CN101008624A - 液体状态检测传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于检测液体状态的液体状态检测传感器，其具有与传感器元件固定连接的端子元件和在其远端部直接地或间接地固持该传感器元件并包围至少一部分该端子元件的固持管，该液体状态检测传感器被设计成可避免在组装态或在实际使用中因受振动而产生的问题。

Description

液体状态检测传感器
技术领域
本发明涉及一种用于检测待测量的液体状态的液体状态检测传感器。
背景技术
从安装有柴油机等的汽车排出的废气含有诸如氮氧化物(NOx)等物质。近年来，特别是出于环保目的和防止对生存环境污染的目的，已经采取了各种措施来净化从这些汽车排出的废气。一种净化废气的措施是废气净化装置。
这种废气净化装置安装在汽车中，能够借助于NOx选择性催化还原(SCR)系统分解有害的氮氧化物(NOx)，使它们变成无害的。这种NOx选择性催化还原(SCR)系统使用尿素水溶液作为还原剂。尿素水溶液装在汽车上安装的容器中。为了有效地分解氮氧化物(NOx)，尿素水溶液的浓度(尿素水溶液中的尿素浓度)必须保持在适当范围内。
即使当在该容器中加入适当浓度的尿素水溶液时，由于尿素水溶液的浓度随时间变化等的原因，它也可能在适当范围之外。此外，工人可能会错误地将轻质油或水混合在该容器中。为克服这些问题，已经公开了一种测定该容器中所含的尿素水溶液中的尿素浓度的装置，该装置作为传感器用于检测尿素水溶液是否在适当浓度范围内(专利文献1)。
专利文献1中公开的尿素浓度测定装置包括浓度测定传感器部和支撑部。该浓度测定传感器部具有浓度检测部和液体温度检测部，该浓度检测部包括加热元件和温度传感元件，该液体温度检测部用于测量尿素水溶液的温度。
该支撑部位于浓度测定传感器部上方，具有用于与尿素水溶液容器的开口部连接的连接部，位于该连接部上方的电路板和位于该连接部下方并用于固持该浓度测定传感器部的管状元件。该支撑部的电路板具有浓度检测电路，并用盖子元件盖住。该浓度测定传感器部的浓度检测部和液体温度检测部通过延伸通过该管状元件的各自的导线与电路板电连接。
[专利文献1]日本专利申请公开(kokai)No.2005-84026
发明内容
在将端子元件与传感器元件固定连接并且诸如导线或电缆等电连通元件通过焊接等与端子元件连接的情况下，可能需要一种结构，使得至少一部分端子元件和至少一部分传感器元件置于固持管(管状元件)内并且该固持管直接地或间接地固持传感器元件，从而防止液体进入该固持管内。
然而，上述结构的组装态具有在固持管和端子元件之间引起接触和发生短路的危险。此外，可能在固持管和传感器元件之间存在接触和发生短路的危险或在传感器元件中存在破裂等危险。在存在多个端子元件的情况下，在各端子元件之间可能存在接触和发生短路的危险。此外，在实际使用中振动或撞击会使传感器元件、端子元件、导线等振动，因此在导线和端子元件之间的连接中或在端子元件和传感器元件之间的连接中产生应力，从而在这些连接中或在连接附近的端子元件和传感器元件部分中可能出现破裂等问题。
本发明针对上述问题进行构思，本发明的一个目的是提供一种用于检测液体状态的液体状态检测传感器，其具有与传感器元件固定连接的端子元件和在其远端部直接地或间接地固持所述传感器元件并包围至少一部分所述端子元件的固持管，所述液体状态检测传感器被设计成可避免在组装态或在实际使用中因受振动而产生的问题。
解决问题的手段是一种液体状态检测传感器，其至少一部分浸在待测量的液体中并用于检测待测量的液体状态。所述液体状态检测传感器包括传感器元件，其至少一部分浸在待测量的液体中；与所述传感器元件固定连接的端子元件；与所述端子元件连接并通过所述端子元件与所述传感器元件电连通的导电通路元件；在其远端部直接地或间接地固持所述传感器元件并包围至少一部分所述导电通路元件和至少一部分所述端子元件的固持管；以及插在所述端子元件和所述固持管之间并使所述端子元件和所述固持管相互绝缘的隔离器。
本发明的液体状态检测传感器具有所述隔离器。所述隔离器插在所述端子元件和所述固持管之间，从而使它们相互绝缘。
因此，即使这种液体状态检测传感器构造成使得至少一部分所述端子元件被所述固持管包围，也可以使所述端子元件和所述固持管相互分离，从而可靠地防止其间的接触和发生短路。
液体状态检测传感器的例子包括液体温度传感器，液体浓度传感器，测定液体种类的传感器，检测液体存在/不存在的传感器，这些传感器的复合传感器，以及这些传感器中的任一种与另一种液体传感器的复合传感器。
没有特别限制所述导电通路元件，只要所述导电通路元件能够通过机械或电连接所述端子元件而与所述传感器元件电连通。导电通路元件的例子包括其中芯线(如绞线)被树脂(如聚乙烯)包覆的包覆线，导线(如漆包线)，其中多个包覆线(导线)形成一根电缆的多芯电缆，以及其中编线与芯线同轴配置的同轴电缆。
所述导电通路元件和所述端子元件可以通过焊接或铜焊相互连接。可选择地，导线(芯线)可以卷曲压到所述端子元件的一部分上。没有特别限制所述隔离器，只要所述隔离器可以使所述固持管和所述端子元件相互绝缘。优选地，整个隔离器由绝缘材料形成。考虑到所述隔离器在所述固持管内的配置，优选使用具有橡胶状弹性的绝缘材料形成所述隔离器。
