BR102014024053A2 - sensor de gás - Google Patents

Abstract

sensor de gás. um sensor de gás (gs) para detectar um componente específico em um gás a ser medido. um elemento de sensor de gás ( 4) inclui uma porção de detecção (40) formada de uma camada de base de eletrólito sólido ( 400), uma camada de eletrodo de referência ( 401 ), e uma camada de eletrodo de medição (402). um aquecedor (5) se estende de maneira axial e é retangular na forma da seção transversal, e é configurado para aquecer o elemento de sensor de gás ( 4 ). um encaixe terminal positivo (1) inclui um prendedor de aquecedor (10) para prender o aquecedor (5). o prendedor de aquecedor (10) inclui um par de superficies de contato de prendedor (102) para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor (5) para permitir o movimento do aquecedor (5) em uma direção longitudinal de seção transversal, e os encaixes terminais de aquecedor (2) incluem, na extremidade proximal do aquecedor ( 5), superficies de contato de condução (20) para pressionar de maneira resiliente contra um par de aquecedores de eletrodos (52) provido nas superficies laterais longas do aquecedor (5).

Description

“SENSOR DE GÁS” CONHECIMENTO (Campo técnico) [0001] A presente invenção se refere a um sensor de gás para detectar uma concentração de um componente de gás específico de um gás a sér medido, e mais particularmente, a um arranjo de prendedor para prender um aquecedor para aquecer um elemento de sensor de gás. (Técnica relacionada) [0002] Convencionalmente, um sensor de gás é provido ao longo de uma passagem de fluxo de exaustão de um motor de combustão interna, tal como um motor de automóvel ou semelhantes, para detectar uma concentração de um componente de gás específico, tal como oxigênio ou semelhantes, incluído na exaustão queimada, para controlar uma razão de ar para combustível e uma temperatura de um catalisador de tratamento de gás de exaustão com base na concentração detectada do componente de gás específico do gás a ser medido.

[0003] Sensores de gás comumente usados como dito acima incluem um sensor de oxigênio incluindo um elemento de detecção conformado em copo formado de uma base de eletrólito sólido conformado como um cilindro fechado em uma extremidade e formado de um material de eletrólito sólido com condutividade de íon oxigênio (tal como zircônia ou semelhantes), uma camada de eletrodo de medição disposta na circunferência externa da base de eletrólito sólido para estar em contato com o gás a ser medido e uma camada de eletrodo de referência disposta na circunferência interna da base de eletrólito sólido para estar em contato com a atmosfera como um gás de referência, para detectar uma diferença potencial entre estas duas camadas de eletrodo causadas através de uma diferença entre uma concentração de oxigênio no gás a ser medido e uma concentração de oxigênio no gás de referência e desta forma detectam a concentração de oxigênio no gás a ser medido, e um sensor de razão de ar para combustível para detectar uma concentração de um componente de gás específico no gás a ser medido e desta forma medir uma razão de ar para combustível de uma mistura de ar e combustível.

[0004] Para acelerar a ativação destes sensores, estes sensores incluem um aquecedor para produzir calor quando energizado, onde o aquecedor é mantido na posição tal que o eixo central do aquecedor está alinhado com o eixo central da base de eletrólito sólido e uma ponta do aquecedor está em contato com uma porção de fundo da base de eletrólito sólido.

[0005] Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No. 2001-305098 descreve um sensor de gás incluindo um prendedor de aquecedor tendo uma porção de preensão de aquecedor que é conformada em C na forma da seção transversal para prender um aquecedor conformado como uma haste ou retangular na forma da seção transversal e de maneira axial se estendendo tal que o aquecedor é móvel de maneira axial dentro da base de eletrólito sólido conformado como um cilindro fechado em uma extremidade (ver a Fig. 4 da Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No. 2001-305098).

[0006] O prendedor de aquecedor como descrito na Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No. 2001-305098 é configurado para permitir que o aquecedor se mova de maneira axial, o que pode reduzir a rachadura do elemento causada pelo contato da ponta do aquecedor com a porção de fundo da base de eletrólito sólido.

[0007] No entanto, como descrito na Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No. 2001-305098, durante o prendedor de aquecedor que pressiona contra a circunferência externa do aquecedor para prender o aquecedor, o prendedor de aquecedor passa por forças que tendem a suportar de maneira vertical o aquecedor. Assim inclinar de maneira vertical o aquecedor vai causar tensões de flexão a ser exercidas em uma porção de preensão do aquecedor.

[0008] Em consideração do que foi dito anteriormente, portanto pode ser desejável ter um sensor de gás que é resistente à vibração externa.

