陶瓷加热器和在陶瓷加热器上固定热电偶的方法技术

一种陶瓷加热器（１０），该陶瓷加热器包括具有形式为珠（２６）的热接点或测量接点的热电偶（１６），该珠（２６）通过活性钎焊料（３２）直接结合到陶瓷基体（１２）。可替代的是，在陶瓷基体（１２）上设置金属镀层（４２），并且热电偶的珠（２６）通过普通钎焊料被直接结合到金属镀层（４２）。由于将珠直接结合到陶瓷基体，珠的温度几乎即刻地反映出陶瓷加热器的温度，这样热电偶就能准确测量陶瓷加热器的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及电加热器，尤其涉及陶资加热器和在陶资加热器 上固定热电偶的方法。
技术介绍
该部分的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息，且不构成现有 技术。典型的陶资加热器通常包括陶资基体和电阻加热元件，该电阻加 热元件被嵌入陶瓷基体内或被固定到陶资基体的外表面上。由于陶资 材料具有优良的热传导性，因此由电阻加热元件产生的热量可以被快 速传递到靠近陶资基体设置的目标对象。但是，因为陶瓷材料和金属材料的润湿性不好，陶瓷材料很难与 金属材料相结合。许多陶瓷材料和金属材料是非润湿性的，这使得熔 融金属难于克服毛细压力流入陶瓷材料的小孔里。另外，由于陶瓷材 料和金属材料之间的热膨胀系数的差异很大，因此很难在高温下保持 陶瓷材料和金属材料之间的结合。因此，与陶瓷加热器一起使用的热电偶一般通过金属护套附连到 陶瓷基体。用于测量陶瓷加热器温度的热电偶的热接点或测量接点被 收纳并焊接到金属护套内，金属护套则被固定到陶瓷基体。护套一般 通过机械附件，例如弹簧加载装置，被设置成接近陶瓷基体。由于热电偶测量金属护套的温度，而不是直接测量陶瓷基体的温 度，所以这种将热电偶固定到陶乾加热器的传统方法具有延迟温度响 应的缺点。护套的大的热质量也倾向于进一步延迟热电偶的温度变化， 因此，热电偶的准确的温度测量取决于金属护套的热特性。当陶资加 热器以非常快的速度升温，如果金属护套不能快速响应陶瓷基体的温度变化，热电偶就无法即刻地准确测量出陶资加热器的温度。因此，在以相对高的功率密度供电并且以相对快的速度升温的陶f:加热器 中，就可能产生"超调"，"超调"指参数由较低值到较高值的转变超出 了最终值时对参数的不理想控制。由于不能准确测量和控制升温曲线 的温度，陶瓷加热器被提升到超过了目标温度的温度，这导致目标对 象的不理想力口热。
技术实现思路
本专利技术的一种形式是，提供了一种陶资加热器，该加热器包括陶 瓷基体和至少 一 个用于测量陶瓷基体的温度的热电偶。所述至少 一 个 热电偶包括直接结合到陶t:基体的接点。另 一种形式的陶瓷加热器包括限定了至少 一个凹槽的陶瓷基体、 嵌入到陶瓷基体的电阻加热元件、至少一个热电偶和活性钎焊料。热 电偶包括一对丝，该对丝限定了远端部分和靠近远端部分设置的接点。 接点设置在所述凹槽内。活性钎焊料也设置在所述凹槽内，并且所述 至少 一 个热电偶的接点与活性钎焊料相接触。在另 一种形式中，提供了 一种用来将包括一对丝的热电偶固定到 陶瓷基体的方法，其中所述一对丝限定了接点。该方法包括直接将热 电偶的接点结合到陶瓷基体。在另一种形式中，提供了一种将包括一对丝的热电偶固定到陶瓷 基体的方法，该方法包括焊接热电偶的丝以形成接点；清洁陶乾加 热器基体的表面；施加活性钎焊料到陶瓷加热器基体的表面；把接点 放置在活性钎焊料上；干燥活性钎焊料；在真空室中加热活性钎焊料; 以预定的温度和时间在真空室中保持活性钎焊料；冷却到室温。根据这里提供的说明可清楚本专利技术的其它应用领域。应理解的是， 这里的说明和具体的例子仅是用于例举，并不是为了限制本公开的范 围。附图说明文中的附图仅是用于例举，绝不是为了限制本公开的范围。