可加熱的紅外傳感器和帶有這種紅外傳感器的紅外溫度計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了可加熱的紅外傳感器和帶有這種紅外傳感器的紅外溫度計。紅外傳感器具有可電加熱傳感器外殼并包括作為加熱裝置涂敷在陶瓷襯底上的導(dǎo)體軌道形式的電加熱軌道結(jié)構(gòu)，其加熱功率可借助于控制裝置按照要求控制。陶瓷襯底包括導(dǎo)熱良好且電絕緣的陶瓷。陶瓷襯底可依據(jù)相應(yīng)的要求而具有任何形狀，但對稱的基面是特別優(yōu)選的，如八角形基面。陶瓷襯底優(yōu)選構(gòu)成傳感器外殼的底部且支持至少一個紅外傳感器元件。此外它包括其它電導(dǎo)體軌道，其例如用作分配的外殼蓋的接觸面。通孔接點用作陶瓷襯底的上面和下面之間的電連接。電加熱軌道和導(dǎo)體軌道優(yōu)選構(gòu)成為厚膜軌道。所述紅外傳感器特別適合用于耳內(nèi)體溫測量的紅外溫度計的測量尖端。
【專利說明】可加熱的紅外傳感器和帶有這種紅外傳感器的紅外溫度計
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00480025887.4、申請日為2004年8月20日的同名中國專利
申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種具有至少一個安裝在可電加熱的傳感器外殼中的紅外傳感器元件的紅外傳感器，以及一種包括這種紅外傳感器的紅外溫度計，特別是用于在耳朵中測量溫度的體溫計。
【背景技術(shù)】
[0003]例如從EP I 081 475 A2中已知相應(yīng)的紅外傳感器。已知的紅外傳感器包括一個或多個加熱/冷卻兀件，其以熱導(dǎo)性的方式連接于傳感器外殼和/或傳感器外殼的透熱窗。加熱/冷卻元件例如可以包括以NTC電阻或PTC電阻的形式或者晶體管形式實現(xiàn)的加熱元件或者以珀耳帖元件(Peltierelement)形式實現(xiàn)的加熱和冷卻元件。它們可以由例如聚酰亞胺薄膜的薄膜組成，在薄膜上涂敷類似于導(dǎo)體軌道的金屬層，其中所述金屬層例如包括鋁、銅、金或者鉻鎳合金或者銀石墨制品膏。傳感器外殼和透熱窗由高導(dǎo)熱性的材料組成，例如外殼由銅組成并且窗由硅樹脂組成，以便保持產(chǎn)生的溫度梯度盡可能地低。這種已知紅外傳感器特別用于測量耳內(nèi)溫度的紅外傳感器的測量尖端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單并且具有節(jié)省空間的電熱裝置的紅外傳感器。任務(wù)還在于提供一種具有這樣紅外傳感器的紅外溫度計。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過如權(quán)利要求1所述的紅外傳感器和如權(quán)利要求9所述的紅外溫度計完成。本發(fā)明優(yōu)選的實施例在各個從屬權(quán)利要求中公開。
[0006]在根據(jù)本發(fā)明的紅外傳感器中，傳感器外殼包括其上涂敷有電加熱軌道結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底。因此電熱裝置實際上集成在傳感器外殼中，從而取消如現(xiàn)有技術(shù)中其他的分開的加熱元件并且相應(yīng)地不再要求昂貴的電接觸法。通過加熱軌道結(jié)構(gòu)的合適配置，優(yōu)化傳感器內(nèi)部的熱分布，其中加熱軌道結(jié)構(gòu)能夠包括一個或多個根據(jù)相應(yīng)要求構(gòu)成的導(dǎo)體軌道形的加熱軌道。陶瓷襯底優(yōu)選地包括高熱導(dǎo)性的陶瓷，例如氧化鋁陶瓷或氧化鈹陶瓷或者氮化鋁陶瓷，從而最小化在傳感器外殼中的不期望的溫度梯度。陶瓷襯底同樣具有高的電氣絕緣電阻，使得至少一個加熱軌道能夠以節(jié)省空間的方式被容納，也就是說，它可以延伸靠近于安裝的電氣或電子組件。通過電熱功率的根據(jù)要求的控制可以達到額定外殼溫度，如果需要同樣可以穩(wěn)定該溫度。
