JPH04212029A - 電子オーブンのためのホーロー製温度センサ - Google Patents

電子オーブンのためのホーロー製温度センサ

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JPH04212029A
JPH04212029A JP3012770A JP1277091A JPH04212029A JP H04212029 A JPH04212029 A JP H04212029A JP 3012770 A JP3012770 A JP 3012770A JP 1277091 A JP1277091 A JP 1277091A JP H04212029 A JPH04212029 A JP H04212029A
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temperature sensor
sensor
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John Schultz
ジョン シュルツ
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明は、一般に電子オーブンのための
温度センサに関するものである。
【0002】通常、電子制御されたオーブンにおいて使
用される、被覆されたニッケルワイヤセンサあるいはプ
ラチナ抵抗温度検出器等の温度センサは、相対的に低い
抵抗の温度係数を有することを特徴とし、これによって
装置の測定精度が制限されている。一般に譲渡される予
定のある特許出願(代理人  ドケット(Docket
)  9D−MA−17496)には、より高い抵抗の
温度係数を有することを特徴とするガラスセラミック製
基板を使用した、改良された多重素子センサが開示され
ている。このガラスセラミック製基板の抵抗は、作動範
囲の中間温度領域およびより高温の領域にわたる温度を
測定するために用いられる。しかしながら、基板の抵抗
は、作動範囲のより低温の領域における温度を測定する
のに使用するには、あまりに大きくなりすぎる。基板上
に形成された導電性を有する材料の曲がりくねったパタ
ーンの抵抗が、オーブンの作動範囲における低温度端部
にわたる温度を測定するために使用される。この多重素
子センサは、温度範囲の高温度領域の中間において、特
に従来のセンサを上回る顕著な長所を有している。加え
て、このタイプのセンサは、1500°Fまでの拡張さ
れた温度範囲にわたって作動可能である。このセンサの
1つの欠点は、ガラスセラミック製材料の熱的慣性が、
温度変化に対するセンサの応答を遅らせるということで
ある。
【0003】したがって、本発明の目的は、安価で、か
つ温度変化に対してより迅速に応答しつつ前述のガラス
セラミック製センサの測定精度が高いという長所を依然
として備えた、クッキングオーブンに対する改良された
温度センサを提供することである。
【0004】
【発明の要約】本発明の1つの特徴によれば、温度セン
サは、本質的に少なくとも一部がホーロー層をコーティ
ングされた金属製の基板を有している。少なくとも1つ
の導電性を有する素子が、基板のホーロー層をコーティ
ングされた部分に形成され、温度を、導電性を有する素
子それ自体の抵抗の関数として検出する第1センサ手段
が形成される。この導電性を有する素子は、ホーロー層
と組み合わされて作動し、第2温度範囲にわたる温度を
、ホーロー層の抵抗の関数として検出する第2センサ手
段を形成する。
【0005】温度測定に適したホーロー層の抵抗は、興
味のある第2温度範囲、これは本発明の好ましい実施態
様においては400〜1000°Fのオーダーにあるが
、かかる温度範囲において100〜103 オームの範
囲になければならない。同様に、第1センサ手段を形成
する導電性を有する素子の抵抗は、100〜500°F
のオーダーの相対的に低い温度範囲にわたって、前記ホ
ーロー層の場合と同様の抵抗の範囲になければならない
。
【0006】本発明の新規な特徴が、特許請求の範囲に
基づいて詳細に記述されるが、本発明の内容が、以下の
図面を参照した詳細な説明からよりよく理解されるであ
ろう。
【0007】
