸。通常，連接器部分16長度(A)可以在大約0. 3釐米到100釐米之間。法蘭18長度⑶可以在大約0. I釐米到3. 0釐米之間。固定表面20長度(C)可以在大約0. 3釐米到6. 0釐米之間。末端突起22長度⑶可以在大約0. 2釐米到8.0釐米之間。金屬蓋24可以具有通常在大約0. I釐米到5.0釐米之間的長度(F)。如果熱反應時間被期望最小，更小的金屬蓋24尺寸可能是有益的。在一些例子中，金屬蓋長度F可以小於末端突起長度D。然而在具有小末端突起22的溫度傳感器12的例子中，金屬蓋24長度F可大於末端突起22的長度D。通常,金屬蓋長度F可以顯著小於聚合體長度G。在一些例子中，金屬蓋長度F可以小於聚合體長度G的大約25%。例如，如果聚合體14具有大約4. O釐米的長度G，金屬蓋24可以具有小於大約I. O釐米的長度。圖4是包括內聚合體42和外聚合體44的示例溫度傳感 器40的截面圖。溫度傳感器40類似於

圖1-3的溫度傳感器12。但是，溫度傳感器40包括內聚合體42和取代溫度傳感器12的單個聚合體14的包覆外聚合體44。如圖4所示，溫度傳感器40包括內聚合體42、外聚合體44、金屬蓋54和溫度傳感兀件56。金屬蓋54可基本類似於圖3的金屬蓋24，並且溫度傳感元件56可基本類似於溫度傳感元件26。在圖4的例子中，內聚合體42和外聚合體44都由聚合物材料構造。雖然內聚合體42和外聚合體44可由單個類型的聚合物材料構成，例如相同的聚合物材料，內聚合體42可由與外聚合體44不同類型的聚合物材料構造。在一些例子中，類似但不相同的聚合物材料可被用來構造內聚合體42和外聚合體44。例如，類似的聚合物可在同一類聚合物中，或顯現利用可以用於溫度傳感器12的兩種類似聚合物的性質。如果在內聚合體42之上模製外聚合體44，為內聚合體和外聚合體使用單個類型的聚合物材料可促進每ー結構之間的粘附。換言之，在包覆模製(over mold)過程中，夕卜聚合體44可至少部分熔合至內聚合體42,並在外聚合體44和內聚合體42之間生成密封。使用不同類型的聚合物材料可以其它方式有益。例如，低剛性聚合物材料可用來構造外聚合體44，以方便配合連接器部分46，並且高剛性聚合物材料可用來構造內聚合體42，以承受壓力、溫度和/或與末端突起52相接觸的目標流體的流動。在另一例子中，構造具有外聚合體44和內聚合體42的溫度傳感器40可以方便部件的大規模生產和可交換性。換言之,相同配置的內聚合體42可與外聚合體44的不同變型一起用於產生具有改變了的連接器部分46、法蘭48和/或固定表面50的溫度傳感器。此外，可以在內聚合體42的不同模子之上使用外聚合體44的單個模子，以便生成具有不同長度、寬度或形狀的末端突起52或甚至不同類型的溫度傳感元件56和/或導熱蓋54的溫度傳感器。以這種方式，例如，溫度傳感器50可被配置用於不同的應用，而無需為每ー應用構造単獨的聚合體。儘管內聚合體42和外聚合體44的每ー個可以構造為單個類型聚合物的ー個模子，內聚合體42和外聚合體44的一個或兩者可以裝配成兩個或更多個部分，並經由粘合齊U、重熔融聚合物、陽和陰螺旋接頭或任何其它固定方法固定在一起。一起地，內聚合體42和外聚合體44可包括圖3的聚合體14的相同特徵。內聚合體42可包括末端突起52。外聚合體44可包括連接器部分46、法蘭48和固定表面50。