优选地，在上述液体状态检测传感器中，设置多个端子元件，以及所述隔离器包括插在所述各端子元件之间并使所述各端子元件相互绝缘的端子间绝缘部。
在本发明的液体状态检测传感器中，所述隔离器的端子间绝缘部插在所述各端子元件之间，从而使它们相互绝缘。
因此，所述各端子元件可以彼此分离，从而可靠地防止其间的接触和发生短路。
优选地，在任一种上述液体状态检测传感器中，所述隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成，并包括在所述固持管内弹性地固持所述端子元件的端子固持部。
在本发明的液体状态检测传感器中，所述隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成。此外，所述隔离器的端子固持部在所述固持管内弹性地固持所述端子元件。
即使当所述液体状态检测传感器受到振动或撞击时，安装在汽车中时就是这种情况，由于所述隔离器的端子固持部弹性地固持所述端子元件，因此抑制所述端子元件的振动。因此，可以适当地防止在通过焊接等而在所述端子元件和所述导电通路元件之间形成的连接中、在所述端子元件和所述传感器元件之间的连接中、在连接附近的所述端子元件和所述传感器元件的部分中因所述端子元件的振动而造成的出现破裂等问题。
没有特别限制所述隔离器的端子固持部，只要所述端子固持部弹性地固持所述端子元件，使得所述隔离器置于所述固持管内。因此，所述隔离器可以被构造成使得在所述隔离器置于所述固持管中之前，所述端子固持部弹性地固持所述端子元件。
可选择地，所述隔离器可以按如下构造。在所述隔离器没有置于所述固持管中的状态下，所述端子固持部没有弹性地固持所述端子元件。然而，在所述隔离器置于所述固持管中的状态下，所述隔离器变形，从而使所述端子固持部弹性地固持所述端子元件。这种结构是特别优选的，因为在所述隔离器置于所述固持管中之前，所述端子元件等可以在所述隔离器内容易地移动而定位。
优选地，在任一上述液体状态检测传感器中，所述传感器元件部分地被所述固持管包围，以及所述隔离器包括在所述固持管内固持所述传感器元件的元件固持部。
在本发明的液体状态检测传感器中，所述传感器元件部分地被所述固持管包围。此外，所述隔离器的元件固持部在所述固持管内固持所述传感器元件。
即使当所述液体状态检测传感器受到振动或撞击时，安装在汽车中时就是这种情况，由于所述隔离器的元件固持部固持所述传感器元件，因此抑制所述传感器元件的振动。因此，可以适当地防止在所述传感器元件和所述端子元件之间的连接中、在通过焊接等而在所述端子元件和所述导电通路元件之间形成的连接中、在连接附近的所述端子元件和所述传感器元件的部分中因所述传感器元件的振动而造成的出现破裂等问题。
这种液体状态检测传感器特别优选使得包括所述元件固持部的隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成并使得所述元件固持部弹性地固持所述传感器元件。
由于所述隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成，从而在其元件固持部弹性地固持所述传感器元件，因此即使当所述液体状态检测传感器受到振动或撞击时，所述元件固持部也能吸收振动或撞击，从而可以更有效地抑制所述传感器元件的振动。因此，可以更适当地防止在所述传感器元件和所述端子元件之间的连接中、在通过焊接等而在所述端子元件和所述导电通路元件之间形成的连接中、在连接附近的所述端子元件和所述传感器元件的部分中出现破裂等问题。
没有特别限制所述隔离器的元件固持部，只要在所述隔离器置于所述固持管中的状态下，所述元件固持部弹性地固持所述传感器元件。因此，所述隔离器被构造成使得在所述隔离器置于所述固持管中之前，所述元件固持部弹性地固持所述传感器元件。可选择地，所述隔离器可以按如下构造。在所述隔离器没有置于所述固持管中的状态下，所述元件固持部没有弹性地固持所述传感器元件。然而，在所述隔离器置于所述固持管中的状态下，所述隔离器变形，从而使所述元件固持部弹性地固持所述传感器元件。这种结构是特别优选的，因为在所述隔离器置于所述固持管中之前，所述传感器元件等可以在所述隔离器内容易地移动而定位。
优选地，在上述液体状态检测传感器中，所述传感器元件部分地被所述固持管包围：所述隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成，包括从其外周面突出并沿纵向设置的多个突起部；以及，通过所述隔离器的突起部与所述固持管的内周面接触，至少一部分所述隔离器弹性地径向向内变形，从而所述隔离器在所述固持管内弹性地固持所述传感器元件和所述端子元件。
在本发明的液体状态检测传感器中，包括与所述固持管的内周面接触的多个突起部的隔离器置于所述固持管中，从而所述隔离器通过所述多个突起部弹性地向内变形。这种弹性变形现象被用来借助于所述隔离器弹性地固持所述传感器元件和所述端子元件。