【実施例】図1および図2には、本発明の1実施例にお
ける温度センサ10を示してある。この温度センサ10
は、平板状の金属製のパネルまたは基板12を有してい
る。基板上面の少なくとも一部には、ホーロー層14が
コーティングしてある。図1の実施例では、基板12の
表面が露出するコーティングされない微小な矩形領域1
2aを除いて、金属製基板の全体がホーロの薄層によっ
てコーティングされている。この基板表面が露出した領
域は、外部制御回路と電気的に接続するための接続パッ
ドとして機能する。特に、機械的な接続が、図1および
図2において破線の矩形として描いた領域12bの範囲
内でなされる。
【0008】ホーロー層14は、抵抗の負の温度係数を
有していることを特徴とする。以下でより詳細に説明す
るように、ホーロー層の抵抗が温度測定のために使用さ
れる。ホーロ層の抵抗は、従来のセンサに対して使用さ
れる通常のニッケルまたはプラチナワイヤセンサに比べ
て、相対的に高い抵抗値を有しており、通常のセンサに
比べてより精度の高い温度測定を可能とするより高い感
度を有している。
【0009】この実施例におけるホーロー層14は、一
般に譲渡された米国特許第3,006,775号に記載
のタイプの再結晶化されたリチウム−アルミニウム−ケ
イ酸ガラスからなっており、前記米国特許の記載部分を
参考文献として本願に組み入れる。ホーローは、ガラス
をボールミルによって粒状粉にすることによって形成さ
れる。このガラスの粒状粉は、ガラス100の割合、フ
ェロ#5クレー(Ferro#5 Clay)4の割合
、ベントナイト1/4の割合、アルミン酸ナトリウム1
/4の割合、炭酸カリウム1/4の割合、および水50
の割合で、水および他の成分と共にさらにボールミルさ
れ、スプレーするに適した懸濁液を形成する。
【0010】金属製基板12は、430ステンレス綱か
ら形成される。基板12は、ホーロー層をうまく付着さ
せるために、その表面をグリットブラスチング等によっ
て粗面とされ、ホーロー層をコーティングすべく適当に
準備される。ホーローが基板12上にスプレーされ、乾
燥された後、この基板12が、ガラスが溶融するまで1
650°Fの温度で5分間焼かれ、その後、再結晶化の
ために1525°Fの温度で5分間再び焼かれる。ホー
ロー層14の厚さは、5〜15ミルの範囲にあることが
好ましい。
【0011】ステンレス綱が基板12の形成材料として
好ましい。なぜならば、ステンレス綱は、ホーロー層、
特にこの実施例で使用するホーローの熱膨張係数に比較
的良好に適合すると共に、ホーロー層のコーティングに
用いられる比較的高温の焼成温度で酸化することがない
からである。同様に、炭素綱あるいはホーロー鉄により
適合する熱膨張特性を有する、別のホーローが使用可能
である。炭素綱あるいはホーロー鉄から形成された基板
が、かかるホーローと共に使用され、典型的には、酸洗
いによってホーロー層がコーティングされる。
【0012】図1のセンサは、特に家庭用クッキングオ
ーブンに対して適用可能である。このようなオーブンに
おいて使用されるセンサの典型的な作動範囲は、100
〜1000°Fのオーダーである。この作動範囲の高温
度端部で少なくとも100オームのオーダーの抵抗値を
有している、本発明者が知るホーローに対しては、抵抗
値は、温度が400〜500°Fの範囲以下に下がるに
つれて、105 オームを超え始める。105 オーム
より大きい抵抗値に対しては、通常の比較的安価な技術
を用いて温度測定を行うことが困難となる。ホーローの
抵抗を用いることによって達成可能な、より高温度の範
囲において感度が増大するという長所を維持するために
、本発明によれば、2つのセンサ手段が用いられる。こ
れらのセンサ手段の一方は、ホーロー層の抵抗を使用す
ることによって、センサ作動範囲のより高温度の領域の
温度を測定するためのものであり、他方は、ホーロー層
の表面に形成された曲がりくねった導電性を有する素子
の抵抗を使用することによって、センサ作動範囲の低温
度の領域の温度を測定するためのものである。
【0013】温度範囲の低温度領域における温度を測定
するためのセンサ手段は、適当な手段によってホーロー
層14の外表面に形成された金属製の導電性を有する素
子、あるいは電極16を有している。この実施例では、