SUMÁRIO

[0009] De acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção, é provido um sensor de gás (GS) para detectar um componente específico em um gás a ser medido. O sensor de gás inclui: um elemento de sensor de gás conformado como um cilindro com extremidade fechada, o elemento de sensor de gás incluindo uma porção de detecção formada de uma camada de base de eletrólito sólido com pelo menos condutividade de íon específica, uma camada de eletrodo de referência para estar em contato com um gás de referência, e uma camada de eletrodo de medição para estar em contato com o gás a ser medido; um aquecedor se estendendo de maneira axial e retangular na forma da seção transversal, e configurado para aquecer o elemento de sensor de gás; um encaixe terminal positivo incluindo uma porção de condução positiva para comunicar eletricamente com a camada de eletrodo de referência dentro do elemento de sensor de gás, e um prendedor de aquecedor para prender o aquecedor; um par de encaixes terminais de aquecedor para conectar eletricamente o aquecedor e o exterior; um encaixe terminal negativo incluindo uma porção de condução terminal negativa para conectar eletricamente a camada de eletrodo de medição e o exterior; um isolante para isolar eletricamente o encaixe terminal positivo, os encaixes terminais de aquecedor, e o encaixe terminal negativo; um alojamento cilíndrico para prender a porção de detecção no gás a ser medido. Na modalidade, o prendedor de aquecedor inclui um par de superfícies de contato de prendedor para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor para permitir o movimento do aquecedor em uma direção longitudinal de seção transversal, e os encaixes terminais de aquecedor incluem, na extremidade proximal do aquecedor 5, superfícies de contato de condução para pressionar de maneira resiliente contra um par de aquecedores de eletrodos providos nas superfícies laterais longas do aquecedor.

[00010] Como dito acima, o prendedor de aquecedor permite o movimento do aquecedor na direção longitudinal de seção transversal. Isto pode evitar rachaduras do aquecedor causadas por tensões térmicas, sem estar sujeitas às tensões de flexão a partir do prendedor de aquecedor mesmo na presença de uma inclinação do aquecedor para a direção axial do elemento de sensor de gás.

[00011] Em adição, uma direção de carga na qual o prendedor de aquecedor pressiona contra as laterais do aquecedor e uma direção de carga em que as superfícies de contato de condução pressionam contra as laterais do aquecedor coincidem entre si, que permite que o aquecedor seja suportado de maneira estável sem inclinação do eixo central do aquecedor na direção no sentido da largura de seção transversal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00012] A Fig. 1A é uma vista de seção transversal longitudinal de um sensor de gás de acordo com uma modalidade da presente invenção; a Fig. 1B é uma vista de seção transversal lateral de uma porção principal do sensor de gás tomada ao longo da linha B-B da Fig. 1 A; a Fig. 2A é uma vista lateral de um encaixe terminal positivo como um componente principal do sensor de gás da modalidade; a Fig. 2B é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha B-B da Fig. 2A; a Fig. 2C é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha C-C da Fig. 2A; a Fig. 2D é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha D-D da Fig. 2A; a Fig. 2E é uma vista de perspectiva do encaixe terminal positivo da Fig. 1 A; a Fig. 3A é uma vista de perspectiva de um dos encaixes terminais de aquecedor para o uso no sensor de gás da modalidade; a Fig. 3B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do encaixe terminal de aquecedor da Fig. 3A; a Fig. 4A é uma vista lateral de um encaixe terminal negativo para o uso no sensor de gás da modalidade; a Fig. 4B é uma vista de seção transversal lateral do sensor de gás tomada ao longo da linha B-B da Fig. 4A; a Fig. 5 é uma vista de perspectiva de um aquecedor para o uso no sensor de gás da modalidade; a Fig. 6A é uma esquemática que explica as vantagens da modalidade; a Fig. 6B é um gráfico que ilustra as vantagens da modalidade em comparação com o exemplo comparativo; a Fig. 7A é uma vista de seção transversal lateral de uma primeira variação do prendedor de aquecedor; a Fig. 7B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do prendedor de aquecedor da Fig. 7A. a Fig. 8A é uma vista de seção transversal lateral de uma segunda variação do prendedor de aquecedor; e a Fig. 8B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do prendedor de aquecedor da Fig. 8A.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS

[00013] Um sensor de gás GS, de acordo com uma modalidade da presente invenção, será explicado agora com referência às Figs. 1A e 1B.

[00014] O sensor de gás GS é configurado para detectar um componente específico em um gás a ser medido.

[00015] O sensor de gás GS inclui: um cilindro com elemento de sensor de gás conformado como um cilindro fechado em uma extremidade 4 incluindo uma porção de detecção 40 formada de uma camada de base de eletrólito sólido 400 com pelo menos condutividade de íon específica, uma camada de eletrodo de referência 401 para estar em contato com um gás de referência, e uma camada de eletrodo de medição 402 para estar em contato com o gás a ser medido; um aquecedor 5 se estendendo de maneira axial e retangular na forma da seção transversal, e configurado para aquecer o elemento de sensor de gás 4; um encaixe terminal positivo 1 incluindo uma porção de condução positiva 11 para comunicar eletricamente com a camada de eletrodo de referência 401 dentro do elemento de sensor de gás 4 e um prendedor de aquecedor 10 para prender o aquecedor 5; um par de encaixes terminais de aquecedor 2 para conectar eletricamente o aquecedor 5 e o exterior; e um alojamento cilíndrico 6 para prender a porção de detecção 40 no gás a ser medido.