在其它例子中，聚合體42和44的每ー個可提供溫度傳感器40的可替代特徵。在圖4的例子中，內聚合體42可限定引線通道63A和63B的至少一部分。內聚合體42也可包括置於內聚合體42遠端處的末端突起52。外聚合體44也被配置用於圍繞內聚合體42的一部分。在一些例子中，外聚合體44可僅圍繞與金屬蓋54相対的內聚合體42的近端部分。通常，在形成內聚合體42後，在內聚合體42之上模製外聚合體44。但是，在粘附外聚合體44或以其它方式將外聚合體44固定在一起之前，通過接合外聚合體44的兩半或多於兩個的部分，外聚合體44也可被構造在內聚合體42的一部分的周圍。為促進內聚合體42和外聚合體44之間的結構完整性，內聚合體42可包括延伸進外聚合體44的一個或多個隆起(ridge) 51。在圖4的例子中，隆起51被提供在外聚合體44的固定表面50中。通常，內聚合體42的末端突起52可從外聚合體44遠端延伸出來。在一些例子中，外聚合體44可甚至用末端突起52的遠端來終止。在其它例子中，可在金屬蓋54的一部分之上模製外聚合體44，也就是外聚合體44覆蓋金屬蓋54的一部分。在金屬蓋54的一部分之上模製外聚合體4 4也可以將金屬蓋54固定至外聚合體44，並防止流體進入金屬蓋54中。外聚合體44可包括外聚合體44近端處的連接器部分46和位於連接器部分46和外聚合體44遠端之間並被配置用於配合裝配工具(例如套筒或月牙扳手)的法蘭48。外聚合體44也可包括位於外聚合體44遠端的固定表面50,例如法蘭48的遠端。固定表面50的至少一部分可被配置用來圍繞內聚合體42的一部分。在圖4的例子中，固定表面50被配置為螺紋固定表面。該螺紋結構可被配置用來配合相鄰結構的螺紋裝配表面或支持溫度傳感器40的壁。可根據任何標準或定製的節距和深度配置螺紋結構。在一個例子中，固定表面50可以具有對應於M12X I. 25公制標準的螺紋結構。溫度傳感器12也包括電耦合至溫度傳感元件56的引線導體62A和62B(共同地「導體62」)。內聚合體42可以限定穿過內聚合體42的引線通道63A和63B。另外，外聚合體44可以限定穿過外聚合體44的引線通道63A和63B的另一部分。導體62可被置於它們各自的引線通道63A和63B中。用這種方式，在導體62的一部分周圍可以模製內聚合體42和外聚合體44中的每ー個。在其它例子中，僅內聚合體42可限定通道63A和63B，並在導體62周圍被模製。在溫度傳感器40的其它例子中，不同數量的導體62可被放置在內聚合體42和外聚合體44中。例如，對於溫度傳感元件56可僅需要單個導體。可替代的，三個或更多個導體可用於ー個或多個溫度傳感兀件56。在任何情況下，內聚合體42,在一些例子中和外聚合體44，可支持利用ー個或多個溫度傳感元件56所需的任意數量的導體62。導體62在圖4中示出為單獨地模製到內聚合體42和外聚合體44中。在其它例子中，兩個或更多個引線導體可被置於單個引線通道中。引線導體可被纏繞在一起，並在引線通道中彼此電絕緣。溫度傳感元件56位於內聚合體42遠端之外，例如末端突起52的遠端。溫度傳感元件56也電耦合至導體62，以允許溫度傳感元件56檢測接觸金屬蓋54的流體的溫度。金屬蓋54可基本上類似於圖3中溫度傳感器12的金屬蓋24。金屬蓋54也置於溫度傳感兀件56之上和末端突起52的遠端部分之上。金屬蓋54也示出具有在通過內聚合體42提供的末端突起52的遠端部分周圍捲曲的金屬蓋54的邊緣。