CN101657705B - 温度传感器 - Google Patents

Abstract

一种温度传感器，配置在流体流动的流路内，具备：电气特性随着上述流路内的流体的温度而变化的温感元件；信号线，前端侧经由电极线与上述温感元件连接，基端侧与外部电路连接用的导线连接；壳部件，将上述信号线保持于内部；以及保持部件，直接或经由其他部件间接地保持上述壳部件的外周面，针对上述温度传感器的径向加速度，使上述温度传感器的前端的共振频率(一阶)为480Hz以下，从而能够抑制向温度传感器的前端的振动传递，即使在温度传感器中发生了振动，也能够有效地防止温感元件的破损及电极线(502、102)的断线的发生。

Description

温度传感器

技术领域

本发明涉及配设在内燃机用的排气系统等中的温度传感器。 

背景技术

一直以来，已知有通过作为温感元件的热敏电阻元件检测在汽车的排气气体净化装置的催化净化器内部、或排气管内等的流路中流动的废气的温度的、所谓的排气温度传感器。 

电气特性随着温度变化的热敏电阻元件收纳在有底筒状的金属盖内。并且，为了提高被金属盖覆盖的热敏电阻元件的感热响应性，将热传导性良好的绝缘部件填充在由金属盖内周面与壳销的端面形成的空间，用金属盖吸收废气的热之后，经由填充的绝缘部件向热敏电阻元件传递热。电气特性随着温度变化的该热敏电阻元件发出的电信号经由电极线被传送到控制装置，检测出温度。 

这样的温度传感器例如在专利文献1、2中公开。这些温度传感器如图9所示，具有作为温感元件的热敏电阻元件501、内装焊接在与该热敏电阻元件501连接的一对电极线502上的信号线503的壳销505、以覆盖热敏电阻元件501的方式配设在前端部的金属盖即温感部盖504、和从外周保持上述壳销505的肋601。在将该温度传感器安装在排气管800上的情况下，将保持部件602、管接头701配置在肋601的外周，将该管接头701固定到安装在排气管800上的凸台704上，从而固定于排气管800。 

由于安装了温度传感器的内燃机在运转时振动，所以该振动从排气管800经由凸台704及肋601传递到温度传感器的壳销505。即，由于肋601与壳销505相互直接焊接，所以来自肋601的振动直接传递到壳销505。 

因此，壳销505的振动成为较强的振动(高频率、振幅大)，温感部有可能以较高的加速度振动。 

结果，有可能在壳销505的前端部、设在其前方的热敏电阻元件501、 或者壳销505与肋601的接合部，产生过大的应力。 

由于对热敏电阻元件501的过大的应力，有可能发生热敏电阻元件501的破坏及热敏电阻元件501的电极线502的断线。此外，通过壳销505与肋601的接合部的过大的应力，有可能发生固定部及壳销505的龟裂、破损。 

所以，在图9中，使壳销505被肋601保持的前端到温度传感器的前端的长度L4相对于从安装有温度传感器的排气管800的内周面到温度传感器的前端的长度L3充分短。由此，使温度传感器前端的共振频率偏离安装温度传感器的排气管的振动的共振频带，从而防止信号线502的断线等的问题。 

专利文献1：日本特开2002-350239号公报 

专利文献2：日本特开2006-47273号公报 

专利文献1、2中公开的构造在用于共振频率更高的排气系统中的情况下、或要求温度传感器的长条化的情况下，不能使温度传感器前端的共振频率偏离排气管振动的共振频带，有容易发生热敏电阻元件501的破损及电极线502的断线的问题。 

此外，由于通过将肋601延长设置在前端侧，使壳销505的共振频率(一阶)上升，所以共振时的共振倍率成为500倍左右，施加在位于温度传感器的前端侧的电极线502等上的应力变得很大。结果，难以防止电极线502的断线。 

发明内容

本发明是鉴于所述以往的问题而做出的，要提供一种抑制振动的传递、耐久性良好的温度传感器。 

本发明为了达到上述目的，技术方案1所述的发明是一种温度传感器，其特征在于，具备：温感元件，配置在排气流动的流路内，电气特性随着上述流路内的排气的温度而变化；信号线，前端侧经由电极线与上述温感元件连接，基端侧与外部电路连接用的导线连接；壳部件，将上述信号线保持于内部；以及保持部件，直接或经由其他部件间接地保持上述壳部件的外周面， 