[00016] O prendedor de aquecedor 10 inclui um par de superfícies de contato de prendedor 102 para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor 5 para permitir o movimento do aquecedor 5 em uma direção longitudinal de seção transversal (como indicado pela seta bidirecional L na Fig. 1B). Os encaixes terminais de aquecedor 2 incluem, na extremidade proximal do aquecedor 5, superfícies de contato de condução 20 para pressionar de maneira resiliente contra um par de aquecedores de eletrodos 52 provido nas superfícies laterais longas do aquecedor 5.

[00017] Como dito acima, o prendedor de aquecedor 10 permite o movimento do aquecedor 5 na direção longitudinal de seção transversal. Isto pode reduzir as rachaduras do aquecedor 5 causadas pelas tensões térmicas, sem estar sujeitas a tensões de flexão a partir do prendedor de aquecedor 10 mesmo na presença de uma inclinação do aquecedor 5 para a direção axial do elemento de sensor de gás 4. Em adição, uma direção de carga na qual o prendedor de aquecedor 10 pressiona contra as laterais do aquecedor 5 e uma direção de carga em que as superfícies de contato de condução 20 pressionam contra as laterais do aquecedor 5 coincidem entre si, o que permite que o aquecedor 5 seja suportado de maneira estável sem a inclinação do eixo central do aquecedor 5 na direção no sentido da largura de seção transversal.

[00018] O elemento de sensor de gás 4 da presente modalidade, que é um assim chamado elemento de sensor de gás conformado em copo, é cilindro fechado em uma extremidade conformado como um cilindro fechado em uma extremidade e formado de um material de eletrólito sólido com condutividade de íon específico (tal como zircônia ou semelhantes).

[00019] Enquanto a invenção será descrita em detalhe nos termos de um exemplo específico, que é o sensor de gás, a presente invenção não deve ser interpretada como estando limitada a tal sensor de gás.

[00020] O sensor de gás pode ser modificado para ser capaz de detectar uma razão de ar para combustível ou um NOx através da modificação da estrutura dos eletrodos, o tipo de material de eletrólito sólido, o processo de controle e outros.

[00021] O elemento de sensor de gás 4 inclui a porção de detecção 40 no lado distai, uma porção alargada 41 em uma porção média do elemento 4, e uma porção de extremidade proximal 42 no lado proximal para se comunicar eletricamente com o exterior.

[00022] A porção de detecção 40 inclui a camada de base de eletrólito sólido 400, a camada de eletrodo de referência 401 provida na superfície interna da camada de base de eletrólito sólido 400 para estar em contato com ar atmosférico como um gás de referência, e a camada de eletrodo de medição 402 provida na superfície externa da camada de base de eletrólito sólido 400 para estar em contato com o gás a ser medido.

[00023] A porção alargada 41 se estende para o exterior como uma aba e é presa dentro do alojamento cilíndrico 6 através de meios de vedação predeterminados 7 ou semelhantes.

[00024] Dentro do elemento de sensor de gás 4, o encaixe terminal positivo 1 é provido para conectar com o eletrodo de referência 401 e manter o aquecedor 5 dentro do sensor de gás 4. Fora da porção de detecção 40, o encaixe terminal negativo 2 é provido para conectar com o eletrodo de medição 402.

[00025] O encaixe terminal positivo 1 que é um componente principal do sensor de gás 5 da presente modalidade será explicado agora com referência à Fig. 1 A, Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 2C, Fig. 2D, e Fig. 2E.

[00026] O encaixe terminal positivo 1 é formado de um material metálico com uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica.

[00027] O encaixe terminal positivo 1 inclui, na extremidade distai do mesmo, um prendedor de aquecedor 10 para reter o aquecedor 5, o encaixe terminal positivo 1 inclui adicionalmente, na extremidade proximal do prendedor de aquecedor 10, uma porção de condução de terminal positivo 11 para comunicar eletricamente com o eletrodo de referência 401, e na extremidade proximal da porção de condução de terminal positivo 11, uma porção intermediária de terminal positivo 12 que é planar e se estende de maneira axial, e adicionalmente na extremidade proximal da porção intermediária de terminal positivo 12, uma porção de crimpagem de terminal positivo 13 para conectar eletricamente uma linha de sinal positivo 14 e o exterior.

[00028] O prendedor de aquecedor 10 da presente modalidade inclui porções de flexão 101 em ambos os lados de uma porção de base semelhante à placa plana 100, e porções de contato 102 que são conectadas, ao longo das porções de flexão 101, para as porções de base semelhantes à placa plana 100. As pbrções de contato 102 são curvadas de maneira convexa 5 nas direções de preensão para dentro (como indicado pelas setas F na Fig. 1B) com um raio de retentor predeterminado (ou raio de curvatura) R para pressionar contra as laterais do aquecedor 5. As porções de contato 102 possuem, como um grampo triangular, extremidades abertas 103 se estendendo para fora que é, em direções opostas às direções de preensão.

