JPH09145489A - 抵抗温度計 - Google Patents

抵抗温度計

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JPH09145489A
JPH09145489A JP8255001A JP25500196A JPH09145489A JP H09145489 A JPH09145489 A JP H09145489A JP 8255001 A JP8255001 A JP 8255001A JP 25500196 A JP25500196 A JP 25500196A JP H09145489 A JPH09145489 A JP H09145489A
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layer
substrate
resistance
platinum
resistance thermometer
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JP8255001A
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English (en)
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Karlheinz Dr Wienand
ヴィーナント カールハインツ
Stefan Dietmann
ディートマン シュテファン
Soell Eva
ゼル エーヴァ
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Heraeus Sensor GmbH
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Heraeus Sensor GmbH
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    • 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
    • G01K7/183—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 characterised by the use of the resistive element

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ８．５〜１０．５ｐｐｍ／Ｋの範囲内の熱膨
脹係数を有する担体の電気絶縁表面上に設けられかつ電
気絶縁被覆層を備えている、主として白金族の１つの金
属からなる０．１〜１０μｍの厚さの抵抗層を有する、
５００℃以上の温度範囲内でも高い長期安定性が可能で
ある抵抗温度計を提供する。 【解決手段】 抵抗層の担体が ａ）１種のマグネシウム化合物を有する材料からなる基
板として構成されているか、 ｂ）材料が少なくとも１種のマグネシウム化合物を有す
る基板上に設けられた中間層として構成されているか、
または ｃ）酸化アルミニウムからなる基板上に設けられた中間
層として構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、８．５〜１０．５
ｐｐｍ／ｋの範囲内の熱膨張係数を有する担体の電気絶
縁表面上に設けられかつ電気絶縁被覆層を備えている、
主として白金族の１つの金属からなる０．１〜１０μｍ
の厚さの抵抗層の形の測温抵抗体を有する抵抗温度計に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ国特許第２４５０５５１号から、
酸化アルミニウム担体とその上に配置された薄い中間層
からなる基板上に設けられている白金抵抗層を有する抵
抗温度計が公知である。中間層は、ランタン、イットリ
ウム、セリウム、チタンおよび鉄の群の酸化物ないしは
前記金属酸化物の混合物からなりかつ酸化アルミニウム
担体と白金抵抗層の間の熱膨張の不正適合を補償する機
能を有する。しかし、不足化学量論的または過剰化学量
論的酸化物は高い温度においてその電気絶縁性質を失
い、これが抵抗温度計における測定値に影響を及ぼすこ