这种结构允许所述隔离器在所述固持管内弹性地固持所述传感器元件和所述端子元件，从而不需要用于使所述隔离器弹性地变形而使所述固持管变形的步骤。因此，所述传感器元件和所述端子元件可以借助于简单结构并以稳定的方式弹性地固持在所述固持管中。
优选地，在上述液体状态检测传感器中，所述隔离器包括从其外周面突出并且外径大于所述固持管内径的内管配合部，以及所述隔离器的内管配合部的后端面与所述固持管的远端配合。
在所述隔离器将所述端子元件和所述传感器元件中的至少一个固持在所述固持管中的结构中，如果将张力沿与所述端子元件相反的方向施加到与所述端子元件连接的所述导电通路元件上，那么一定大小的张力会使所述隔离器在所述固持管中移动。如果所述隔离器相对于所述固持管偏离适合位置，那么在所述端子元件和所述固持管之间可能不能完全地实现绝缘。
为克服上述问题，在本发明的液体状态检测传感器中，所述隔离器具有外径大于所述固持管内径的内管配合部，并且所述内管配合部与所述固持管的远端配合。因此，即使将张力施加到与所述端子元件连接的所述导电通路元件上，所述内管配合部与所述固持管的远端的配合也可以抑制所述隔离器被拉进所述固持管中。
优选地，在任一上述液体状态检测传感器中，所述传感器元件部分地被所述固持管包围，以及所述隔离器包括靠着所述传感器元件并沿近端-远端方向在所述隔离器内定位所述传感器元件的元件接合部。
在本发明的液体状态检测传感器中，所述隔离器具有沿近端-远端方向定位所述传感器元件的元件接合部，所述近端-远端方向连接所述隔离器的近端和远端的方向。因此，仅通过使所述传感器元件的近端或远端靠着所述元件接合部，所述传感器元件就能沿近端-远端方向容易地定位在所述隔离器中。
优选地，在任一上述液体状态检测传感器中，所述隔离器由具有橡胶状弹性的材料形成并具有通孔壁部，通过所述通孔壁部延伸有用于容纳所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个的通孔；以及所述通孔壁部具有沿所述通孔从所述通孔的一端延伸到另一端并从所述通孔壁部的外周面穿过所述通孔的狭缝，并且借助于通过所述隔离器的变形打开所述狭缝，所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个可以通过所述狭缝置于所述通孔中。
本发明的液体状态检测传感器具有由具有橡胶状弹性的材料形成的隔离器。所述隔离器包括所述通孔壁部，并且所述通孔壁部具有所述狭缝。借助于通过所述隔离器的变形打开所述狭缝，所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个可以通过所述狭缝置于所述通孔中。
在组装这种液体状态检测传感器时，使用这种传感器在所述导电通路元件与所述传感器元件的端子元件连接之前不需要将所述导电通路元件插入所述隔离器的通孔中，从而加速了所述液体状态检测传感器的组装。此外，在所述导电通路元件预先插进所述隔离器的通孔中的情况下，必须考虑与所述导电通路元件和所述端子元件被拉进所述通孔中相关的这些元件的移动来确定所述隔离器的形状和所述通孔的形状。然而，在本发明的液体状态检测传感器中，可以不需这种考虑而确定所述隔离器的形状和所述通孔的形状，从而所述隔离器和所述通孔每一个可以采用能够更适当地固持所述导电通路元件和所述端子元件的形状。
在将所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个通过打开的狭缝置于所述通孔中之后，释放所述狭缝允许所述通孔壁部因自身弹性而变形，使得关闭所述狭缝。因此，抑制所述元件通过所述狭缝从所述通孔出来，从而提供优异可靠性的优点。
优选地，在任一上述液体状态检测传感器中，所述传感器元件包括第一陶瓷层；叠置在第一陶瓷层上的第二陶瓷层；和置于第一陶瓷层和第二陶瓷层之间并具有随其自身温度而变化的电阻的发热电阻器。当通过所述端子元件向所述发热电阻器通电时，所述发热电阻器输出关于所述待测量的液体状态的输出信号。
在本发明的液体状态检测传感器中，所述传感器元件具有电阻随其自身温度变化的发热电阻器。待测量的液体的热容量随待测量的液体状态(具体而言，待测量的液体种类，待测量的液体中所含的某种成分的浓度等)不同而不同。因此，当通过所述端子元件向具有上述性能的发热电阻器通电时，所述发热电阻器的温度变化(换句话说，电阻变化)随待测量的液体状态不同而不同。通过使用具有所述发热电阻器的传感器元件，本发明的液体状态检测传感器从所述发热电阻器得到关于待测量的液体状态的输出信号。因此，可以很好地检测待测量的液体状态。
所述传感器元件的构造使得所述发热电阻器置于第一陶瓷层和第二陶瓷层之间，从而所述传感器元件可以与液体接触。所述元件与液体接触的优点在于，待测量的液体状态的检测精确度进一步得以提高。
被通电的发热电阻器根据其电阻输出的″输出信号″的例子包括因将恒定电流施加到所述发热电阻器而产生的″电压″和因将恒定电压施加到所述发热电阻器而产生的″电流″。
优选地，任一上述液体状态检测传感器还包括在纵向延伸并从外侧径向包围所述固持管的外管。所述外管和所述固持管其间形成液面传感器部，其用作电容随所述待测量的液体液面而变化的电容器。