[0007]除了導(dǎo)體軌道形的加熱軌道結(jié)構(gòu)，陶瓷襯底還可以包括電導(dǎo)體軌道和通孔接點，所述通孔接點用于安裝在傳感器外殼中的電子或電氣元件的電連接或接觸裝置。電加熱軌道和電導(dǎo)體軌道在這種情況下優(yōu)選地構(gòu)成為厚膜軌道，其以已知的類型和方式涂敷在陶瓷襯底上。通過有目的的改變用于電加熱軌道的電阻膏的導(dǎo)電性，在這種情況下加熱軌道的電阻按要求適合于傳感器外殼的幾何形狀并且有利地可以調(diào)節(jié)各個要求的必要加熱功率。厚膜混合電路技術(shù)也可以實現(xiàn)要求的通孔接點顯著地小于下面的情況，例如用在TO外殼技術(shù)中的傳統(tǒng)的玻璃密封或裝玻璃情況，所以在相同的空間要求下能夠向外引出非常多的電連接。裝玻璃同樣限制在TO外殼內(nèi)部的空間，所以在這種情況下由于空間的原因很難集成加熱器。相反本發(fā)明的厚膜加熱軌道結(jié)構(gòu)具有非常節(jié)省空間和有效的電熱裝置，其能夠容易地涂敷在傳感器外殼的合適陶瓷區(qū)并且因此以沒有問題的方式集成在傳感器外殼中。
[0008]本發(fā)明的紅外傳感器特別適合用于紅外溫度計。所以例如它安裝在用于耳內(nèi)體溫測量的傳統(tǒng)紅外體溫計的測量尖端。在這種情況下，它直接設(shè)置在測量尖端的前端，以便通過加熱紅外傳感器使該前端達到期望的溫度。當相應(yīng)的要被測量溫度的測量尖端被插入到用戶的耳道中時，在該位置上的熱平衡實際上沒有被破壞，所以很大程度上避免測量誤差。測量尖端可以具有已知的形式和已知的結(jié)構(gòu)，特別是它同樣可以構(gòu)造成可彎曲的。
[0009]其上具有涂敷加熱軌道結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底優(yōu)選地構(gòu)成為傳感器外殼的外殼底部，其中至少一個用于將測量的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電輸出信號的紅外傳感器，例如熱電堆傳感器，以及其他電子和電氣元件安裝在所述外殼底部。用于這些元件的電導(dǎo)體軌道和電加熱軌道既可以實現(xiàn)在外殼底部的上面也可以實現(xiàn)在它的下面，其中在上面和下面之間的電連接通過在外殼底部中的通孔接點進行。各個軌道的幾何形狀優(yōu)選地能夠適合于外殼底部的上面和下面的幾何形狀。通過利用陶瓷襯底代替金屬合金，例如能夠構(gòu)造比傳統(tǒng)的TO外殼底部明顯薄很多的外殼底部。
[0010]在這種情況下，陶瓷襯底優(yōu)選地具有非常對稱的基面，例如圓的、橢圓的、長方形的、六邊形或者八邊形基面，因為不同于TO外殼技術(shù)，它在能封裝到外殼中的元件和蓋的裝配時能夠成本合算地被利用。當然，陶瓷襯底根據(jù)相應(yīng)的要求也可以具有其他形狀。
[0011]為了根據(jù)要求控制加熱軌道的電熱功率并且為了精確地調(diào)節(jié)外殼溫度，根據(jù)本發(fā)明的紅外傳感器或者根據(jù)本發(fā)明包括這種紅外傳感器的紅外溫度計優(yōu)選地還包括合適的控制裝置。該控制裝置可以基于例如至少一個電加熱軌道或至少一個紅外傳感器元件的特定參數(shù)確定紅外傳感器的溫度。如果需要，紅外傳感器的溫度同樣也能夠從至少一個單獨的溫度傳感器的測量信號中確定。控制裝置控制或調(diào)節(jié)用于加熱或用于保持溫度恒定所各自要求的電能供應(yīng)。為此目的，可調(diào)節(jié)的溫度額定值能夠被預(yù)先確定。控制裝置和至少一個電加熱軌道能夠連接于電源，例如電池。