[00029] No prendedor de aquecedor 10, uma liberação CL é provida entre a porção de base 100 do prendedor de aquecedor 10 e um dos lados do aquecedor 5 (o aquecedor 5 que é retangular na forma da seção transversal). A liberação CL provê um espaço dentro do qual o aquecedor 5 pode se mover de maneira radial até algum grau.

[00030] Uma constante de mola do prendedor de aquecedor 10, denotado por Ki0(N/mm), é definida dentro de uma faixa definida por K10/M >160 (em unidade de 1/s ), onde M(g) é uma massa do aquecedor 5.

[00031] O ajuste do constante de mola do prendedor de aquecedor Κχ0 dentro desta faixa pode evitar que o aquecedor 5 ressoe com a vibração do exterior, que permite que o aquecedor 5 seja mantido de maneira estável. Em adição, o movimento radial do aquecedor 5 pode reduzir as tensões de flexão, reduzindo desta forma as rachaduras do aquecedor 5.

[00032] A porção de condução de terminal positivo 11 é formado de uma placa flexionada em um anel a ser conformado em C na forma da seção transversal, e é polarizada para produzir uma força de pressionamento para • £ fora a partir do interior do elemento de sensor de gás 4.

[00033] A montagem da porção de condução de terminal positivo 11 dentro da porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 pode ser implementada através da inserção da porção de condução de terminal positivo 11 para a porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 com um raio reduzido.

[00034] A porção de crimpagem 13 inclui, em ambos os lados do mesmo, suspensões conformadas em lingueta. Um núcleo condutor 140 da linha de sinal positivo 14 é preso à porção de crimpagem 13 através da flexão e da crimpagem das suspensões conformadas em lingueta para dentro, estabelecendo desta forma conexão elétrica com o exterior.

[00035] O encaixe terminal de aquecedor 2 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. 1 A, 3A e 3B.

[00036] O encaixe terminal de aquecedor 2, que é formado usando um material de placa plana de metal tendo uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica, é configurado para se conectar eletricamente com um par de linhas que transportam corrente de aquecedor 24 retirado para a porção de extremidade proximal do aquecedor 5 para conectar eletricamente um par de aquecedores de eletrodos 52 e uma fonte de energia externa (não mostrada).

[00037] O encaixe terminal de aquecedor 2 inclui uma porção de condução terminal de aquecedor 20, uma porção de dobra terminal de aquecedor 21, uma porção de base terminal de aquecedor 22, e uma porção de crimpagem terminal de aquecedor 23.

[00038] Uma porção de base terminal de aquecedor 22 é conformada como uma placa plana que se estende de maneira axial.

[00039] A porção de flexão terminal de aquecedor 21 é formada através da flexão da porção de extremidade distai do aquecedor terminal porção de base 22 de volta para a porção de extremidade proximal do aquecedor terminal porção de base 22.

[00040] A porção de flexão terminal de aquecedor 21 é configurada tal que a porção de contato terminal 20 provida na porção de extremidade distai do aquecedor terminal porção de base 22 pode ser polarizada para o eletrodo de aquecedor 52 provido na superfície do aquecedor 5.

[00041] A porção de contato terminal de aquecedor 20 contata de maneira resiliente o eletrodo de aquecedor 52, provendo desta forma continuidade elétrica.

[00042] A porção de crimpagem terminal de aquecedor 23 é provida na extremidade proximal do aquecedor terminal porção de base 22 para ser crimpado o núcleo condutor 240 da linha que transporta corrente 24.

[00043] A superfície de contato terminal do aquecedor 20 é curvada de maneira convexa como uma esfera para o eletrodo de aquecedor 52. Isto permite que a superfície de contato terminal do aquecedor 20 sempre contate o aquecedor 5 no ponto, em qualquer ângulo com a direção axial do elemento de sensor de gás 4 o aquecedor 5 está inclinado. Isto permite que a carga de contato F seja mantida constante, garantindo desta forma continuidade elétrica confiável. Deve ser notado que, quando uma porção distai da superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a superfície interna do elemento de sensor de gás 4, o aquecedor 5 é mantido em um ângulo com a direção axial do elemento de sensor de gás 4.

[00044] Em adição, a constante de mola global KT de uma constante de mola do encaixe terminal positivo 1 (=K]0, isto é, a constante de mola do prendedor de aquecedor 10) e uma constante de mola do encaixe terminal de aquecedor 2 é definida tal que KT = Kl + K2 e KT/M >160 (em unidade de 1/s ), onde Kl é a constante de mola do encaixe terminal positivo 1 e K2 é a constante de mola do encaixe terminal de aquecedor 2, o que leva à frequência natural global f igual a ou maior do que 2 Hhz. Isto pode evitar que o aquecedor 5 ressoe com a vibração do exterior para se mover da posição.

[00045] Um encaixe terminal negativo 3 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. ΙΑ, 4A e 4B.