设从在上述温度传感器的轴上的上述流路的内周面到上述温度传感器的前端的长度即突出长度为L1、从上述壳部件被保持部件直接或间接地保持的保持部的前端到上述温度传感器的前端的长度即保持长度为L2时，上述突出长度L1和上述保持长度L2被选择为：针对上述温度传感器的径向加速度，通过激光多普勒振动计测量的上述温度传感器前端的共振频率是480Hz以下，上述突出长度L1和上述保持长度L2满足L1＜L2的关系。 

以往的技术思想是通过做成使温度传感器的前端的共振频率(一阶)上升的构造来避免来自外部的振动带来的共振的发生。但是，在本发明中，基于与以往的技术思想相反的技术思想。即，通过使温度传感器的前端的共振频率(一阶)降低到480Hz以下的低水平，能够抑制向温度传感器前端的振动传递，即使在温度传感器中发生了共振也能够有效地防止热敏电阻元件501的破损及电极线502的断线的发生。 

技术方案2所述的发明的特征在于，相对于上述壳部件的径向加速度，上述壳部件前端的共振频率(一阶)是380Hz以下。 

由此，能够耐久性更好、更长期地防止电极线的断线。 

突出长度L1是根据目的、用途而频繁地变更的值。例如，在相同的流路中，在检测流路的中央部的温度的情况和检测流路的内缘的温度的情况下，突出长度L1的长度较大地不同。由此，在为L1≥L2的构造的情况下，如果壳部件的直径等的条件相同则温度传感器的前端的共振频率(一阶)由突出长度L1的长度唯一地决定。即，在突出长度L1较短的情况下，保持长度L2必然变短，所以温度传感器的前端的共振频率(一阶)变大。 

但是，在本发明中，由于是将壳部件的保持部分设在保持部件的基端侧的构造，所以即使是突出长度L1较短的情况，也能够使保持长度L2充分长。由此，不论突出长度L1的长度如何都能够使温度传感器的前端的共振频率(一阶)充分地小。 

由此，能够防止位于温度传感器的前端侧的电极线及温感元件因共振而损伤。 

技术方案4所述的发明的特征在于，设上述突出长度L1中的保持上述温感元件的部件的直径为传感器外径D时，D是3.2mm以下，上述保持长度L2是75mm以上。 

由此，越是使传感器外径D小、并使保持长度L2长，越能够将温度传感器的前端的共振频率(一阶)抑制为480Hz以下，能够防止电极线的断线等。 

技术方案5所述发明的特征在于，上述温感元件配设在金属盖的内部。 

由此，通过将温感元件从废气气氛隔断，能够防止温感元件的还原劣化。 

技术方案6所述的发明的特征在于，上述温感元件由热敏电阻元件构成。 

由此，能够获得高测量精度的温度传感器。 

技术方案7所述的发明的特征在于，上述温感元件埋设在被供给到上述金属盖的前端侧内部的固定部件中。 

由此，在温度传感器因外部的振动而振动时，能够防止温感元件与金属盖碰撞而损伤。进而，由于是温感元件被固定部件固定在金属盖内的状态，所以温感元件的共振带来的振动被抑制，结果能够抑制通过温感元件的共振而对电极线施加的应力。 

技术方案8所述的发明的特征在于，将温感元件被玻璃材料封闭。 

在高温环境下，由于金属盖氧化、金属盖内的氧浓度降低，所以需要防止氧从温感元件脱离的还原劣化。所以，通过将温感元件用玻璃材料封闭，能够防止温感元件的还原劣化，确保温感元件的稳定的测量精度。 

附图说明

图1是表示将本发明的排气温度传感器1安装在流路中时的状态的剖视图。 

图2是表示图1中的温感部10的放大剖视图。 

图3是表示排气温度传感器的加热共振耐久试验的示意图。 

图4是本发明的排气温度传感器1的加热共振耐久试验结果的曲线图。 

图5是表示图4中的温感部10的放大剖视图。 

图6是表示本发明的排气温度传感器1的另一实施方式的剖视图。 

图7是表示本发明的排气温度传感器1的另一实施方式的剖视图。 

图8是表示本发明的排气温度传感器1的温感部10的另一实施方式的 剖视图。 

图9是表示将以往的排气温度传感器2安装在流路中时的状态的剖视图。 

标号说明 

1排气温度传感器(温度传感器) 

10温感部 

20箱部 

101热敏电阻元件(温感元件) 

102电极线 

103信号线(信号线) 

104温感部盖(金属盖) 

105壳销(壳部件) 

106固定部件 

107玻璃材料 

201肋(保持部件) 

202保护管(保持部件) 

203导线 

204保持管 

301管接头 

302安装夹具 

303电炉 

304凸台 

400排气管(流路) 