とが問題である。
【０００３】さらに、ドイツ国特許第２５２７７３９号
から、セラミック材料からなる担体上の測温抵抗体がス
パッタにより製造された、所定の温度係数を有する所定
の形の白金薄膜を有する抵抗温度計用の電気測温抵抗体
の製造方法が公知である。その際、担体として、平均熱
膨張係数が温度計の熱膨張係数から±３０％以下相異す
るようなセラミックが使用される。蒸着によって製造さ
れた抵抗温度計の白金薄膜抵抗体の基板に対するこのセ
ラミックの原料が、酸素含有雰囲気中で、熱処理後に基
板がクロム１５ｐｐｍ以下、鉄３０ｐｐｍ以下、鉛４５
ｐｐｍ以下およびケイ素７０ｐｐｍ以下を白金と反応し
うる形で含有する程度に加熱される。上記のすべての金
属が同時に存在する場合、これら金属による汚染物の合
計は２０ｐｐｍを上回らず、その際０．１〜１０μｍの
厚さに白金で被覆された基板は１０００℃〜１４００℃
の範囲内の温度で少なくとも６０分間酸素含有雰囲気中
で加熱される。基板は、酸化アルミニウム、酸化ベリリ
ウム、酸化トリウム、酸化マグネシウムからなるかまた
はケイ酸マグネシウムからなる。基板は、被覆の間５０
０℃〜９００℃の範囲内の温度に曝される。とくに、基
板として酸化アルミニウムセラミックが使用され、その
際白金層は１〜５μｍの厚さを有する。
【０００４】ドイツ国特許第４０２６０６１号には、殊
に抵抗温度計用の、所定の温度係数を有する電気の測温
抵抗体の製造が開示され、その際基板上に抵抗層として
白金薄膜が蒸着またはスパッタされ、白金薄膜上にスク
リン印刷法でスルホ樹脂酸ロジウムを含有する薬剤が塗
布され、焼付けられ、その結果ロジウムは白金抵抗層中
に一様に分配されて侵入する。金属基板を使用する場
合、白金薄膜に向いた基板の面はガラスセラミックから
なる電気絶縁中間層を有する。
【０００５】ドイツ国特許第４３０００８４号からは、
０．１〜１０μｍの厚さの白金測温抵抗体を有する抵抗
温度計が公知である。抵抗層は、８．５〜１０．５ｐｐ
ｍ／Ｋの範囲内の熱膨張係数を有する担体の電気絶縁表
面上に設けられ、これにより設けられた敏感な抵抗層の
機械的応力が阻止されるので、自由懸架測温抵抗体にお
けるような特性曲線が生じる。その際、測温抵抗体は、
温度センサーとしてー２００℃〜＋５００℃の範囲内で
高い精度で使用され、その際ＤＩＮＩＥＣ７５１による
目標値特性曲線に対しできるだけ僅かな相異が得られる
とされる。その際電気絶縁表面は、電気絶縁基板の表面
によるかまたはガラス層またはセラミック層の電気絶縁
表面によって形成される。好ましい実施形は、電気絶縁
ガラス層を有するチタン基板の使用である。さらに、金
属基板は酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、
酸化チタン、酸化マグネシウムまたはマグネシウムアル
ミニウムスピネルからなる層で表面を電気的に絶縁する
ことも記載されている。
【０００６】その際、一方で製造の場合の費用のかかる
方法の実施（たとえば金属基板の前清浄または／および
窒素下でのガラス層の焼付け）が不利であり、他方で最
高使用温度が、薄い中間層を通して容易にその下方にあ
る金属基板から汚染物が敏感な白金層に到達しうるので
５００℃に制限されている。公知のセラミック基板にお
いても、白金層の“被毒（Ｖｅｒｇｉｆｔｕｎｇ）”の
危険がある。それというのも温度計ケース内部の還元性
雰囲気と結合して、汚染物（たとえばケース材料から）
が白金層に接近し、そこで白金と（接触的に）化合し、
その結果抵抗特性値が強く変化するからである。その場
合には、このような抵抗温度計の実用性はもはや保証さ
れていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
実施形の利点の維持下に上記の温度範囲においても、つ
まり５００℃以上でも、長期安定性を可能にする抵抗温
度計を提供することである。ＤＩＮＩＥＣ７５１による
白金測温抵抗体の特性曲線は、ー２００℃〜＋８５０℃
の範囲内でできるだけ正確にシミュレートされるべきで
ある。さらに、市販基板の使用可能性も記載されるべき
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、白金測温抵抗体の基板として、主としてチタン酸マ