[00046] O encaixe terminal negativo 3, que é formado usando um material de placa plana de metal tendo uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica, é provida na porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 para conectar eletricamente com uma linha de sinal negativo 34 para conectar eletricamente o eletrodo de medição 402 e o exterior.

[00047] O encaixe de terminal negativo (contato) 3 inclui uma porção de condução terminal negativa 30, uma porção de base de terminal negativo 31, e uma porção de crimpagem de terminal negativo 33.

[00048] A porção de condução terminal negativa 30 é formada de uma placa plana semelhante ao membro resiliente flexionado em um anel com um diâmetro menor do que um diâmetro externo da porção de extremidade proximal 42 a ser conformado em C na forma da seção transversal, e é polarizada para produzir uma força de pressionamento em direção ao centro da porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4.

[00049] A porção de crimpagem de terminal negativo 32 possui um núcleo condutor 340 de uma linha de sinal negativo 34 presa ao mesmo.

[00050] O aquecedor 5 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. 1 A, 1B, e 5.

[00051] O aquecedor 5, que é um assim chamado aquecedor cerâmico empilhado, é retangular na forma da seção transversal e conformado como uma placa planar alongada.

[00052] O aquecedor 5 inclui um par de camadas de isolamento 50 que são formadas de um material isolante, tal como alumina ou semelhantes, e conformado como uma placa plana, um elemento de aquecimento 51 que é incorporado dentro das camadas de isolamento 50 e formado de um material de elemento de aquecimento resistivo bem conhecido, tal como tungstênio, siliceto de molibdênio, rutênio ou semelhantes, produzindo desta forma calor através de energização, um par de aquecedores de eletrodos 52 para conectar eletricamente o elemento de aquecimento 51 e o exterior, leva 520 para conectar eletricamente o elemento de aquecimento 51 e o aquecedores de eletrodos 52, e através dos eletrodos 521.

[00053] O aquecedor 5 é mantido pelo prendedor de aquecedor 10 provido na extremidade distai do encaixe terminal positivo 1 que pressiona de maneira resiliente contra as superfícies laterais longas do aquecedor 5, e adicionalmente mantido pelo par de aquecedores terminais 2 que pressiona de maneira resiliente contra as laterais do aquecedor 5 na extremidade proximal.

[00054] A direção de carga do prendedor de aquecedor 10 e a direção de carga do aquecedor terminal 2 coincide, que pode reduzir as tensões de flexão no aquecedor 5.

[00055] O alojamento 6 será explicado agora com referência à Fig. 1 A.

[00056] O alojamento 6 é formado de um material de metal bem conhecido, tal como aço inoxidável ou semelhantes, e conformado de maneira cilíndrica, e retém no mesmo o elemento de sensor de gás 4, onde a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4 é presa em uma posição fixa ao longo de uma passagem de fluxo de gás do gás a ser medido.

[00057] O alojamento 6 inclui uma porção de base de alojamento 60 para conter o elemento de sensor de gás 4, uma porção de travamento de elemento 61 para travar e prender a porção alargada 41 do elemento de sensor de gás 4, uma porção de saliência 62 para prender o revestimento 86 que cobre a extremidade proximal do alojamento 6, uma porção de crimpagem de elemento 63 para prender o elemento de sensor de gás 4 sendo crimpado a ele, uma porção conformada de maneira cilíndrica 64 para prover um espaço para introduzir no mesmo o gás a ser medido, uma porção de parafuso 65 para prender o sensor de gás 5 em uma posição fixa ao longo da passagem de fluxo de gás do gás a ser medido, uma porção hexagonal 60 para apertar a porção de parafuso 65, e uma porção de crimpagem de cobertura 67 para prender uma cobertura 9 que cobre a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4.

[00058] O sensor de gás inclui meios de vedação 7 entre o alojamento 6 e o elemento de sensor de gás 4 para a vedação entre os mesmos.

[00059] Os meios de vedação 7 incluem um anel de vedação metálico 70 provido entre a porção alargada 41 e a porção de travamento de elemento 61, um pó empacotado 71 provido entre a porção alargada 41 e a porção de crimpagem de elemento 63, conformado de maneira cilíndrica, e formado de um filtro de pó bem conhecido, tal como talco ou semelhantes, isolante cilíndrico 72 formado de alumina ou semelhantes e que pressiona contra o pó empacotado 71, e um anel de vedação metálico 73.

[00060] Meios de fixação lateral proximal 8 será explicado agora com referência à Fig. IA. Os meios de fixação lateral proximal 8, que são comumente usados em tal sensor de gás como foi descrito acima, é configurado para prender o lado proximal do sensor de gás GS com o encaixe terminal positivo 1, o encaixe terminal de aquecedor 2, o encaixe terminal negativo 3, a linha de sinal positivo 14, o par de linhas que transportam corrente do aquecedor 24, a linha de sinal negativo 34 mantida isolada eletricamente, evitando desta forma a entrada de água a partir do exterior, mas permitindo a introdução da atmosfera como um gás de referência.