素子16は、200メッシュのスクリーンを介して、有
機金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成
される。このペーストは、例えば、エンゲルハート社(
Engelhard Corporation)から入
手可能な、商品名A4649というプラチナペーストの
ような、5〜15%のプラチナを含有するプラチナ樹脂
酸塩である。ペーストは、乾燥された後約1200°F
の、ホーローの軟化温度以下の温度で焼かれる。ペース
トの有機部分が燃え尽き、ホーロー層に強固に付着した
金属プラチナの導電性を有する素子が残る。
【0014】素子16は、ホーロー層14上に曲がりく
ねったパターンに形成されることにより、比較的限定さ
れた領域内に、十分なストリップの長さをもつ。素子1
6は、幅約0.05インチ(0.127cm) 、長さ
約35インチ(88.9cm) を有し、さらにその長
手方向にのびる部分が互いに0.05インチ(0.12
7cm) の間隔を有していることが好ましい。接続パ
ッド16aおよび16bが、外部制御回路に接続するた
めに素子16の両端に設けられる。パッド16aおよび
16bの間における素子16の抵抗が、温度情報を得る
ために測定される。ホーローをコーティングされた綱製
基板12は、このセンサ素子に対する支持構造を与える
にすぎない。 図3における導電性を有する素子16に対する抵抗温度
特性曲線に示したように、パッド16aおよび16bの
間における、素子16の曲がりくねったパターンの抵抗
は、100°Fでの4500オームから600°Fでの
6500オームに至るまで本質的に、直線的に変化する
。
【0015】上で簡単に説明したように、第2センサ手
段は、温度をホーロー層14の抵抗の関数として測定す
る。この第2センサ手段は、導電性を有する素子16と
、前述のように金属製基板12と外部制御回路との電気
的な接続を可能とするためにホーロー層をコーティング
されないままに残された、露出した接続領域12bとを
使用する。このセンサ手段におけるホーロー層の抵抗は
、接続パッド16bおよび接続領域12bの間において
測定される。以下、図5を参照して説明するように、外
部制御回路に接続されたとき、電流がホーロー層14を
通じて素子16から金属製基板12へ流れる。
【0016】図4に示した温度−抵抗特性曲線から明ら
かなように、ホーロー層14の抵抗は、興味ある温度範
囲にわたって、この場合には高温度センサ手段に対して
、400〜1000°Fの温度範囲にわたって、102
 〜105 オームの範囲にある。図1の実施例で使用
される特別なホーローは、説明のためのものであって、
本発明はこれに限定されるものではない。別のホーロー
が同様に使用され得る。このようなホーローは、興味の
ある温度範囲にわたって、100〜105 オームの範
囲にある抵抗値を与える抵抗の温度係数を有しているこ
とを特徴とするものであることが好ましい。目下、この
ようなセンサは、実際問題として、現在使用可能な大抵
のホーローは、温度が1200°Fを超えたときに軟化
を始めるという傾向があるため、1200°Fのオーダ
ーの上限温度に制限されている。
【0017】図1の実施例において、露出した接続領域
12aは、外部制御回路に接続するためにセンサの上面
に形成されている。基板12の上面の全てがホーロー層
をコーティングされている点を除いては、図1の実施例
と同一の別の構成が、同様に用いられ得る。曲がりくね
った素子16の作動は、図1の実施例の場合と同様であ
る。接続領域12aの代わりに、第2センサ手段に対す
るホーロー層の抵抗の測定をするための電気的な接続が
、基板12の露出した金属製下面に対して直接なされる
。
【0018】さらに別の構成として、同一のペーストか
ら形成された曲がりくねったパターンの1つの長手方向
にのびる部分に相当する単一のストリップからなり、素
子16と同等の幅および厚さを有する第2の導電性を有
する素子が、素子16から側方に間隔をおいてホーロー
層14上に形成される。接続パッドが、外部回路に接続
するために前記第2の素子の一端に形成される。この構
成におけるホーロー層の抵抗は、接続パッド16aおよ
び第2の素子の接続パッドの間において測定される。以
