[发明专利]由绝缘衬底上的电阻膜材料制成的电阻分压器

说明书

技术领域

本发明涉及电阻分压器，其包括至少第一和第二电阻器，该第一和第二电阻器串联电连接并且由采用迹线的形式施加在绝缘衬底上的电阻膜材料制成，并且其中该分压器的电压比具有在十与一百万之间的值。该分压器可存在于其最简单的形式中：只有两个串联电阻器，一个具有高电阻值并且另一个具有低电阻值。在更先进的情况下，串联的电阻器中的一个或者两个可以由具有相应等效电阻值的电阻网络替代。这些电阻器或者对应的电阻器网络在下面还可分别叫作高和低欧姆电阻器。

背景技术

已知通过使诸如金属膜或金属箔（例如镍铬、金属陶瓷膜（例如氮化钽、二氧化钌、钌酸铋、碳膜），或基于玻璃和金属陶瓷混合物的复合材料膜）的非绝缘的电阻膜或箔材料处于绝缘衬底上来制造电阻器的不同技术。在罕见的情况下，电阻膜材料可以由具有上述不同名称的材料的多层组成。绝缘衬底通常可以是陶瓷、硅、玻璃或者一些其他合成材料，并且该膜材料可通过如溅射（薄膜）、丝网和网版印刷（厚膜）或者通过喷嘴的直接印刷（厚膜）的方法而施加到衬底。该绝缘衬底可具有平坦的平面片或圆柱的形式，并且相应地，电阻膜沉积到二维的平面表面上或者三维轴对称表面上。在分压器中，高和低欧姆电阻器都处于相同的衬底上。另外，具有比电阻器的膜材料低得多的电阻率的高导电结构也沉积在衬底上。该高导电结构意在用作接触端子，并且它们采用电阻器的电阻膜材料与它们部分重叠这样的方式而置于衬底上。

为了实现显著超过一的电压比，并同时减少分压器的尺寸，已知的是，将高欧姆电阻器的电阻膜材料布置成长且窄的迹线，其中该迹线形状类似蜿蜒的形式。术语蜿蜒的形式意味着该迹线恰好不是直线而是采用在小的衬底区域上实现长的长度这样的方式弯曲。蜿蜒的形式例如可看起来像方波、三角波、正弦波、Z字形或（在三维情况下）螺旋形。这例如在对于厚膜电阻器的US 5,521,576和对于薄膜AC分压器的US 7,079,004 B2中描述的。如也在那里公开的，低欧姆电阻器的低电阻值通常通过采用短且宽的迹线布置电阻膜材料而获得。

一般，上文描述的电阻分压器可以用于宽范围的电压水平，从低至中到高压应用。尽管本发明源于例如ABB的KEVCD和KEVA传感器类型的通常能适用于在3.6kV和36kV之间的电压范围的中压传感器的领域，本发明的应用领域不限于该电压范围。

对于大部分应用，可以确保分压器比的某一高精度并且初始精度可以在变化的温度和/或长时段内维持，这是可期望的。然而，不同的老化效应在电阻值和分压器中电阻器的温度系数两者中导致漂移，其导致精度逐渐恶化。在US 5,521,576中，描述了对于厚膜电阻器，电阻器的稳定操作特性可以通过将电阻线的电阻组成采用连续模式直接印刷到衬底上而确保在期望的电阻值处，其中该电阻线具有这样的长度：其比线的宽度至少大十倍。

发明人已经认识到对于分压器，需要稳定的每个电阻器自身的电阻值并没有那么多。相反，更重要的是确保电阻器的初始电阻值是准确的并且高和低欧姆电阻器两者的操作特性的漂移都发生在相同的方向上并且具有可能相同的量使得电阻值的比以及由此分压器的电压比在整个操作温度内或在长时间段内维持在它的初始值处。

相应地，本发明的目标是提供如上文描述的电阻分压器，其以它的电压比的提高的精度和温度稳定性以及长期稳定性为特征。

发明内容

如已经提出的，该目标通过使分压器中的高和低欧姆电阻器的漂移特性尽可能匹配而实现。对于该匹配的第一重要步骤是对分压器中的所有电阻器使用相同的电阻膜材料。在复合材料的情况下，这意味着例如不仅使用相同种类的复合物而且使用具有几乎相同电阻率的相同复合物。