[00061] Os meios de fixação lateral proximal 8 incluem um isolante 80 para reter os encaixes terminais, formado de um material isolante bem conhecido, tal como alumina ou semelhantes, um retentor de isolante 81 que retém de maneira resiliente o isolante 80, um filtro repelente à água bem conhecido 82 formado de uma fibra de flúor ou semelhantes para bloquear a umidade, mas introduz a atmosfera, uma entrada 83 para introduzir a atmosfera, uma borracha de vedação 84 formado de uma borracha resistente ao calor bem conhecida para vedar o lado proximal do sensor de gás GS, e uma porção de crimpagem de revestimento 85 que é frisada na borracha de vedação 84, e um revestimento 86 formado de um material de metal, tal como aço inoxidável ou semelhantes, para cobrir o lado proximal do alojamento 6 para desta forma vedar o lado proximal do sensor de gás GS.

[00062] Em adição, um interstício GP80 definido entre uma parede circunferencial interna do isolante 80 e um diâmetro externo da porção de condução terminal negativa 30 é definido igual a ou menos do que 0,5 mm, mais preferivelmente 0,3 mm.

[00063] Com esta configuração, já que a porção de condução terminal negativa 30 presa ao elemento de sensor de gás 4 pode evitar a vibração do isolante 80 mesmo quando está sujeito à vibração externa, a confiabilidade de condução em cada contato pode ser aprimorada.

[00064] A cobertura 9 será explicada agora com referência à Fig. 1 A.

[00065] A cobertura 9 é formada de um material de metal bem conhecido, tal como aço inoxidável, e conformada de maneira cilíndrica para cobrir a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, protegendo desta forma a porção de detecção 40.

[00066] Na presente modalidade, a cobertura 9 inclui uma cobertura porção de base 90 conformado como um cilindro com extremidade fechada e tendo, nas suas superfícies lateral e de fundo, orifício 91 para introduzir e evacuar o gás a ser medido para o interior e a partir do interior da cobertura porção de base 90, e na extremidade proximal da cobertura porção de base 90, um colar de cobertura 92 preso à porção de friso 67 provido na extremidade distai do alojamento 6.

[00067] Vantagens da presente modalidade será explicado agora com referência à Fig. 6A.

[00068] O par de encaixes terminais de aquecedor 2 pressionam de maneira resiliente contra os lados opostos do aquecedor 5 na extremidade proximal do aquecedor 5 com uma carga de contato F20. O prendedor de aquecedor 10 pressiona de maneira resiliente contra as superfícies laterais longas na porção média do aquecedor 5 com uma carga de preensão F10. O isolante conformado de maneira cilíndrica 80 é mantido de maneira resiliente pelo meio de retenção de isolante 81 provido no revestimento 86 com uma carga de retenção F81 aplicada para dentro. As porções de crimpagem 23 do par de encaixes terminais de aquecedor 2 são suportadas de maneira resiliente pela borracha de vedação 84 tendo elasticidade de borracha com uma carga de retenção F84 aplicada para dentro.

[00069] Como um todo, cargas resilientes são aplicadas igualmente às superfícies laterais longas do aquecedor 5.

[00070] É conhecido que as vibrações feitas de menos do que 2 kHz, que ocorrem em ambientes (veículos ou semelhantes) onde o sensor de gás GS da presente invenção é usado.

[00071] Como mostrado na Fig. 6A, o aquecedor 5 é suportado por dois pontos pelo prendedor de aquecedor 10 e as porções de contato 20, onde o prendedor de aquecedor 10 pressiona contra as superfícies laterais longas com a carga de preensão F10 e as porções de contato 20 pressionam contra as superfícies laterais longas do aquecedor 5 com a carga de contato F20 onde as cargas de mola F10, F20 são equilibradas.

[00072] O aquecedor 5 é formado principalmente de um material rígido, tal como alumina ou semelhantes, apesar de ter elasticidade. O aquecedor 5 portanto é muito mais rígido do que os encaixes terminais de aquecedor 2, que permite que a elasticidade do aquecedor 5 seja ignorada quando ajuste a constante de mola do membro resiliente para os encaixes terminais 1,2,3.

[00073] Quando a constante de mola K10 (n/mm) do prendedor de aquecedor 10 é definida igual a ou maior do que 160><M (M(g) que é uma massa do aquecedor 5), a frequência natural f (=V(K/M)/27i(pi)) do prendedor de aquecedor 10 se toma igual a ou maior do que 2 kHz. Isto pode evitar o aquecedor 5 de ressoar com as vibrações do exterior.

[00074] Em adição, a constante de mola global KT da constante de mola do encaixe terminal positivo 1 e a constante de mola do encaixe terminal de aquecedor 2 é definida tal que KT = Kl + K2 e KT/M >160 (em unidade de 1/s ), onde Kl é a constante de mola (de um material constituinte) do encaixe terminal positivo 1 em unidade de N/mm, K2 é a constante de mola (de um material constituinte) do encaixe terminal de aquecedor 2, e M é uma massa do aquecedor 5 em unidade de grama (g), o que leva à frequência natural global f igual a ou maior do que 2Hhz. Isto pode evitar que o aquecedor 5 ressoe com a vibração exterior para se mover da posição.