本发明的液体状态检测传感器具有从外侧径向包围所述固持管的外管，从而所述外管和所述固持管其间形成电容型液面传感器部。借助于配置所述液体状态检测传感器，使得具有优异的待测量的液体液面检测精确度的电容器型液面传感器部和所述传感器元件组合到一起，通过所述传感器元件使用一个传感器就能精确地检测待测量的液体状态(例如，检测待测量的液体种类或待测量的液体中所含的某种成分的浓度)以及检测待测量的液体的液面。
优选地，在任一上述液体状态检测传感器中，所述待测量的液体是尿素水溶液。
在本发明的液体状态检测传感器用在安装在汽车等上的废气净化装置中时，即使当这种液体状态检测传感器由于驾驶等原因而受到振动或撞击时，也可以连续适当地使用液体状态检测传感器，而不会发生诸如短路或破裂等任何问题。
附图说明
图1是部分剖视截面图，示意性表明根据本发明实施例的液体状态检测传感器和传感器基本部分的结构。
图2是液体浓度传感器部的局部放大侧视图，以其中从根据本发明实施例的液体状态检测传感器中除去外管的状态观察。
图3是液体浓度传感器部的局部放大仰视图，以其中从根据本发明实施例的液体状态检测传感器中除去外管的状态观察。
图4是沿图3的线A-O-A′的纵剖面图，表明根据本发明实施例的液体状态检测传感器的液体浓度传感器部。
图5是沿图3的线B-O-B′的部分剖视纵剖面图，表明根据本发明实施例的液体状态检测传感器的液体浓度传感器部。
图6是说明图，表明根据本发明实施例的液体状态检测传感器中所用的传感器元件、连接端子和导线并表明它们的连接。
图7是表明根据本发明实施例的液体状态检测传感器中所用的隔离器的视图，其中(a)是立体图，和(b)是纵剖面图。
附图标记说明
1：液体状态检测传感器
2：基部
22：布线板
3：传感器部
4：液面传感器部
41：外管
41H：保持孔
42：内管(固持管)
5：液体浓度传感器部
51：浓度传感器元件
516：内部导体(发热电阻器)
52：连接端子(端子元件)
53：接线电缆(导电通路元件)
532：导线
533：芯线
54：隔离器
54B：(隔离器的)近端
54C：(隔离器的)远端
54H1，54H2：通孔
54H3：孔连通部
541：通孔壁部
541G：(通孔壁部的)外周面
542：(通孔壁部的)端子-内管绝缘部(端子-管绝缘部)
544：端子固持部
545：元件固持部
546：内管配合部
547：接合突起(突起部)
548：端子间绝缘部
549：(端子间绝缘部的)元件接合部
54S1，54S2：狭缝
55：固持元件
56：橡胶衬套
具体实施方式
(实施例)
下面结合图1～7说明本发明的液体状态检测传感器的实施例。
在对根据本发明实施例的液体状态检测传感器1以及其部件的说明中，沿图1中的轴O方向(轴向)的上侧称作近端侧，并且下侧称作远端侧。
根据本发明实施例的液体状态检测传感器1用于检测例如废气净化装置的容器中所含的尿素水溶液的浓度和液面，通过用尿素水溶液还原氮氧化物，该废气净化装置使从安装有柴油机等的汽车排出的废气中所含有的氮氧化物(NOx)变成无害的。
液体状态检测传感器1由基部2和从基部2延伸的传感器部3构成。在使用液体状态检测传感器1时，基部2与含有尿素水溶液的容器(图未示)的开口部分外围连接，设在基部2远端侧的传感器部3浸在尿素水溶液中。
在液体状态检测传感器1中，基部2包括安装凸缘部21，盖子25，用安装凸缘部21和盖子25包围的布线板22，外部接线电缆24，和用于固持外部接线电缆24的衬套23。传感器部3由双圆柱状的液面传感器部4和位于液面传感器部4的远端部的液体浓度传感器部5构成。
首先，说明基部2。安装凸缘21由金属制成，位于基部2的远端，并用作将液体状态检测传感器1安装到容器(图未示)的开口部分外围的底座。安装凸缘21具有未示出的螺栓孔，通过螺栓使液体状态检测传感器1与该容器固定连接。
布线板22设在安装凸缘21的近端侧。具有CPU、电路等的控制电路设在布线板22上。控制电路与液面传感器部4和液体浓度传感器部5电连接，并可以通过外部接线电缆24与外部电路(例如，ECU)连接。使用与安装凸缘部21连接的盖子25将布线板22盖住，使其得以保护。
设在布线板22上的控制电路基于从图6所示的液体浓度传感器部5的浓度传感器元件51输出的输出信号检测尿素水溶液的浓度，这种输出信号是因对传感器元件51通电产生的并相应于内部加热线518的电阻；例如，基于对浓度传感器元件51施加预定电流而产生的电压。
接下来，说明传感器部3。如上所述，传感器部3由液面传感器部4和液体浓度传感器部5构成。首先，说明液面传感器部4，然后说明液体浓度传感器部5。
如图1所示，液面传感器部4包括外管41和内管42，该外管呈圆柱形状并沿轴O(纵向)延伸，该内管置于外管41内、与外管41纵向同轴延伸并呈现直径小于外管41的圆柱形状。外管41的内周面和内管42的外周面相互分开预定距离。内管42相应于本发明的固持管。