图1是依据本公开教导构造的固定有热电偶的陶瓷加热器的透视图2是依据本公开教导的图l中具有热电偶的陶瓷加热器的分解 透视图3是依据本么、开教导的图1中陶瓷加热器和热电偶沿线3-3的 截面视图4是图3中局部A的放大图，该图显示了依据本公开第一种实 施例的在陶资基体和热电偶之间的连接；图5是与图4类似的放大图，该图显示了依据本公开第二种实施 例的在陶资基体和热电偶之间的可替代的连接；图6是一个流程图，用于显示依据本公开教导将热电偶固定到陶 瓷加热器的方法；图7是与图4类似的放大图，该图显示了依据本公开第三种实施 例在陶瓷基体和热电偶之间的可替代的连接；图8是与图7类似的放大图，该图显示了依据本公开第四种实施 例的在陶资基体和热电偶之间的可替代的连接；图9显示了可替代的金属镀层的双层构造，及其与陶瓷基体和热 电偶的结合，为了表达清楚，图中去除了热电偶的丝和绝缘套；以及图10是流程图，用于显示依据本公开教导将热电偶固定到陶瓷基 体的另一种方法。在所有附图中，相应的附图标记表示相应部分。具体实施例方式下面的描述仅是作为示例，并不用于限制本公开、申请或用途。 应理解的是，所有附图的相应附图标记都表示相似或相应的部分或特 征。参见图l到图3，图示了依据本公开的教导构造的陶瓷加热器， 该加热器总体上用附图标记IO表示。陶资加热器10包括陶瓷基体12、嵌入陶瓷基体12内的电阻加热元件14 (虚线显示)、以及热电偶16。 电阻加热元件14终止于两个端子垫18 (虚线显示)，导线(未显示) 被附连至端子垫，用于将电阻加热元件14连接到电源(未显示)。陶 瓷基体12优选采用氮化铝(A1N )、氧化铝(A1203 )、或氮化硅(Si3N4) 制造。但是，这些材料只是为了示例，应理解可以采用其他陶瓷材料， 并且仍然属于本公开的范围内。电阻加热元件14可以是本领域任意已 知类型，例如，电阻线圏或电阻薄膜等。尽管图中的电阻加热元件14 是嵌入陶瓷基体12的，但在不背离本公开精神的情况下，电阻加热元 件14也可以设置在陶瓷基体12的外表面。热电偶16被固定到陶资基体12上，并优选设置在凹槽20内，以 用于在陶瓷加热器10工作时测量陶瓷基体12的温度。根据陶瓷基体 12的尺寸和电阻加热元件14的布置，可以在陶资加热器10上附连不 止一个的热电偶16，并且这仍然包括在本专利技术范围内。例如，如果陶 瓷加热器10具有多个加热区(未显示)，为了分别测量和控制多个加 热区，优选具有相应于多个加热区的多个热电偶16。正如图2中更清楚的显示，热电偶16包括一对由不同的金属制成 的导电丝22。这对导电丝22包括优选焊接在一起的远端24，从而形 成珠26。此外，热电偶16还包括适合连接到控制器或其他温度处理 装置/回路(未显示)的近端28，这样导电丝22、珠26和控制器就形 成了电路。珠26作为热接点或测量接点，并被放置在靠近陶瓷基体 12的位置。近端28作为冷接点或参考接点。当陶瓷基体12的温度升 高以及随后珠26的温度升高时，就产生了横过电路的电压。通过测量 横过电路的电压，就可以确定珠26与冷接点之间的温度差，因此就得 到珠26的温度以及随之得到陶瓷基体12的温度。热电偶16优选还包括一对绝缘套30。如图4中更清楚的显示， 绝缘套30包围着导电丝22，导电丝22的远端24的一部分从绝缘套 30中伸出，以形成珠26。绝缘套30为导电丝22提供绝缘和保护。绝 缘套30优选采用陶瓷材料、有机粘接玻璃纤维或基于聚合物的绝缘材 料制作。热电偶16可以是K型、J型、T型、R型、C型或B型热电偶等。 这些类型热电偶的特点在于导电丝的成分，并且适用于具有不同灵敏 度的不同温度范围。例如，包括镍铬丝(Ni-Cr合金)和镍铝丝(Ni-Al 合金)的K型热电偶是一种通用热电偶，其温度范围为约200°C ~约 1200°C，并且灵敏度约为41jiV/。C。 R型热电偶具有贵金属丝并且是 所有热电偶中最稳定的，但是灵敏度相对较低(约10jiV/。C )。 B型热 电偶具有铂丝和铑丝，适用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷加热器，该陶瓷加热器包括：　陶瓷基体；以及　至少一个用于测量陶瓷基体温度的热电偶，该至少一个热电偶包括直接结合到陶瓷基体上的接点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H林，JE史密斯，DJ布洛克，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]