[00075] Em adição, como o ligante da borracha 84 possui uma maior elasticidade se comparado com os encaixes de terminal metálico 1, 2, o ligante 84 que prende a extremidade proximal do encaixe terminal de aquecedor 2 pode levar a um aumento adicional da constante de mola global. A frequência natural global f, portanto é adicionalmente aprimorada. Isto leva a capacidade de retenção mais estável do aquecedor 5 e aprimora a confiabilidade de condução nos contatos.

[00076] Em adição, o interstício GP80 definido entre a parede circunferencial interna do isolante 80 e o diâmetro externo da porção de condução terminal negativa 30 é definida igual a ou menos do que 0,5 mm. Portanto, mesmo quando o isolante 80 é sujeitado às vibrações externas, a porção de condução terminal negativa 30 presa ao elemento de sensor de gás 4 ainda pode servir como um mandril e o isolante 80 pode restringir o movimento radial do sensor de gás para suprimir as vibrações do sensor de gás.

[00077] Assim, as vibrações globais do sensor de gás GS podem ser suprimidas e a confiabilidade de condução em cada contato desta forma pode ser aprimorada.

[00078] Preferivelmente, o interstício GP80 pode ser definido igual a ou menor do que 0,3 mm, que pode restringir o movimento radial do isolante 80, retendo desta forma de maneira estável o aquecedor 5.

[00079] A Fig. 6B mostra resultados do teste conduzido para confirmar as vantagens da presente modalidade, r [00080] E conhecido que as vibrações são de menos do que 2 kHz em ambientes de vibração do mercado (motores de veículo ou semelhantes) onde o sensor de gás GS da presente invenção é usado.

[00081] Alterações na magnitude de ressonância com vários materiais resilientes constituintes do encaixe terminal positivo 1 tendo diferentes constantes de mola foram estudadas nos ambi-entes de vibração de mercado (onde as vibrações são de 2 kHz ou mais).

[00082] Amostras de avaliação foram preparadas as quais possuem uma janela de observação formada para ver o aquecedor 5 a partir do exterior. Por exemplo, usando um vibrômetro sem contato, tal como um vibrômetro de doppler a laser, amplitudes de vibração do corpo do sensor e as amplitudes de vibração do aquecedor 5 como observadas a partir do exterior foram medidas, para estudar as modificações de ressonância das vibrações do aquecedor 5 para as vibrações do corpo do sensor.

[00083] Como um resultado, no exemplo comparativo para o encaixe terminal positivo 1 formado de um material com Kj0/M, KT/M que é menor do que 160 (em unidade de 1/s ), a magnitude de ressonância aumenta com uma diminuição da constante de mola, onde a magnitude de ressonância está em uma faixa de 10 a 50. Enquanto isso, para o encaixe terminal positivo 1 da presente modalidade formado de um material com Ki0/M, KT/M que é igual a ou maior do que 160 (em unidade de 1/s ), a magnitude de ressonância é menor do que três, que mostra que a ressonância pode ser suprimida.

[00084] A forma (ou perfil) do prendedor de aquecedor 10 do encaixe terminal positivo 1 da presente invenção não está limitada à forma como foi definida acima, mas pode ser modificada para as formas, como for apropriado, como mostrado na Fig. 7A, 7B, 8A, e 8B.

[00085] Uma primeira variação do prendedor de aquecedor 10 a será explicado agora com referência às Figs. 7 A e 7B.

[00086] Na presente variação, as superfícies de contato para pressionar contra os lados opostos do aquecedor 5 são conformados em onda, retendo desta forma o aquecedor 5 em vários pontos. Isto permite que o aquecedor 5 seja mantido radialmente móvel.

[00087] Em adição, isto pode dispersar forças de pressionamento, atenuando desta forma tensões residuais dentro do aquecedor 5, e evitando assim a rachadura de exposição à água.

[00088] Uma segunda variação do prendedor de aquecedor 10b será explicado agora com referência às Figs. 8A e 8B.

[00089] Na presente variação, uma placa plana de material resiliente é flexionada, conformada em C na forma da seção transversal, e então porções de extremidade opostas da placa conformada em C são adicionalmente fleixonadas de volta para dentro.

[00090] Assim, as porções de contato 102 b para pressionar contra os lados opostos do aquecedor 5 são flexionados conformadas em R com um raio predeterminado R.

[00091] Com as superfícies de contato 102b curvadas de maneira convexa, mesmo tal forma (ou perfil) do prendedor de aquecedor 10 do encaixe terminal positivo 1 pode pressionar de maneira resiliente contra os lados opostos do aquecedor 5 enquanto permite que o aquecedor se mova de maneira radial, o que pode prover vantagens similares como na modalidade acima.