外管41由金属制成，用作检测液面的两个电极中的一个电极。外管41具有沿轴O延伸并位于预定位置的多个窄狭缝41S，从而尿素水溶液可被容纳在外管41和内管42之间的空间内，同时与外管41的外部连通。打开外管41的远端(图1中的下端)，并通过焊接等使外管41的近端与安装凸缘21固定连接。在本发明的实施例中，外管41被焊接到安装凸缘21。此外，安装凸缘21与设在布线板22上的控制电路的接地电势连接，从而外管41具有接地电势。
后面将说明的橡胶衬套56插在外管41的远端部411和内管42的远端部421之间。外管41具有在预定位置排列的多个保持孔41H(参见图1)。保持孔41H与橡胶衬套56的各配合突起562配合，从而保持橡胶衬套56(液体浓度传感器部5)。
内管42也由金属制成，用作检测液面的另一个电极。内管42与外管41电绝缘，面对着外管41，与布线板22上的控制电路电连接。例如含氟树脂如PTFE或PFA，环氧树脂，或聚酰亚胺树脂的绝缘膜43形成在内管42的外周面42G上，从而使内管42和外管41相互绝缘，即使其间存在导电尿素水溶液(待测量的液体)。
按如下所述，液面传感器部4检测尿素水溶液的液面。液面传感器部4浸在尿素水溶液中，从而通过狭缝41S将尿素水溶液引到外管41和内管42之间(电绝缘膜43)的空间中。
在液面传感器部4中，根据液面将外管41和内管42之间的空间分为有尿素水溶液的区域和没有尿素水溶液的区域。因此，在外管41和内管42之间形成的电容器的电容随液面变化。当将AC电压施加在外管41和内管42之间时，流过相应于这种电容大小的电流；因此，基于电流的大小可以检测尿素水溶液的液面。
接下来，说明液体浓度传感器部5。
液体浓度传感器部5位于液面传感器部4的远端侧，包括浓度传感器元件51、固持元件55、保护装置58和橡胶衬套56(参见图1、图4和图5)。
浓度传感器元件51固持在固持元件55的内部。浓度传感器元件51通过与其焊接的连接端子52和接线电缆53与设在布线板22上的控制电路电连接。借助于包围固持元件并插在固持元件和外管41之间的橡胶衬套56将固持元件55固持在外管41的远端部411。保护装置58与固持元件55的远端部(小直径部553)配合并通过它固持。
首先，在液体浓度传感器部5的各部件中，说明浓度传感器元件51(参见图6)。浓度传感器元件51从平面观看呈矩形板状，包括由氧化铝陶瓷形成的平板状2层的陶瓷层519(519A和519B)和液密封地置于陶瓷层519A和519B之间的内部导体516。内部导体516包括一对宽内部导线517和内部加热线518，该内部加热线以波纹管形式曲折地排在这一对内部导线517之间。
浓度传感器元件51分成其中设置内部加热线518的远端部511，与远端部511的近端侧(图6中的上侧)相邻的插入部分512，位于插入部分512的近端侧的树脂保持部513，和通过焊接与一对连接端子52连接的近端部514。
通过将具有预定形状的金属板弯折成横截面与近似方形的字母U相似的形状，来形成每一个连接端子52。连接端子52的远端部521向远端侧(图6中向下)延伸，并通过焊接与形成在浓度传感器元件51的近端部514上的未示出的衬垫连接，从而与浓度传感器元件51固定连接。通过此过程，连接端子52(远端部521)通过沿陶瓷层519A延伸的未示出的导体与相应的内部导线517连接。因此，当在一对连接端子52间施加电压时，大体上因通过内部导线517通电，内部加热线518产生热量。包括内部加热线518的内部导体516由电阻随其自身温度变化的材料制成，如铂或钨，并相应于本发明的发热电阻器。
接线电缆53的导线532的芯线533通过焊接与连接端子52的各近端部522电气和机械连接。如图1所示，接线电缆53通过内管42向近端侧(图1中上侧)延伸，并与布线板22(控制电路)连接。即，内管42包围部分(大部分)接线电缆53。
接下来，说明固持元件55。固持元件55由电绝缘树脂材料制成。如图4和图5所示，固持元件55由具有相对较大直径的圆柱形大直径部551，直径比大直径部551小的圆柱形小直径部553，和位于大直径部551和小直径部553之间并具有锥形外周面的锥形部552构成。固持元件55是具有在轴向延伸的固持通孔55H的中空元件。固持通孔55H由直径从近端侧逐渐减小的内管固持部55H1、第二台阶部55H2和第三台阶部55H3以及位于远端侧的最远处并具有基本上矩形横截面的元件固持部55H4构成。
如图4和图5所示，固持元件55固持浓度传感器元件51。具体而言，浓度传感器元件51的插入部分512插进固持元件55的元件固持部55H4中，置于第三台阶部55H3内的浓度传感器元件51的树脂保持部513借助于填充第三台阶部55H3的密封树脂59固定在适当位置。密封树脂59在浓度传感器元件51和固持元件55之间提供液密封。
因此，设置浓度传感器元件51使得其中设置内部加热线518的远端部511从固持元件55向远端侧(图1中的下侧)突出。
固持元件55在固持通孔55H的内管固持部55H1中固持内管42的远端部421。内管42的远端422靠着内管固持部55H1和第二台阶部55H2之间的内管接合面55D，从而内管42和固持元件55彼此轴向定位。两个环形槽55G1和55G2形成在固持通孔55H的内管固持部55H1中。设置在各环形槽55G1和55G2中的O形环57在固持元件55和内管42之间(电绝缘膜43)提供液密封。