下に説明するように、外部制御回路に接続されたとき、
電流が、ホーロー層14を通じて、第2の素子から金属
性基板12へ流れさらに素子16へ戻ってくると共に、
電流の一部が、素子16と第2の素子との間においてホ
ーロー層14の表面を横切って流れ得る。この構成にお
いて、電流はホーロー層の2つの厚みを通じて効果的に
流れ、しかも第2の素子の全表面領域は素子16の全表
面領域よりも小さいので、この構成は、同一のホーロー
層に対して、図1の構成に対するものよりも高い抵抗値
を生じさせる。
【0019】図1のセンサ10を組み込んだ家庭用クッ
キングオーブンにおける温度を制御するための外部制御
回路を、図5に示した。2つのセンサ手段のそれぞれは
、図5の回路において、可変抵抗として表されている。 抵抗24は、パッド16aおよび16bの間のストリッ
プ16の抵抗を有する低温度センサ手段を表している。 抵抗26は、パッド16bおよび12bの間において測
定された、ストリップ16と金属性基板12との間のホ
ーロー層14の抵抗を有する高温度センサ手段を表して
いる。
【0020】もしDC電源が使用されたならば実際に生
じるであろうホーローの偏極を回避するために、ホーロ
ー層の抵抗を用いるセンサ手段に対して、AC電源が必
要である。各センサ手段に対する電源回路は、それぞれ
、電流制限抵抗34、36を介してターミナルパッド1
6aおよび12bにおいて、抵抗24および26に接続
された、5V、60Hz のAC電源30である。ダイ
オード44、46、並びに10μFのコンデンサ54、
56は、それぞれ、A/Dコンバータ60に対する入力
のために、ターミナルパッド16aおよび12bに現れ
るAC信号を整流し円滑化する。コンバータ60は、モ
トローラ  600  A/Dコンバータ回路である。
【0021】コンバータ回路60は、オーブン電源回路
64に対する制御信号を測定された温度の関数として発
生させるマイクロプロセッサ62に対する入力のために
、アナログ電圧信号をディジタル信号に変換する。マイ
クロプロセッサ62は、センサ10からの温度情報を用
いてオーブン温度を制御する、レンジオーブンに対する
電力制御スキームを実行すべく、永久的に形成された読
み出し専用メモリ(ROM)によって、仮想メモリマシ
ンとして作動するようにプログラムされた、モトローラ
  68000シリーズ  マイクロプロセッサである
。
【0022】マイクロプロセッサ62は、バス66を介
してコンバータ60に結合された割り込み可能な信号に
よって、各センサ手段からの入力をシーケンシャルに割
り込み可能とする。そして、割り込み可能とされたセン
サに対する変換された出力は、それぞれ、抵抗24に対
するメモリ位置PAI1および抵抗26に対するメモリ
位置PAI1のうちの対応する1つに記憶されるために
、バス68によってマイクロプロセッサ62に結合され
る。この構成によって、各センサ手段によって測定され
た温度は、マイクロプロセッサのメモリに周期的に記憶
される。
【0023】以上において簡単に説明したように、マイ
クロプロセッサ62は、オーブン温度をセンサ10から
の温度情報の関数として制御するための、予め決められ
た一組の命令を実行すべく、永久的に形成されたROM
によって構成されている。図6には、マイクロプロセッ
サが、センサ入力信号を読み出し、記憶し、さらに、2
つの記憶された値のうち、次の電力制御決定のために用
いられるべき1つの値を選択することを可能とする、温
度選択制御ルーチンに対するフロー図を示してある。こ
のフロー図から、プログラム技術における当業者であれ
ば、マイクロプロセッサ62のROM内に、マイクロプ
ロセッサがこのルーチンを実行可能な1組の命令を永久
的に書き込むことが可能であろう。オーブンに対する実
際の電力制御機能に加えて、オーブンに対する別の制御
機能を実行するための別のサブルーチンを含ませること
が可能である。
【0024】温度選択ルーチンの機能は、測定される温
度にしたがって、2つのセンサ手段のうちの適当な一方
から得られた温度入力を選択することである。これは、
まず最初、高温度センサ手段からの入力を調べることに
よって実行される。もしこの入力が400°Fよりも高
い温度を表していれば、この入力が温度制御変数として