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的排气温度传感器1(温度传感器)的实施方式进行说明。 

该排气温度传感器1作为检测从车辆用发动机排出的废气的温度的传感器而使用，例如安装在汽车的排气管上。 

如图1所示，排气温度传感器1主要由温感部10、箱部20、配置在上 述温感部10及上述箱部20之间的壳销105构成。 

另外，在本说明书中，将图1的下方作为前端侧，将上方作为基端侧，说明排气温度传感器1的构造。 

上述温感部10暴露在废气中而感知排气(废气)温度。 

图2是表示图1的温感部10部分的放大剖视图，通过由以Cr-Mn为主成分的半导体材料等形成的烧结体构成，具有作为感知排气温度的温感元件的热敏电阻元件101、用来将该热敏电阻元件101发出的电信号传递到基端侧的一对电极线102、将前端在上述电极线102的基端侧通过激光焊接、电阻焊接等接合、将另一端连接在导线203上的一对信号线103、和相当于保护上述热敏电阻元件101的金属盖的温感部盖104。上述电极线102使用白金，上述信号线103使用不锈钢。此外，上述温感部盖104通过对镍铬铁耐热耐蚀合金实施拉深加工而形成有底筒状。 

这里，作为温感元件，优选地使用热敏电阻元件101，能够容易地得到测量精度较高的排气温度传感器。 

此外，上述热敏电阻元件101优选地配置在温感部盖104内部中，能够将热敏电阻元件101从废气气氛隔断，所以能够防止热敏电阻元件101的劣化。 

优选地在上述热敏电阻元件101与上述温感部盖104之间填充固定部件，当排气温度传感器振动时，能够防止热敏电阻元件101振动而与温感部盖104碰撞。由此，能够防止热敏电阻元件101损伤，并且防止热敏电阻元件101的电极线102的断线。 

此外，作为被填充的固定部件，使用热传导性良好的材料，由此能够将温感部盖104的外部的热迅速地传递到热敏电阻元件101，能够得到响应性良好的排气温度传感器。 

进而，温感部盖104优选地使用镍铬铁耐热耐蚀合金等的耐氧化性良好的合金。由此，温感部盖104能够防止氧化，并且能够防止使温感部盖104的内部的氧浓度降低而造成的热敏电阻元件101的特性变化。如果温感部盖104氧化，则盖内部的氧浓度降低。然后，为了补偿它，有可能氧从热敏电阻元件101脱离而被还原。由此，热敏电阻元件101的特性可能发生变化。所以，通过将温感部盖104用耐氧化性金属构成，能够防止热敏 电阻元件101的特性变化。 

作为上述耐氧化性金属，例如有不锈钢、镍铬铁耐热耐蚀合金等。 

在这种构造的温感部10，插入固定着对应于壳部件的壳销105的一端。 

壳销105形成由镍铬铁耐热耐蚀合金材料构成的圆筒状，通过铆接及激光焊接等固定于温感部盖104。壳销105既可以通过压入固定于温感部盖104，也可以在此基础上还实施电阻焊接等。 

上述温感元件优选地通过玻璃材料封闭。在此情况下，能够抑制上述温感元件的劣化，能够得到耐久性良好的温度传感器。 

壳销105在内侧收容、绝缘、保护着信号线103。上述壳销105包括由不锈钢构成的两根信号线103、配置在该信号线103的周围的由氧化镁等的绝缘粉末构成的绝缘部、和覆盖该绝缘部的外周的由不锈钢构成的外管部。壳销105具有圆柱形状，外管部具有圆筒形状。此外，信号线103从绝缘部及外管部向前端部及基端侧露出。并且，信号线103的前端与热敏电阻元件101的电极线102焊接，信号线103的基端与导线203连接。 

接着，对图1所示的上述箱部20进行说明。箱部20起到用来将排气温度传感器1安装到排气管上的作用，经由对应于壳部件的壳销105与上述温感部10连接。 

箱部20具有连接在上述壳销105的外周的肋201、通过焊接等固定在该肋201的外周的保护管202、和电连接在上述壳销105的基端上的导线203。 

另外，在图1中，通过激光焊接等将肋201和保护管202固定而大致成为一体的部件对应于保持部件。 

在对应于流路的排气管400固定有凸台304，在该凸台304的内周面设有内螺纹部，在经由管接头301卡止在肋201的基端侧端面上的状态下向前端侧推压，同时使设在管接头301的外周面的外螺纹部与凸台304的内螺纹部螺合。由此，将排气温度传感器1安装于排气管400。 