蓋密封58也被提供用來保證沒有流體在末端突起52和金屬蓋54之間通過。以這種方式，金屬蓋54可針對與金屬蓋54外表面接觸的任何流體密封溫度傳感元件56。在可替代例子中，金屬蓋54可完全覆蓋末端突起52，使得金屬蓋54被放置在小的通道中或限制對在金屬蓋54之上流動的流體的流動阻力和/或幹擾。通常，圖3的金屬蓋24或金屬蓋54可以是用於針對目標流體分別密封溫度傳感元件26或56的裝置。溫度傳感器40也包括置於法蘭48和固定表面50之間的外聚合體44的外表面上的流體密封60。流體密封60可基本上類似於圖3所示的溫度傳感器12的流體密封34。
與聚合體14類似，內聚合體42和外聚合體44可被配置成將溫度傳感元件56和導體62與接觸固定表面50的裝配表面熱隔離開來。以這種方式，內聚合體42和外聚合體44都減小了目標流體溫度測量中的任何熱梯度誤差。圖5是在示例溫度傳感器12遠端的溫度傳感元件26的截面圖。雖然關於溫度傳感器12描述圖5，但是可以可替代地使用溫度傳感器40。如圖5所示，金屬蓋24被置於聚合體14的末端突起22的遠端之上。導體36也被置於聚合體14中並電耦合至溫度傳感元件26。導體36A的遠端72A和導體36的遠端72B可被電阻焊接，或以其它方式結合(bond)至溫度傳感元件26。如於此所述的，在一些例子中，柔性或剛性印刷電路板(PCB)可將溫度傳感元件26耦合至導體36。在其它例子中，PCB可包括溫度傳感元件26。PCB可至少部分居於聚合體14中，並執行用於溫度傳感元件26的ー個或多個功能。例如，PCB可提供板上校準、信號濾波或允許模擬或數位訊號從導體36被直接傳輸出去的其它特徵。除了針對目標流體來密封溫度傳感元件26的金屬蓋24之外，導熱材料70也可被置於金屬蓋24中。導熱材料70可接觸溫度傳感元件26和金屬蓋24的內表面，使得溫度傳感元件26熱耦合至金屬蓋24。導熱材料70可以是導熱的膏、流體、凝膠、樹脂、粘合劑或任何其它合適的材料。導熱材料70的使用可以幫助減小目標流體和溫度傳感元件26之間的熱響應時間，以最小化測量流體溫度變化時的任何延遲。如這裡所述的，金屬蓋24和導熱材料70可促進允許溫度傳感元件26對目標流體的任何溫度變化快速響應的高熱傳導率。金屬蓋24的小的表面積和體積可減小金屬蓋的熱容量並增加溫度傳感元件26對目標流體溫度變化的響應。因此，可以儘可能小地構造金屬蓋24，並且在一些例子中，最小體積的導熱材料70可被用在溫度傳感器12中。雖然導熱材料70也可將金屬蓋24粘附至末端突起22的遠端，金屬蓋24也可被附著至末端突起22。在圖5的例子中，末端突起22可包括狹窄部分76，所述狹窄部分的直徑小於末端突起22的其餘部分。蓋邊緣78可被捲曲、摺疊、彎曲或以其它方式配合至狹窄部分76。因此，經由蓋邊緣78和狹窄部分76之間的接觸，蓋邊緣78被固定至末端突起22。此外，蓋密封38可提供附加密封，以防止流體進入金屬蓋24。如上所示，相比較溫度傳感器12的其餘部分，金屬蓋24通常可以是小的。例如，金屬蓋24的縱向長度可以小於末端突起22的長度。在另ー個例子中，金屬蓋24的長度可以小於聚合體14的長度的25%。在其它例子中，金屬蓋24的長度可以在聚合體14長度的大約2%到40%之間。如於此所述的，金屬蓋24通常可以由單個壁構造。