グネシウムからなる材料を選択することによって解決さ
れる。この材料は、８．９ｐｐｍ／Ｋの平均熱膨張係数
を有し白金の膨張係数に最適に適合されている。これに
より、加熱および冷却する際に生じる残留応力が最小に
なるので、−２００℃と＋８５０℃の間で、ＤＩＮＩＥ
Ｃ７５１により規定されるような特性曲線がシミュレー
トされる。この特性は、５００℃以上の温度における長
期貯蔵性が再現される。さらに、チタン酸マグネシウム
は市販材料であるが、普段は高周波構造要素またはセラ
ミックコンデンサーに使用されただけで、基板材料とし
ては従来公知でなかった。チタン酸マグネシウムは、Ｐ
ｔ薄膜抵抗体を製造する際の製造工程パラメーターに関
するすべての要求（強度、寸法、工程温度等）を満足す
る。
【０００９】この課題は、中間層については請求項２の
特徴によって解決される。その際、たとえば提供された
基板の表面特性が後続のＰｔフィルム配置技術（蒸着、
スパッタリング）に十分でない場合、記載したチタン酸
マグネシウムからなる基板上にＡｌ2Ｏ3またはＭｇＯか
らなる中間層を設けるのが有利であることが判明した。
さらに、中間層上に設けられる抵抗層に対する改善され
た付着力が達成される。抵抗層はとくに白金からなる。
【００１０】この双方の手段（適当な基板の選択および
場合により中間層の配置）により、−説明した作用の他
に−基層の側からの汚染物に対する敏感な白金層の最適
保護および熱膨張特性の適合が保証されている。
【００１１】たとえば外側の温度計ケースの材料による
他の不利な影響を白金薄膜から除くために、白金層に被
覆層が備えられる。さらに、この被覆層は、被覆層の結
合により制約される抵抗特性値の変化が小さくなるよう
にするために、熱膨脹特性を−白金層に対する基層と同
様に−白金の熱膨脹特性にできるだけ接近しているべき
である。
【００１２】有利に、被覆層にはホウケイ酸ガラスが使
用され、スクリン印刷法で設け、焼付けられる。このガ
ラス被覆層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内に
ある。代表的には、３０μｍの層厚が達成される。
【００１３】とくに強い保護を保証するためには、被覆
として０．１ｍｍと１ｍｍの間の厚さを有するセラミッ
ク小板をＰｔ抵抗層上に載せ、低温硬化型セラミック接
着剤またはガラスはんだを用いて固着する。有利に、セ
ラミック小板は基板と同じ材料、従ってチタン酸マグネ
シウムからなる。
【００１４】下記に、本発明の対象が図１および図２に
つき詳説されている。
【００１５】
【実施例】基板として、図１により配置すべき測温抵抗
体４の形に適合されている表面２を有する直方体形物体
１が使用される。この実施形においては、表面２は２０
〜２００ｎｍのあらさで構成されている。基板１は、チ
タン酸マグネシウムＭｇＴｉＯ3からなる。しかし、材
料として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を使用することも可
能である。基板１の表面２上に、白金族の１つ、とくに
白金からなる抵抗層４が設けられる。抵抗層４は、陰極
スパッタによるかないしは蒸着によって設け、引き続
き、メアンダーの形が生じるように構造化される。比較
的敏感（かつ触媒活性）の白金層４は、被覆層５にによ
り保護される。
【００１６】高温適用のために、被覆層５として０．１
〜１ｍｍの厚さのセラミック小板が設けられている。こ
の場合、セラミック小板は０．３ｍｍの厚さを有し、チ
タン酸マグネシウムからなる。セラミック小板は、高融
点のガラスはんだを用いて抵抗層４ないしは基板１上に
固着される。温度５００℃までの適用の際には、被覆小
板５は、低融点のガラスはんだまたはセラミック接着剤
を用いて固着することもできる。
【００１７】セラミック小板の代わりに被覆層５は、ス
クリン印刷法で設けられるホウケイ酸ガラスから形成す
ることもできる。ホウケイ酸ガラス層は、焼付け後に３
０μｍの厚さを有する。
【００１８】基板１の一方の側に、メアンダー形の抵抗
層４と結合して、接触面８、９が配置されている。接触
面８、９は厚膜パッド（Ｄｉｃｋｓｃｈｉｃｈｔ−Ｐａ
ｄ）とも呼ばれ、抵抗層４の接続接点６、７上に設けら
れる。接触面８、９には、外部接続線１０、１１が溶接