[0012]但是，利用用于加熱外殼到期望的溫度的并且其上涂敷有加熱軌道結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的根據(jù)本發(fā)明的思想不限制于該具體應(yīng)用范圍，而是有利地可以用于多個封裝在外殼中要被調(diào)節(jié)溫度的電子或電氣元件中。
[0013]在這方面一個顯著的例子是前述的TO外殼，其中由鋼或者諸如COVAR合金(18%Co,28% Ni和54% Fe)這樣的其他金屬合金制成的傳統(tǒng)外殼底部用作為底部材料。因為這些底部材料僅具有相當?shù)偷臒釋?dǎo)性，可能要求的加熱過程僅相對慢且不均勻地進行。相反其上涂敷有電加熱軌道和導(dǎo)體軌道結(jié)構(gòu)的合適陶瓷襯底作為底部材料不僅允許非?？斓募訜徇^程，而且導(dǎo)致在外殼上更均勻的溫度分布。由于加熱器實際上以非常節(jié)省空間的方式集成在外殼中，與TO外殼的區(qū)別在于，不要求必須借助于合適的方法被接觸的單獨加熱元件?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點不僅從相應(yīng)的權(quán)利要求中單獨和/或組合地給出，而且從下列參考相應(yīng)的附圖的本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的說明中給出，在附圖中相同的組件通過相同的附圖標記表示。示意性附圖示出:
[0015]圖1根據(jù)本發(fā)明的傳感器外殼的示意性外殼底部的俯視圖；以及
[0016]圖2根據(jù)圖1的外殼底部的仰視圖。
【具體實施方式】
[0017]在圖1中所示的外殼底部10由電絕緣且導(dǎo)熱良好的陶瓷襯底組成。陶瓷襯底例如包括氧化鋁陶瓷或氧化鈹陶瓷或者氮化鋁陶瓷或類似物。
[0018]外殼底部10具有八角的基面，所以保證便宜地有效加工和分割。如果需要，外殼底部也可以根據(jù)使用目的而具有其他任意的形狀，其中由于上述的原因特別在實際中可以使用圓的、橢圓的、長方形或者六邊形的基面。
[0019]在外殼底部10的上面IOa上構(gòu)造有環(huán)狀導(dǎo)體軌道12a作為分配的相應(yīng)成形的外殼蓋(在圖中未不出)的接觸表面，該外殼蓋具有透熱窗。在外殼底部10和分配的外殼蓋之間的連接在這里例如通過膠合實現(xiàn)。為了優(yōu)化熱傳導(dǎo)可以使用具有特別高導(dǎo)熱性的粘合劑。
[0020]略微小的同心設(shè)置的環(huán)狀加熱軌道14與接觸條12a隔開延伸。該軌道與控制裝置(未示出)電連接，控制裝置能夠按照要求控制加熱軌道14的電熱功率。在這種情況下各個要求的加熱功率由電池(同樣未示出)供電。
[0021]加熱軌道14包圍設(shè)置在外殼底部10中心的紅外傳感器16(優(yōu)選是熱電堆傳感器)和其他電子元件，所述電子元件包括電子電路18和多個印刷的導(dǎo)體軌道12，所述導(dǎo)體軌道通過引線接合20互相連接。此外同樣還設(shè)有多個通孔接點22，作為對于在圖2中示出的外殼底部10的下面IOb的真空密封電連接。
[0022]熱電堆傳感器16連接于用于獲得并且計算它的溫度信號的測量電子組件(未示出)。測量電子組件同樣計算優(yōu)選地包括加熱軌道14的另一個溫度傳感器的信號。計算的溫度信號能夠以測量的溫度值的形式顯示在顯示裝置(未示出)上。
[0023]在圖2中所示的外殼底部10的下面IOb同樣包括相應(yīng)數(shù)量的通孔接點22，其連接于分配的印刷的導(dǎo)體軌道12。這些導(dǎo)體軌道在部分區(qū)域構(gòu)成為連接墊24。這些連接墊利用傳統(tǒng)的技術(shù)例如軟焊或膠合連接于分配的電路板。