此时，肋201的前端侧端面就位并密接于凸台304的内周面，从而将在排气管400内流动的废气封闭。 

形成这种构造的排气温度传感器1将热敏电阻元件101发出的排气温度信号经由导线203向未图示的外部电路(例如ECU)送出，检测废气的 温度。 

肋201的外周面的一部分与保护管202的内周面抵接，从保护管202的外周面焊接，从而两部件被固定。 

壳销105嵌合于肋201的中央的孔，在肋201的内周面与壳销105的外周面抵接的部分通过焊接等固定。 

这里，本发明的保持部件在该实施方式中对应于上述肋201与上述保护管202通过激光焊接等被固定而大致成为一体的部件，所谓的壳部件的保持部分是指与配置在上述壳销105的外周的上述肋201的触点。 

以下，对本发明的实施方式的排气温度传感器1的特征部分进行详细的叙述。 

如图1所示，上述肋201的外周面的一部分与保护管202的内周面抵接，从保护管202的外周面焊接，从而两部件被固定。 

上述壳销105嵌合于肋201的中央的孔，在肋201的内周面与壳销105的外周面抵接的部分通过焊接等固定。 

从外部对排气温度传感器1施加的振动在肋201、该肋201的内周面与壳销105的外周面的抵接(保持)部分中传递，在壳销105产生以该部分为固定端的振动及共振。这里，所谓的共振，例如是指壳销105等的具有能量的各部件通过从外部施加的振动而产生固有振动。 

在本发明中，确定为，相对于上述排气温度传感器1的径向的加速度，上述排气温度传感器1的前端的共振频率(一阶)是480Hz以下。 

通过使上述共振频率(一阶)为480Hz以下，能够抑制向排气温度传感器1的前端的振动传递，即使在排气温度传感器1中发生了共振，也能够抑制热敏电阻元件501的破损及电极线502的断线。此外，更优选的是使上述共振频率为380Hz以下，可以做成具有高耐久性、耐振动性的排气温度传感器1。特别是，即使在用于振动较大的排气系统中的情况下、在要求壳销505的长条化的情况下也能够具备耐振动性。 

另外，可以通过激光多普勒振动计测量上述排气温度传感器1的前端的共振频率(一阶)。 

为了将上述排气温度传感器1的前端的共振频率(一阶)调节为规定值，如图1所示，设从上述排气温度传感器1的轴的上述排气管400的内 周面到上述排气温度传感器1的前端的长度即突出长度为L1、从上述壳销105被作为保持部件的肋201直接或间接地保持的保持部的前端到上述排气温度传感器1的前端的长度即保持长度为L2时，通过调节该L1和L2能够调节上述共振频率。 

另外，所谓的上述排气温度传感器1的轴的上述排气管400的内周面，是连接安装了排气温度传感器1的排气管400的端部的假想线(图1的虚线)与排气温度传感器1的轴的交点a，所谓的突出长度L1，是从该交点a到排气温度传感器1的轴的前端的距离。 

此外，所谓的上述保持部的前端，是指通过焊接等将肋201与壳销105固定的保持部中的、肋201与壳销105连续抵接的部分中的、位于排气温度传感器1的前端侧的终点A。此外，在本实施方式中，突出长度L1也是从肋201的锥部的基端侧终点到温感部10的前端的长度(向排气温度传感器1的排气管400的突出长度)。 

此外，本发明如图1所示，设上述突出长度为L1、上述保持长度为L2时，优选地满足L1＜L2的关系。 

由于保持长度L2相对于某个特定的突出长度L1越长，越能够减小排气温度传感器1的前端的共振频率，所以能够防止电极线102等的断线。 

通过图3所示的加热共振耐久试验确认了本发明的排气温度传感器1的共振频率和上述突出长度L1、上述保持长度L2的关系。 

如图3所示，加热共振耐久试验是在将排气温度传感器1的前端部用电炉303加热的状态下沿排气温度传感器1的径向赋予加速度的试验。试验条件是，设置电炉303以使排气温度传感器1的前端部的温度成为850℃，一边对通过管接头301安装了排气温度传感器1的安装夹具302赋予加速度20G，一边扫描各试样(排气温度传感器前端)的共振频率(一阶)附近的频带，确认电极线102有没有断线。 

在试验中，对于上述突出长度L1中的作为保持上述热敏电阻元件101的部件的壳销105的直径即传感器外径D、保持长度L2，变更为表1所示的多种值而进行了实验。将其结果表示在表1及图4中。 