如上所述，由于固持浓度传感器元件51的固持元件55和内管42连接在一起，所以浓度传感器元件51的大部分近端部514和整个连接端子52置于内管42中。在本发明的实施例中，内管42的远端部421通过固持元件55间接固持浓度传感器元件51。此外，隔离器54置于内管42内，使浓度传感器元件51和连接端子52与内管42绝缘。
接下来，参照图7说明隔离器54。
隔离器54由具有橡胶状弹性的电绝缘树脂制成，并基本呈柱形。隔离器54具有通孔壁部541，两个通孔54H1和54H2通过该通孔壁部沿轴向彼此平行地延伸，还具有分离两个通孔54H1和54H2的壁状端子间绝缘部548。如图4和图5所示，通孔54H1和54H2允许在其中插入各连接端子52和各导线532并将它们固持在其中。
两个通孔54H1和54H2的远端部通过孔连通部54H3彼此连通。孔连通部54H3以及通过孔连通部54H3彼此相通的通孔54H1和54H2的那些部分接受插入的浓度传感器元件51的近端部514。因此，借助于靠着端子间绝缘部548的远端元件接合部549的浓度传感器元件51的近端515，其中端子间绝缘部548分离两个通孔54H1和54H2，可以沿近端-远端方向将浓度传感器元件51置于隔离器54内，其将连接隔离器54的近端和远端；即，沿轴向(参见图5)。
隔离器54(通孔壁部541)的外周面541G的远端部具有沿轴O排列的多个(在本发明的实施例中5个)环状接合突起547。当隔离器54插进内管42中时，接合突起547靠着内管42的内周面42I，使通孔壁部541(隔离器54)径向向内变形。
此外，隔离器54的远端部形成为径向向外突出的内管配合部546，其与内管42的远端422配合，并规定隔离器54插入内管42的深度(参见图5)。如后面所述，在本发明的实施例中，由于隔离器54部分地固持连接端子52和浓度传感器元件51，接线电缆53受到的张力可以使隔离器54被拉进内管42中。然而，即使在接线电缆53受到张力时，隔离器54的内管配合部546与内管42的远端的配合也可以抑制隔离器54被拉进内管42中。
隔离器54插进内管42的远端部421中，状态如下：浓度传感器元件51插进孔连通部54H3中并插进通过孔连通部54H3彼此相通的通孔54H1和54H2的那些部分；浓度传感器元件51的近端515靠着元件接合部549；和连接端子52和导线532置于各通孔54H1和54H2中。
在本发明的实施例中，隔离器54的通孔壁部541插在内管42和连接端子52之间(参见图4和图5)。具体而言，端子-内管绝缘部542(参见图7(b))是隔离器54(通孔壁部541)的轴向中央部分，其插在内管42和连接端子52之间。这样可靠地防止了连接端子52和内管42之间的接触和发生短路。
隔离器54的端子间绝缘部548插在一对连接端子52之间。这样可靠地防止了连接端子52之间的接触和发生短路。
此外，如上所述，隔离器54在其远端部具有接合突起547。因此，当隔离器54插进内管42中时，其中形成接合突起547的通孔壁部541的变形部543径向向内变形。
在将隔离器54插进内管42中之前，浓度传感器元件51、连接端子52和导线532松散地插进隔离器54的两个通孔54H1和54H2中。
然而，当将隔离器54插进内管42中时，接合突起547靠着内管42的内周面42I，从而通孔壁部541(变形部543)径向向内变形。因此，如图5所示，通孔壁部541的变形部543的端子固持部544与连接端子52弹性接触，从而固持连接端子52。因此，即使当液体状态检测传感器1受到振动或撞击时，安装在汽车等中时就是这种情况，由于端子固持部544弹性地固持连接端子52，因此抑制连接端子52的振动。
相似地，通孔壁部541的变形部543的元件固持部545与浓度传感器元件51弹性接触，从而固持浓度传感器元件51。因此，即使在受到振动或撞击的情况下，由于元件固持部545弹性地固持浓度传感器元件51，因此抑制浓度传感器元件51的振动。
因此，可以适当地防止在通过焊接等而在连接端子52和各导线532之间形成的那些连接中、在连接端子52和浓度传感器元件51之间的连接中、在连接附近的连接端子52和浓度传感器元件51的部分中因连接端子52和浓度传感器元件51的振动而造成的出现破裂等问题。
如图7(a)所示，本发明的实施例中的隔离器54具有将通孔壁部541从外周面541G穿过两个通孔54H1和54H2的狭缝54S1和54S2。狭缝54S1和54S2分别由具有V-形横截面的外部V-形槽部54S1A和54S2A和切口状狭缝部54S1B和54S2B构成，并且分别沿通孔54H1和54H2从其一端延伸到另一端(从隔离器54的近端54B延伸到远端54C)。分别形成两个通孔54H1和54H2用的狭缝54S1和54S2有助于浓度传感器元件51、连接端子52和导线532(芯线533)在通孔54H1和54H2中的布置。具体而言，隔离器54使用如下。首先，将连接端子52与浓度传感器元件51连接，并将导线532(芯线533)与各连接端子52连接。随后，隔离器54变形，从而打开狭缝54S1和54S2。通过打开的狭缝54S1和54S2将浓度传感器元件51、连接端子52和导线532(芯线533)置于相应的通孔54H1和54H2中。这样不需要预先将导线532插进各通孔54H1和54H2中。此外，在本发明的实施例中，即使当从接线电缆53的电缆部531延伸的导线532缩短时，导线532也能够与各连接端子52连接。这样在组装之后不存在过量部分的导线532，并且提供了加速组装的优点。