用いられる。もしそうでなければ、低温度センサ手段か
らの入力が制御変数として用いられる。
【0025】図6において、このルーチンに入ると、プ
ログラムは、バス68を通じてシーケンシャルに受け取
った信号を、メモリ位置PAI0およびPAI1に記憶
する。これらのメモリ位置に記憶された情報は、それぞ
れ、変数HITMP、LOTMPとして識別される(ブ
ロック72参照)。高温度センサ手段からの出力に対応
するPAI0に記憶された信号HITMPが、最初に読
み出される(ブロック74参照)。もし、測定された温
度が400°Fよりも高ければ(不等式76においてイ
エスであれば)、この値が変数MEASTMPとして記
憶され、この変数MEASTMPは、(図示しない)電
力制御ルーチンにおいて測定されたオーブン温度を表す
ために用いられる。もし、高温度センサ手段からの出力
が400°Fよりも低ければ、変数LOTMPによって
表される、低温度センサ手段からの出力を表すPAI1
に記憶された出力が、作動温度変数MEASTMPとし
て記憶される(ブロック80参照)。
【0026】以上の説明から明らかなように、本発明に
よるセンサは、作動温度範囲の100〜400°Fの温
度領域に対するセンサとしての曲がりくねった素子16
と、作動温度範囲の400〜1000°Fの温度領域に
対するセンサとしての、素子16および金属製基板12
の間において測定されたホーロー層14の抵抗との組み
合わせからなっており、特に、家庭用クッキングオーブ
ン等の電子制御された電子オーブンに対して使用するに
適した、安価で、感度がよくかつ迅速に応答するセンサ
を提供するものである。
【0027】これまでに本発明の好ましい実施例につい
て説明してきたが、多くの変更が、当業者によってなさ
れ得ることが理解されるだろう。例えば、このようなセ
ンサに対する付加的な変更が、図1の実施例における金
属製基板12の下面に、異なる抵抗の温度係数を有する
第2のホーロー層をコーティングし、その表面上に素子
16と同様の導電性を有する素子を形成することによっ
てなされ得る。この第2のホーロー層の抵抗は、このと
き、これまでの2つのセンサ手段によっては事実上測定
できないセンサ作動範囲にわたって温度を測定するため
の第3センサ手段を形成するために使用される。したが
って、請求の範囲は、本発明の範囲内におけるかかる構
成の変更のすべてをカバーするように意図していること
が理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例による温度センサの斜視図で
ある。
【図2】図1に示した温度センサの上面図である。
【図3】図1に示した温度センサの低温度センサ手段に
特徴的な、抵抗−温度特性曲線を示したグラフである。
【図4】図1に示した温度センサの高温度センサ手段に
特徴的な、抵抗−温度特性曲線を示したグラフである。
【図5】図1に示した温度センサを組み込んだオーブン
制御回路に関する概略的な回路図である。
【図6】図5に示した制御回路におけるマイクロプロセ
ッサに対する制御プログラム中に組み込まれた温度選択
ルーチンのフロー図である。
【符号の説明】
10  温度センサ 12  金属製基板 12a  接続領域 14  ホーロー層 16  導電性を有する素子 16a、16b  接続パッド

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも一部にホーロー層をコーテ
    ィングされた金属製基板と、前記基板のホーロー層をコ
    ーティングされた部分の表面上に形成された少なくとも
    1つの導電性を有する素子とを有し、前記導電性を有す
    る素子は、第1の温度範囲にわたる温度を、前記素子自
    体の抵抗の関数として測定する第1センサ手段を形成す
    ると共に、前記ホーロー層と組み合わされて作動し、第
    2温度範囲にわたる温度を、前記ホーロー層の抵抗の関
    数として測定する第2センサ手段を形成するものである
    ことを特徴とする温度センサ。
  2. 【請求項2】  前記ホーロー層が、再結晶化されたリ
    チウム・アルミニウム・ケイ酸ガラスからなっているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の温度センサ。