[0024]電加熱軌道14和電導(dǎo)體軌道12構(gòu)造為印刷的厚膜結(jié)構(gòu)，其中電導(dǎo)體軌道12或電連接包括具有相當?shù)碗娮璧暮衲じ嗖⑶译娂訜彳壍?4包括具有較高電阻的厚膜膏。在根據(jù)本發(fā)明的紅外傳感器的一個優(yōu)選的實施例中，加熱導(dǎo)體軌道14沒有設(shè)置在上面IOa上，而是設(shè)在外殼底部的下面IOb上。然而同樣可以在外殼底部10的上面IOa上以及下面IOb上涂敷電加熱軌道或?qū)w軌道14或12。
[0025]不出的其上設(shè)置有電氣或電子組件的外殼底部10與相應(yīng)的外殼蓋(未不出)一起形成紅外傳感器，例如用于安裝在用于測量在耳中溫度的紅外體溫計的測量尖端。外殼底部作為從傳感器外殼的內(nèi)部向外的電信號的真空密封的引線。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外傳感器，具有至少一個安裝在可電加熱的傳感器外殼中的紅外傳感器兀件(16)，其特征在于， 傳感器外殼包括陶瓷襯底(10)，其具有至少一個導(dǎo)體軌道狀的涂敷在其上的電加熱軌道(14)，并且所述紅外傳感器元件(16)設(shè)置在所述陶瓷襯底(10)上，其中 所述導(dǎo)體軌道狀的電加熱軌道(14)設(shè)置在所述陶瓷襯底的頂面上，呈厚膜軌道的形式并構(gòu)造成基本包圍所述紅外傳感器元件，并且用于加熱所述傳感器外殼。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外傳感器，其中陶瓷襯底(10)包括導(dǎo)熱良好且電絕緣的陶瓷。
3.如權(quán)利要求2所述的紅外傳感器，其中陶瓷(10)包括氧化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷或者氮化鋁陶瓷。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的紅外傳感器，其中陶瓷襯底(10)構(gòu)成傳感器外殼的底部。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的紅外傳感器，其中陶瓷襯底(10)包括電導(dǎo)體軌道(12)和通孔接點(22)。
6.如權(quán)利要求5所述的紅外傳感器，其中電導(dǎo)體軌道(12)構(gòu)成為厚膜軌道。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的紅外傳感器，其中它包括至少一個溫度傳感器和/或可將所述至少一個紅外傳感器元件(16 )用作溫度傳感器。
8.—種紅外溫度計，其具有如前述權(quán)利要求中任一項所述的紅外傳感器，特別用于在耳中的體溫測量。
9.如權(quán)利要求8所述的紅外溫度計或者如權(quán)利要求1-7中任一項所述的紅外傳感器，其特征在于，用于控制所述至少一個電加熱軌道(14)的電熱功率的控制裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的紅外溫度計或者紅外傳感器，其中所述控制裝置可以基于所述至少一個電加熱軌道(14)或所述至少一個紅外傳感器元件(16)或所述至少一個溫度傳感器的確定參數(shù)確定紅外傳感器的溫度。
【文檔編號】G01J5/00GK103954364SQ201310451715
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2003年9月9日
【發(fā)明者】斯特凡·沙夫, 斯特凡·內(nèi)特, 伯恩哈德·克勞斯 申請人:Kaz歐洲有限公司