接下来，说明液体浓度传感器部5的保护装置58。
如图2～5所示，保护装置58包括圆柱形侧部581和接近侧部581的远端的底部582。保护装置58呈与闭底圆柱相似的帽子形状。侧部581和底部582具有用于使尿素水溶液在保护装置58的内部和外部之间流动的液体连通孔58H1，58H2和58H3。侧部581在其近端具有锁舌583。通过在侧部581中形成各切口并径向向内弯折切口部分来形成锁舌583，其中每个切口与近似方形的字母U相似。
保护装置58设置成通过将锁舌583锁在形成在固持元件55的小直径部553的外周面上的各保护装置锁槽55G3中而包围固持元件55的小直径部553和浓度传感器元件51的远端部511。
如上所述，固持浓度传感器元件51和保护装置58的固持元件55由具有形状适合于固持元件55的几何形状的固持器-固持孔56H的橡胶衬套56固持。
橡胶衬套56由具有橡胶状弹性的电绝缘、高聚合材料形成。如图2～5所示，橡胶衬套56具有圆柱形衬套本体部561和三个锁突起562，固持器-固持孔56H通过该本体部同轴延伸并且其外径适合装入外管41中，该锁突起形成在衬套本体部561的外周面上、在圆周方向等距间隔并从衬套本体部561径向向外突出。衬套本体部561的固持器-固持孔56H其形状使得能够通过与其紧密接触而固持固持元件55和保护装置58。
从图3和图4很容易理解，在固持器-固持孔56H的壁表面上形成有三个轴向延伸的内部狭缝56J。此外，在锁突起562之间的区域中，在橡胶衬套56(衬套本体部561)的外周面上形成有多个轴向延伸的外部狭缝56G(参见图2和图3)。内部狭缝56J和外部狭缝56G用作流动槽，允许尿素水溶液在橡胶衬套56的近端侧和远端侧之间流动。通过将锁突起562锁在外管41的各保持孔41H中，将橡胶衬套56固持在外管41中。因此，固持浓度传感器元件51和保护装置58的固持元件55由橡胶衬套56固持，而该橡胶衬套由外管41固持，从而将整个液体浓度传感器部5固持在外管41的远端部411和内管42的远端部421之间。
接下来，说明本发明的实施例中的液体浓度传感器部5用于检测尿素水溶液中尿素浓度的操作。
在本发明的实施例的液体状态检测传感器1中，设在布线板22上的控制电路向液体浓度传感器部5的浓度传感器元件51施加恒定电流，从而使内部加热线518产生热量。按此过程，在内部加热线518中产生相应于内部加热线518电阻大小的检测电压。控制电路检测此检测电压中的变化，从而检测尿素水溶液中所含的尿素浓度。具体而言，在开始向浓度传感器元件51通电之后立即测量检测电压，和从开始通电的预定时间后测量检测电压。从预先得到的尿素水溶液的尿素浓度和检测电压变化量之间的关系，获得在预定时间内相应于检测电压变化量的尿素水溶液的尿素浓度。
在本发明的实施例中，通过使用控制电路的CPU等检测尿素水溶液的尿素浓度。控制电路通过外部接线电缆24将指示浓度信息的所获得信号输出至外部电路(例如，ECU)。基于指示浓度信息的输入信号，外部电路判断尿素水溶液的浓度是否在适当范围内。当外部电路判断浓度不在适当范围内或尿素水溶液之外的液体混合在尿素水溶液中，那么外部电路将通知操作员或执行适当处理。
尽管已经结合实施例说明了本发明，但本发明不限于此，而是可以在本发明的精神或范围内进行适当修改。
例如，在说明上述实施例时，提到其中将液面传感器部4和液体浓度传感器部5联合的液体状态检测传感器1。然而，本发明适合于不具有液面传感器功能或不具有外管的液体状态检测传感器。在说明上述实施例时，提到在液体浓度传感器部5检测尿素水溶液的尿素浓度的方法。然而，可以从在开始向浓度传感器元件51(内部加热线518)通电之后立即测量的电阻来测量尿素水溶液的温度。因此，液体状态检测传感器除了用作检测尿素水溶液的尿素浓度的传感器之外还可以用作测量尿素水溶液温度的液体温度传感器。
在说明上述实施例时，提到具有用于使两个平行连接端子52彼此绝缘的端子间绝缘部548的隔离器54。然而，在连接端子52不需要彼此绝缘的情况下，可以没有端子间绝缘部548。在必须使用多个连接端子的情况下，可以提供更复杂结构的端子间绝缘部或多个端子间绝缘部。
在上述实施例中，不仅浓度传感器元件51的连接端子52而且它的近端部514都置于隔离器54内。然而，如果考虑到仅在连接端子和内管之间以及各连接端子之间需要绝缘，那么本发明可以具体到不在隔离器54内设置浓度传感器元件51。
在说明上述实施例时，提到具有用于使通孔壁部541(变形部543)径向向内变形的5个接合突起547的隔离器54。然而，可以适当地设计接合突起的数量、排列、形式等。如果考虑到不需要弹性地固持连接端子，同时考虑到在连接端子和内管之间以及各连接端子之间绝缘，那么本发明可以具体到不形成接合突起。