  3. 【請求項3】  前記ホーロー層の厚さが、5〜15ミ
    ルのオーダーであることを特徴とする請求項2に記載の
    温度センサ。
  4. 【請求項4】  前記金属製基板が、ステンレス綱から
    なっていることを特徴とする請求項1に記載の温度セン
    サ。
  5. 【請求項5】  前記導電性を有する素子が、前記ホー
    ロー層の表面上に、一般に曲がりくねったパターンとし
    て形成された導電性を有するフィルムを有し、前記導電
    性を有するフィルムの両端には外部回路と接続するため
    の接続パッドが設けられており、前記第1センサ手段が
    、温度情報を前記導電性を有する素子と前記接続パッド
    との間の抵抗の関数として与えることを特徴とする請求
    項1に記載の温度センサ。
  6. 【請求項6】  前記第2センサ手段が、前記導電性を
    有する素子および前記金属製基板の間において測定され
    たホーロー層の抵抗を有していることを特徴とする請求
    項5に記載の温度センサ。
  7. 【請求項7】  前記第1の温度範囲が相対的に低温度
    の範囲であり、前記第2の温度範囲が相対的に高温度の
    範囲であることを特徴とする請求項6に記載の温度セン
    サ。
  8. 【請求項8】  前記ホーロー層が、再結晶化されたリ
    チウム・アルミニウム・ケイ酸ガラスからなっているこ
    とを特徴とする請求項7に記載の温度センサ。
  9. 【請求項9】  前記ホーロー層の厚さが、5〜15ミ
    ルのオーダーであることを特徴とする請求項8に記載の
    温度センサ。
  10. 【請求項10】  前記金属製基板が、ステンレス綱か
    らなっていることを特徴とする請求項9に記載の温度セ
    ンサ。
  11. 【請求項11】  金属製基板と、前記金属製基板の少
    なくとも一面に形成された、第1の相対的に高温度の範
    囲にわたる温度を測定するのに適した抵抗の温度係数を
    有するホーロー層と、前記ホーロー層の表面に形成され
    た、第2の相対的に低温度の範囲にわたる温度を測定す
    るのに適した抵抗の温度係数をもった導電性を有する素
    子とを備えており、温度情報を、前記高温度の範囲にお
    いて、前記導電性を有する素子および前記金属性基板の
    間における前記ホーロー層の抵抗の関数として与え、前
    記低温度の範囲において、前記導電性を有する素子の抵
    抗の関数として与えるように作動するものであることを
    特徴とする温度センサ。
  12. 【請求項12】  前記相対的に高温度の範囲が、40
    0〜1000°Fのオーダーであり、前記相対的に低温
    度の範囲が、100〜500°Fのオーダーであること
    を特徴とする請求項11に記載の温度センサ。
  13. 【請求項13】  前記ホーロー層が、再結晶化された
    リチウム・アルミニウム・ケイ酸ガラスからなっている
    ことを特徴とする請求項12に記載の温度センサ。
  14. 【請求項14】  前記ホーロー層の厚さが、5〜15
    ミルのオーダーであることを特徴とする請求項13に記
    載の温度センサ。
  15. 【請求項15】  前記金属製基板が、ステンレス綱か
    ら形成されていることを特徴とする請求項14に記載の
    温度センサ。
JP3012770A 1990-01-11 1991-01-08 電子オーブンのためのホーロー製温度センサ Expired - Lifetime JP3037446B2 (ja)

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US463596 1990-01-11
US07/463,596 US5053740A (en) 1990-01-11 1990-01-11 Porcelain enamel temperature sensor for heating ovens

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