金屬蓋24可被拉伸成合適的形狀，例如金屬管，用於包封溫度傳感元件26。金屬蓋24的厚度可在大約0. I毫米(mm)到2.0毫米(mm)之間。但是，也可以預期任何其它更小或更大厚度的金屬蓋24。例如，金屬蓋24的厚度可被配置成承受目標流體的壓力，以防止對溫度傳感元件26的任何損壞。在其它例子中，金屬蓋24可由兩個或更多個壁或層構造。每ー層可以相互接觸，或傳導材料可被放置在層之間以傳導來自流體的熱能至溫度傳感元件26。雖然金屬蓋24被示出具有半球形末端，金屬蓋24可以構造成適用於測量目標流體的任何形狀。在高速流體中，金屬蓋24的末端可被成形為最小化對金屬蓋24表面的流體拖曳。在一些例子中，金屬蓋24可由金屬合金、純金屬或金屬合成材料構造。在其它例子中，金屬蓋24可以是不同類型的傳導材料。其它非金屬傳導材料可包括複合材料、碳衍生材料以及其它這種材料。例如，金屬蓋24可由導熱環氧樹脂或導熱熱塑性塑料構造。在這些例子的任ー個中，可在溫度傳感元件26之上模製導熱環氧樹脂或導熱熱塑性塑料，帶有或沒有導熱材料70。在這些例子中，蓋密封38可以不需要。圖6是用於製造具有包覆的外聚合體44的圖4的溫度傳感器40的示例方法的流程圖。雖然關於圖4的溫度傳感器40描述圖6，類似方法也可用於構造溫度傳感器12或其它聚合體溫度傳感器。如圖6所示，第一步用於在引線導體62之上模製第一聚合物，以生成內聚合體42 (80)。在其它例子中，聚合體42可被模製來限定用於引線導體62的隨後插入的通道63。下面，溫度傳感元件56被電陽焊接至引線導體62上(82)。
金屬蓋54然後被填充導熱材料70，並被放置於溫度傳感元件56之上，以覆蓋傳感元件(84)。在一些例子中，金屬蓋54可被預先填充導熱材料70。然後在通過第一聚合物模子生成的內聚合體42的遠端突起52周圍捲曲金屬蓋54的蓋邊緣78，以將金屬蓋54固定至末端突起52 (86)。通常，蓋邊緣78固定靠近溫度傳感元件56的金屬蓋。到此時，內聚合體42和溫度傳感元件可以用於溫度傳感器40的任何應用，但內聚合體42也可形成為對於不同應用具有不同的形狀和尺寸。然後可以在內聚合體42之上模製外聚合體44以適合用於溫度傳感器40的任何應用。可以在第一聚合物模子(例如內聚合體42)的至少近端部分之上模製第二聚合物，以生成包覆的外聚合體44 (88)。外聚合體44可以包括連接器部分46，連接器部分46遠端的法蘭48和在法蘭48遠端並靠近溫度傳感元件56的螺紋固定表面50。最終，流體密封60被裝配在法蘭48的基部和固定表面50的螺紋結構之間(90)。在一些例子中，第一聚合物和第二聚合物可以是相同類型的聚合物材料，即內聚合體42和外聚合體44由單個類型的聚合物材料構造。當第二聚合物被包覆成型以形成更加完整的聚合體時，用於聚合體42和44的單個類型的聚合體可促進第一聚合物的重熔融。在其它例子中，第一聚合物和第二聚合物可以是不同類型的聚合物。作為ー些例子，不同類型的聚合物可被用幹與流體化學、流體溫度、流體壓カ或裝配表面溫度的兼容性。這裡描述的裝置可提供各種優點。例如，接觸用於溫度傳感器的裝配表面的聚合體可以將溫度傳感元件與裝配表面熱隔離開來，以減小由於熱梯度誤差而導致的溫度測量誤差。另外，溫度傳感器可利用接觸目標流體的金屬蓋提供對變化溫度的快速響應時間。在另ー個例子中，聚合體的兩階段模製可為可被定製用於不同應用的內聚合體提供形成外聚合體的包覆。聚合體可被形成為不同尺寸的連接器部分、末端突起、固定表面和法蘭。已經描述了本發明的各個實施例。例如，已經描述了溫度傳感器的多個例子和溫度傳感器的多個特徵。雖然已經以內燃發動機為背景描述了許多例子，所述溫度傳感器可在多種其它裝置和結構中有用。這些和其它實施例在下面權利要求的範圍中。
