CN101726513A - 气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定测量气体的物理特性、特别是气体成分的浓度或者测量气体的温度的气体传感器，该气体传感器包括：具有传感器体(14)的传感器元件(11)；金属护套导线(13)，其具有至少两个接通到传感器体(14)的体表面上的接触面(17，18)上的连接线(132)和一个金属护套(131)；一至少部分地包围传感器元件的保护管(12)；和一用于将气体传感器固定在测量位置处的装配法兰(22)。为了实现安装快速的微型化的气体传感器以及降低制造成本，该传感器元件(11)完全容纳在保护管(12)内，并且，装配法兰(22)直接地、气密地固定在金属护套导线(13)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定测量气体的物理特性、尤其是气体成分的浓度或者测量气体的温度的气体传感器。
背景技术
在一种已知的气体传感器或者测量探头(WO 95/18965)中，传感器元件设置在一个构造为金属管的壳体内，该壳体的一端侧的壳体端部用一个保护罩封闭，该保护罩暴露于测量气体中并且具有用于测量气体的进口，一金属护套导线插入到该壳体的另一端侧的端部中。该金属护套导线配设有一衬套，该衬套借助激光焊一面与金属护套导线的金属护套相连接而另一面与壳体连接。一个装配法兰与壳体的金属护套导线侧的端部隔开距离地通过焊接牢固地与壳体相连接。该装配法兰用于将气体传感器安装到一设置在起引导测量气体作用的测量管上的连接短管内。在穿过管状的壳体后，该装配法兰被密封地安放到连接短管的端面孔上，以便借助一个拧在连接短管的外螺纹上的锁紧螺母固定在连接短管上。
传感器元件具有一个传感器体，该传感器体具有一个载有对气体敏感的电极的且伸入保护罩内的测量气体侧的端部区段和一个连接侧的端部区段，该连接侧的端部区段带有设置在体表面上的电触点。在每个触点上都直接地焊接有金属护套导线的一个连接线端部。这些触点通过在传感器体上延伸的印制导线与在测量气体侧的端部区段中的电极导电地连接。一由金属线织物制成的支撑件被推套到传感器体的中间区段上。金属线织物一方面用于将传感器体机械地支撑在壳体内，另一方面用于防止测量气体中所含的颗粒进入到传感器体的连接侧的端部区段中。
发明内容
根据本发明提出了一种气体传感器，用于确定测量气体的物理特性、尤其是气体成分的浓度或者测量气体的温度，该气体传感器包括：传感器元件，该传感器元件具有一带有设置在体表面上的电接触面的传感器体；金属护套导线，该金属护套导线具有至少两个连接线和一个金属护套，该金属护套导线的连接线端部各与一个接触面材料锁合地连接；保护管，该保护管至少部分地包围传感器元件；和用于安装的装配法兰，其中，所述传感器元件完全容纳在保护管内，并且，所述装配法兰直接气密地固定在所述金属护套导线上。
根据本发明的气体传感器的优点在于：通过使传感器元件完全包含在保护管内以及将气体传感器的测量管安装件直接布设到金属护套导线上，省去了气体传感器的常见的壳体，由此能使气体传感器微型化。传感器元件完全处于测量气体中并且可具有仅为10mm到15mm的长度。除了减少构件外，通过该小型化也明显减少对于陶瓷和贵金属的必要的需求，这总体上有利地降低了制造成本。
由于根据本发明的气体传感器的小的结构尺寸及其成本有利的结构，该气体传感器在用于摩托车、船、割草机等的小型发动机中应用广泛，使得这些由发动机驱动的装置也能满足严格的排放条件。
通过本发明所列出的其它措施，使得所述气体传感器的有利的扩展方案和改进方案成为可能。
按照本发明的一种有利的实施形式，装配法兰具有一个锥形的密封座并且被焊接到金属护套导线上。这样的装配法兰提供了在测量气体管上的安装位置的足够高的气密性，并能通过现有的固定技术例如借助于紧固螺母毫无问题地装配到通常设置在测量气体管上的连接短管上。
按照本发明的一种有利的实施形式，在金属护套导线的金属护套的和保护管的面向彼此的端部之间设置有一由耐高温的浇铸材料制成的填充体，该浇铸材料搭接金属护套的端部区段。作为浇铸材料可以使用陶瓷粘接剂，但优选由具有熔融的、结晶的玻璃成分的玻璃陶瓷混合物制成的浇铸材料。这样的填充体一方面稳定了传感器元件和金属护套导线之间的接触区域并保护该接触区域免受振动，另一方面使该接触区域不形成由测量气体颗粒的污染产生的导通路径。同时，金属护套导线也与湿气隔离。