または接着により取付けられている。接続範囲は、接触
面８、９および部分的に被覆層１４上に設けられた、ガ
ラスセラミック材料からなる外部被覆層１４によって電
気的に絶縁され、引張りまたはひずみが減少する。ガラ
スセラミック材料としては、ホウケイ酸ガラスが適当で
あることが実証されている。その厚さは０．５〜３ｍｍ
の範囲内にある。高温範囲（＞６００℃）内での適用に
際しては、被覆層１４に対して付加的に被覆小板１２が
接触面８、９の範囲内に設けられる。これは、被覆層１
４のホウケイ酸ガラスと同じであってもよい高融点ガラ
スはんだを用いて行われる。
【００１９】図２により、基板１の表面２上に電気絶縁
中間層３が設けられている。中間層３は、陰極スパッタ
法によって設けられる（付着される）。しかし、中間層
を蒸着によるかまたは厚膜技術（樹脂酸塩のスクリン印
刷）で設けることも可能である。 中間層３は、基板１
の表面の欠陥を補償し、さらに膨脹特性がその上に設け
られる抵抗層４に適合されている。中間層は、酸化アル
ミニウムまたは酸化マグネシウムからなる。中間層は、
同時に基板１とその上に設けられる抵抗層４の間の接着
助剤として使用される。チタン酸マグネシウムからなる
基板の場合、中間層として酸化アルミニウムを設けるの
がとくに有利であることが判明した。
【００２０】抵抗温度計の他の構造は、被覆層５、接続
接触面６、７、接触面８、９、接続線１０、１１、接触
面被覆層１４および被覆小板１２については、図１で説
明した構成に一致する。
【図面の簡単な説明】
【図１】抵抗層が直接電気絶縁基板の表面上に設けられ
ている、抵抗温度計の測温抵抗体の、構成要素を分離し
て示す斜視図
【図２】抵抗層と基板の間に中間層を有する測温抵抗体
の同上斜視図
【符号の説明】
１ 基板 ２ 表面 ３ 中間層 ４ 抵抗層 ５ 被覆層 ６、７ 接続接点 ８、９ 接触面 １０、１１ 接続線 １２ 被覆小板 １４ 接触面被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エーヴァ ゼル ドイツ連邦共和国 フランクフルト コー ゼルシュトラーセ ６

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ８．５〜１０．５ｐｐｍ／Ｋの範囲内の
    熱膨張係数を有する担体の電気絶縁表面上に設けられか
    つ電気絶縁被覆層を備えている、主として白金族の１つ
    の金属からなる０．１〜１０μｍの厚さの抵抗層の形の
    測温抵抗体を有する抵抗温度計において、担体として主
    としてチタン酸マグネシウムからなる基板（１）が設け
    られていることを特徴とする抵抗温度計。
  2. 【請求項２】 基板（１）と抵抗層（４）の間に、とく
    に酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムからなる中
    間層（３）が設けられていることを特徴とする請求項１
    記載の抵抗温度計。
  3. 【請求項３】 被覆層（５）がホウケイ酸ガラスからな
    ることを特徴とする請求項１または２記載の抵抗温度
    計。
  4. 【請求項４】 ホウケイ酸ガラスが１０μｍ〜１００μ
    ｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項３記
    載の抵抗温度計。
  5. 【請求項５】 被覆層（５）が基板（１）の材料からな
    るセラミック小板であることを特徴とする請求項１また
    は２記載の抵抗温度計。
  6. 【請求項６】 セラミック小板が０．１〜１ｍｍの厚さ
    を有することを特徴とする請求項５記載の抵抗温度計。
  7. 【請求項７】 被覆層（５）としてのセラミック小板が
    セラミック接着剤またはガラスはんだを用いて抵抗層
    （４）および基板（１）上に固着されていることを特徴
    とする請求項５または６記載の抵抗温度計。
JP8255001A 1995-10-30 1996-09-26 抵抗温度計 Pending JPH09145489A (ja)

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