權利要求
1.一種溫度傳感器，包括 聚合體，限定至少一個引線通道並包括 聚合體近端處的連接器部分； 置於聚合體遠端處的末端突起； 置於聚合體的近端和遠端之間的法蘭，其中所述法蘭被配置用於配合裝配工具；以及 置於所述法蘭和聚合體遠端之間的固定表面； 置於至少一個引線通道中的至少一個引線導體； 電耦合至至少一個引線導體並被配置用於檢測流體溫度的溫度傳感元件；以及 置於溫度傳感元件和末端突起的至少一部分之上的導熱蓋，其中所述導熱蓋被配置用於針對所述流體來密封溫度傳感元件。
2.如權利要求I所述的溫度傳感器，其中聚合體將溫度傳感元件和至少一個引線導體與裝配表面熱隔離開來。
3.如權利要求I和2中任一項所述的溫度傳感器，其中聚合體包括 第一聚合物模子，限定至少一個引線通道的至少一部分和限定末端突起；以及 置於第一聚合物模子的至少一部分之上的第二聚合物模子，其中第二聚合物模子限定連接器部分、法蘭和固定表面。
4.如權利要求3所述的溫度傳感器，其中第一聚合物模子和第二聚合物模子由單個類型的聚合物材料或不同類型的聚合物材料構造。
5.如權利要求I至4中任一項所述的溫度傳感器，進一步包括置於導熱蓋中的導熱材料 其中所述導熱材料將溫度傳感元件熱耦合至導熱蓋。
6.如權利要求I至5中任一項所述的溫度傳感器，其中導熱蓋的蓋長度小於末端突起長度，且蓋長度小於聚合體長度的25%。
7.如權利要求I至6中任一項所述的溫度傳感器，其中導熱蓋包括金屬蓋，所述金屬蓋包括單個壁，並且其中所述金屬蓋的單個壁具有在大約0. I毫米和2. 0毫米之間的厚度。
8.如權利要求I至7中任一項所述的溫度傳感器，進一步包括置於法蘭與固定表面之間的聚合體的外表面上的流體密封。
9.如權利要求I至8中任一項所述的溫度傳感器，其中連接器部分被配置用於容納耦合至至少一個引線導體的電連接器，法蘭包括圍繞聚合體周邊的六邊形外部表面，並且固定表面包括螺紋結構，所述螺紋結構被配置成配合螺紋裝配表面。
10.如權利要求I至9中任一項所述的溫度傳感器，其中流體是與內燃發動機關聯的滑潤劑、冷卻劑或燃料的一種。
全文摘要
熱絕緣溫度傳感器包括聚合體，該聚合體用於將傳感器裝配至裝配表面，並定位溫度傳感元件於目標流體中。溫度傳感元件可定位在聚合體的遠端處，並通過填充了導熱材料的金屬蓋針對流體被密封。用這種方式，聚合體可將溫度傳感元件和聚合體中的引線導體與裝配表面熱絕緣開來。聚合體也可包括近端上的連接器，以方便與溫度傳感元件的電連接，並包括法蘭，以用於相對於裝配表面安裝傳感器，並包括固定表面，所述固定表面被配置用於配合裝配表面。在一些例子中，可在兩個階段中構造聚合體，以方便連接器、法蘭和/或固定表面的不同配置。
文檔編號G01K1/20GK102628714SQ20121010328
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月6日 優先權日2011年2月4日
發明者G·克裡什納默蒂, J·博伊德, K·馬朱姆達 申請人:霍尼韋爾國際公司