[00092] Na presente modalidade, o prendedor de aquecedor 10 inclui as superfícies de contato 102 para pressionar de maneira resiliente contra as superfícies laterais longas do aquecedor 5 para prender o aquecedor 5 enquanto permite que o aquecedor se mova na direção longitudinal de seção transversal. O encaixe terminal de aquecedor 2 inclui, no lado proximal do aquecedor 5, as superfícies de contato de condução 20 para pressionar de maneira resiliente contra o par de aquecedores de eletrodos 52 provido nas superfícies laterais longas do aquecedor 5 no lado proximal do aquecedor 5. Esta configuração pode garantir a confiabilidade da condução enquanto evita rachaduras do aquecedor 5. O sensor de gás da modalidade acima pode ser modificado, como for apropriado, sem fugir de tal espírito da presente invenção.

[00093] Na presente modalidade, por exemplo, a única cobertura 9 é provida. Altemativamente, o sensor de gás pode incluir múltiplas coberturas em um projeto de múltiplos copos.

[00094] Em adição, vários orifícios e formas e posições dos orifícios na cobertura 9 não estão limitadas a aquelas definidas acima.

[00095] A porção de extremidade distai do alojamento 6 pode ser estendida de maneira cilíndrica para englobar a porção de detecção 40 sem prover a cobertura 9.

[00096] Muitas modificações e outras modalidades da invenção serão pensadas por um perito na técnica a qual esta invenção pertence tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Portanto, deve ser entendido que a invenção não está limitada às modalidades específicas descritas e que modificações e outras modalidades são intencionadas de estar incluídas dentro do escopo das reivindicações anexas. Apesar de os termos específicos serem empregados aqui, eles são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para propósitos de limitação.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Sensor de gás (GS) para detectar um componente específico em um gás a ser medido, o sensor de gás, caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de sensor de gás (4) conformado como um cilindro fechado em uma extremidade, o elemento de sensor de gás incluindo uma porção de detecção (40) formada de uma camada de base de eletrólito sólido (400) com pelo menos condutividade de íon específica, uma camada de eletrodo de referência (401) para estar em contato com um gás de referência, e uma camada de eletrodo de medição (402) para estar em contato com o gás a ser medido; um aquecedor (5) se estendendo de maneira axial e retangular na forma da seção transversal, e configurado para aquecer o elemento de sensor de gás (4); um encaixe terminal positivo (1) incluindo uma porção de condução positiva (11) para se comunicar eletricamente com a camada de eletrodo de referência (401) dentro do elemento de sensor de gás (4), e um prendedor de aquecedor (10) para prender o aquecedor (5); um par de encaixes terminais de aquecedor (2) para conectar eletricamente o aquecedor (5) e o exterior; um encaixe terminal negativo (3) que inclui uma porção de condução terminal negativa (30) para conectar eletricamente a camada de eletrodo de medição (402) e o exterior; um isolante (80) para isolar eletricamente o encaixe terminal positivo (1), os encaixes terminais de aquecedor (2), e o encaixe terminal negativo (3); um alojamento cilíndrico (6) para prender a porção de detecção (40) no gás a ser medido, em que o prendedor de aquecedor (10) inclui um par de superfícies de contato de prendedor (102) para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor (5) para permitir o movimento do aquecedor (5) em uma direção longitudinal de seção transversal, e os encaixes terminais de aquecedor (2) incluem, na extremidade proximal do aquecedor (5), superfícies de contato de condução (20) para pressionar de maneira resiliente contra um par de aquecedores de eletrodos (52) providos nas superfícies laterais longas do aquecedor (5).

2. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma constante de mola de um membro resiliente do prendedor de aquecedor (10) em unidade de N/mm, denotado por Kio, e uma massa do aquecedor (5) em unidade de grama (g), denotado por M, satisfazem uma desigualdade: K10/M >160 (em unidade de 1/s2).

3. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma constante de mola de um membro resiliente do encaixe terminal positivo (1) em unidade de N/mm, denotado por Kl, uma constante de mola de um membro resiliente de cada encaixe terminal de aquecedor (2) em unidade de N/mm, denotado por K2, e uma massa do aquecedor (5) em unidade de grama (g), denotado por M, satisfazem uma desigualdade para uma constante de mola global do encaixe terminal positivo 1 e o encaixe terminai de aquecedor (2), denotado por KT: KT/M > 160 (em unidade de 1/s2) onde KT=K1+K2.

4. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as superfícies de contato (102) são curvadas de maneira convexa em direção a uma direção de preensão do aquecedor com um raio de retentor predeterminado (R).

5. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma liberação (CL) é provida entre uma porção de base (100) do prendedor de aquecedor (10) e uma das superfícies laterais curtas do aquecedor (5).

6. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a superfície de contato de condução (20) é curvada de maneira convexa em direção ao eletrodo de aquecedor.

7. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que um interstício (GP80) definido entre uma parede circunferencial interna do isolante (80) e uma circunferência externa da porção de condução terminal negativa (30) é definida igual a ou menos do que 0,5 mm.

8. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o interstício (GP80) é igual a ou menos do que 0,3 mm.