根据上述实施例的液体状态检测传感器1，隔离器54的构造如下。在将隔离器54插进内管42中之前，浓度传感器元件51、连接端子52和导线532松散地插进隔离器54的两个通孔54H1和54H2中。当将隔离器54插进内管42中时，通孔壁部541(变形部543)径向向内变形，从而弹性地固持连接端子52和浓度传感器元件51。然而，液体状态检测传感器可以具体到具有如下构造的隔离器：使得通过减小通孔的直径或提供突出进通孔内部的突起，在隔离器插进内管中之前，隔离器的通孔壁部就在通孔中弹性地固持连接端子或浓度传感器元件。
在上述实施例中，使浓度传感器元件51的近端515靠着位于隔离器54的端子间绝缘部548的远端的元件接合部549，从而定位浓度传感器元件51。然而，浓度传感器元件的另一部分可以靠着隔离器的另一部分，以定位浓度传感器元件。上述实施例的液体状态检测传感器1具有其上设置控制电路的布线板22。然而，对本发明的液体状态检测传感器没有特定限制，只要能够提供传感器元件(如浓度传感器元件51)和与传感器元件电连通的导电通路元件(如电缆)；因此，本发明的液体状态检测传感器包括不具有控制电路的液体状态检测传感器。

Claims (12)

1.一种液体状态检测传感器，其至少一部分浸在待测量的液体中并用于检测待测量的液体状态，所述液体状态检测传感器包括：
传感器元件，其至少一部分浸在待测量的液体中；
与所述传感器元件固定连接的端子元件；
与所述端子元件连接并通过所述端子元件与所述传感器元件电连通的导电通路元件；
在其远端部直接地或间接地固持所述传感器元件并包围至少一部分所述导电通路元件和至少一部分所述端子元件的固持管；以及
插在所述端子元件和所述固持管之间并使所述端子元件和所述固持管相互绝缘的隔离器。
2.如权利要求1所述的液体状态检测传感器，其中设置多个端子元件，以及
所述隔离器包括插在所述各端子元件之间并使所述各端子元件相互绝缘的端子间绝缘部。
3.如权利要求1或2所述的液体状态检测传感器，其中所述隔离器由弹性材料形成，并包括在所述固持管内弹性地固持所述端子元件的端子固持部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述传感器元件部分地被所述固持管包围，以及
所述隔离器包括在所述固持管内固持所述传感器元件的元件固持部。
5.如权利要求4所述的液体状态检测传感器，其中包括所述元件固持部的隔离器由弹性材料形成，以及
所述元件固持部弹性地固持所述传感器元件。
6.如权利要求1或2所述的液体状态检测传感器，其中所述传感器元件部分地被所述固持管包围；
所述隔离器由弹性材料形成，包括从其外周面突出并沿纵向设置的多个突起部；以及
通过所述隔离器的突起部与所述固持管的内周面接触，至少一部分所述隔离器弹性地径向向内变形，从而所述隔离器在所述固持管内弹性地固持所述传感器元件和所述端子元件。
7.如权利要求3～6中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述隔离器包括从其外周面突出并且外径大于所述固持管内径的内管配合部，以及
所述隔离器的内管配合部与所述固持管的远端配合。
8.如权利要求1～7中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述传感器元件部分地被所述固持管包围，以及
所述隔离器包括靠着所述传感器元件并沿近端-远端方向在所述隔离器内定位所述传感器元件的元件接合部。
9.如权利要求1～8中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述隔离器由弹性材料形成并具有通孔壁部，通过所述通孔壁部延伸有用于容纳所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个的通孔；以及
所述通孔壁部具有沿所述通孔从所述通孔的一端延伸到另一端并从所述通孔壁部的外周面穿过所述通孔的狭缝，并且借助于通过所述隔离器的变形打开所述狭缝，所述导电通路元件和所述端子元件中至少一个可以通过所述狭缝置于所述通孔中。
10.如权利要求1～9中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述传感器元件包括第一陶瓷层；叠置在第一陶瓷层上的第二陶瓷层；和置于第一陶瓷层和第二陶瓷层之间并具有随其自身温度而变化的电阻的发热电阻器；以及
当通过所述端子元件向所述发热电阻器通电时，所述发热电阻器输出关于所述待测量的液体状态的输出信号。
11.如权利要求1～10中任一项所述的液体状态检测传感器，还包括在纵向延伸并从外侧径向包围所述固持管的外管，
其中所述外管和所述固持管其间形成液面传感器部，其用作电容随所述待测量的液体液面而变化的电容器。
12.如权利要求1～11中任一项所述的液体状态检测传感器，其中所述待测量的液体是尿素水溶液。
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