此外，通过上述激光多普勒振动计测量共振频率。另外，在试验中，设突出长度L1为比保持长度L2小20mm的尺寸(L1＝L2-20)。 

[表1] 

※L1＝L2-20 

由图4可知，随着传感器外径D变小且保持长度L2变长，排气温度传感器1的前端的共振频率(一阶)变低。 

此外，由图4、表1可知，在使上述共振频率为480Hz以下的试样(No.3～8、13～16、21～24)中，电极线102的断线的耐久性提高到了超过目标时间的1倍而不到2倍的时间。 

特别优选的是，使上述传感器外径D为3.2mm以下、使上述保持长度L2为75mm以上，由图4也可知，可以使共振频率(一阶)为480Hz以下。 

另一方面，可知即使保持长度L2为75mm而充分长，但传感器外径D 超过3.2mm的试样(No.25、26)的共振频率超过480Hz，不能满足目标时间。 

进而，可知在使上述共振频率为380Hz以下的试样(No.5～8、14～16、23、24)中，电极线102的断线的耐久性进一步提高到了目标时间的2倍以上的时间。 

如果使上述传感器外径D为3.2mm以下、使上述保持长度L2为85mm以上，则能够使共振频率(一阶)为380Hz以下。 

另外，在上述实施方式中，是使肋201与壳销105直接接触、对其接触部分实施焊接而固定的构造，但如图5(a)、图5(b)所示，也可以是将肋201与壳销105经由其他部件固定的构造。 

例如，温感部盖104被固定为覆盖壳销105前端侧的外周面的一部分，但如图5(a)、图5(b)所示，也可以使用内包壳销105的长条的温感部盖104。即，通过将温感部盖104的基端侧与肋201的基端侧通过焊接固定，起到与上述实施方式同样的效果。此时，也可以将固定部件106填充到温感部盖104的内周面与壳销105的外周面之间。 

另外，在图5所示的结构中，使温感部盖104的除了相对小径的端部以外的部分的外径为D，使从肋201的内周面与温感部盖104的外周面的接触部分的前端到温感部10的前端的距离为L2。在此情况下重要的也是满足L1＜L2。 

此外，如图6所示，也可以做成使保护管204夹在肋201的内周面与壳销105的外周面之间的结构。除此以外，虽然没有图示，但如果使保护管204的前端缩径，则该缩径部会与壳销105干涉，所以能够抑制壳销105的共振。此时，保护管204与壳销105也可以抵接，但该抵接部分不过是起到振动抑制效果的，绝不是壳销105的振动的固定端。 

进而，如图7所示，也可以采用如下结构，即将保护管202通过从外周铆接等而缩径，设置与处于内侧的壳销105接触的部分，并将该接触部分焊接，从而保持壳销105。 

此外，如图8所示，优选的是，通过以覆盖热敏电阻元件101的方式设置具有耐热性的玻璃材料107，将热敏电阻元件101也从温感部盖104内的气氛隔断。由此，也能够可靠地防止温感部盖104被氧化带来的热敏 电阻元件101的还原劣化。 

此外，在不脱离本发明的技术范围的范围内能够适当变更结构。 

Claims (7)

1.一种温度传感器，其特征在于，具备：

温感元件，配置在排气流动的流路内，电气特性随着上述流路内的排气的温度而变化；

信号线，前端侧经由电极线与上述温感元件连接，基端侧与外部电路连接用的导线连接；

壳部件，将上述信号线保持于内部；以及

保持部件，直接或经由其他部件间接地保持上述壳部件的外周面，

设从在上述温度传感器的轴上的上述流路的内周面到上述温度传感器的前端的长度即突出长度为L1、从上述壳部件被保持部件直接或间接地保持的保持部的前端到上述温度传感器的前端的长度即保持长度为L2时，上述突出长度L1和上述保持长度L2被选择为：针对上述温度传感器的径向加速度，通过激光多普勒振动计测量的上述温度传感器前端的共振频率是480Hz以下，

上述突出长度L1和上述保持长度L2满足L1＜L2的关系。

2.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

上述共振频率是380Hz以下。

3.如权利要求1或2所述的温度传感器，其特征在于，

设上述突出长度L1中的保持上述温感元件的部件的直径为传感器外径D时，上述传感器外径D是3.2mm以下，上述保持长度L2是75mm以上。

4.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

上述温感元件配设在金属盖的内部。

5.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

上述温感元件由热敏电阻元件构成。

6.如权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，

上述温感元件埋设在被供给到上述金属盖的前端侧内部的固定部件中。

7.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，

上述温感元件被玻璃材料封闭。

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