按照本发明的一种有利的实施形式，一个耐高温的、气体能透过的支撑体插入到传感器元件和保护管之间的空腔中。该支撑体可以是织物、针织物、编织物或者由金属、优选优质钢制成的非织造物。该支撑体稳定了传感器元件、防止了相对于保护管的振动并且负责更好地保护传感器元件的传感器体免受温度突变的影响，该温度突变例如由测量气体中携带的小水滴碰撞到热的陶瓷传感器体上所引发。
按照本发明的一种有利的实施形式，金属护套导线的连接线端部和传感器元件的接触面之间的材料锁合连接是借助于反应焊剂建立的。这种反应焊剂具有在热、电或者光学类型的激励下自身提供对于钎焊必需的能量的特性。钎焊过程在若干分之一秒内进行，使得传入到陶瓷传感器中的热可以忽略不计，这种热传入在常见的焊接或钎焊方法中会导致裂缝。
附图说明
在下面的说明书中借助在附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图中：
图1示意性示出局部剖切的气体传感器，
图2示意性示出传感器的在图1中箭头II方向上的、局部剖切的视图。
具体实施方式
在图1和2中示出的用于确定测量气体的物理特性的气体传感器例如作为所谓的氧传感器(Lambdasonde)用于确定内燃机废气中的氧浓度。在此，气体传感器安装在内燃机的排气管内并通过一根连接电缆与一个电子控制器相连接。
该气体传感器具有传感器元件11、保护管12和金属护套导线13。该传感器元件11具有一个由导氧离子的陶瓷制成的传感器体14，该传感器体14带有两个对气体敏感的电极，这些电极中的内电极15嵌入传感器体14中，而外电极16设置在体表面上。内电极15和外电极16各通过一个印制导线24与设置在传感器体14的体表面上的电接触面17或18相连接。金属护套导线13以已知的方式具有一个金属护套131以及多个(在图1和图2的实施例中为两个)连接线132，这些连接线在金属护套131内部被绝缘地引导。这些连接线132以其线端部各接通到这些接触面17、18中的一个上，并为此与该接触面材料锁合地连接。该材料锁合的连接是借助所谓的反应焊剂建立的。该反应焊剂具有以下特性：在热、电或者光学的激励下自身提供对于钎焊必需的能量。钎焊过程在若干分之一秒内进行，因此传递到传感器体14中的热量可以忽略不计。
传感器元件11的极短的传感器体14(长度在10mm到15mm)完全容纳在保护管12内，该保护管12具有用于供测量气体通过的开口19。在金属护套导线13的和保护管12的面向彼此的端部之间设置有由耐高温的浇铸材料制成的填充体20，浇铸材料搭接金属护套导线13的金属护套131的端部区段。该填充体20在此具有从保护管12朝向金属护套导线13渐缩的锥形形状。浇铸材料可以是陶瓷粘接剂。但优选的是玻璃陶瓷混合物，在该混合物中，玻璃成分熔融并在润湿后结晶，由此产生附着性好的、结晶的填充体20。一个耐高温的、气体能透过的支撑体21插入到处于传感器元件11和保护管12之间的空腔内，该支撑体一面贴靠在保护管12的内壁上，另一面贴靠在传感器体14上，使得传感器元件11相对于保护管12固定，并且不会引起振动。使用织物、针织物、编织物或者由金属制成的非织造物作为支撑体21。在此优选的是优质钢非织造物。
一装配法兰22推套在金属护套导线13上、气密地固定在金属护套131上并且与金属护套导线13的位于保护管侧的端部隔开一个与安装状况相匹配的距离。该装配法兰22优选焊接在金属护套131上。该装配法兰22具有一个锥形的密封座221并且用于将气体传感器气密地安装到起引导测量气体作用的测量气体管的连接短管内。在内燃机的情况下，该连接短管径向地安放在内燃机排气管上。在气体传感器穿过连接短管后，装配法兰20封闭该连接短管并借助一个拧紧到该连接短管上的锁紧螺母23(图1)气密地固定在该连接短管上。在此，带有传感器元件11的保护管12完全暴露于测量气体流或废气流中。
在图2中所示的气体传感器视图中在图1中箭头II的方向上再次以剖视图示出保护管12、支撑体21和填充体20，而传感器元件11以俯视图示出。相同的构件设有相同的附图标记。
传感器元件11也能以已知的方式配备电加热器。在这种情况下，金属护套导线13具有四个连接线132，这些连接线的连接线端部接通到传感器体14的体表面上的两个另外的接触面上。这两个另外的接触面通过印制导线与嵌入到传感器体14中的电阻线连接。
气体传感器同样也能构造为暴露于测量气体中的温度探头或者例如构造为用于确定内燃机废气中氮氧化物浓度的氮氧化物传感器。
Claims (10)
1.一种气体传感器，用于确定测量气体的物理特性、尤其是气体成分的浓度或者测量气体的温度，该气体传感器包括：传感器元件(11)，该传感器元件(11)具有一带有设置在体表面上的电接触面(17，18)的传感器体(14)；金属护套导线(13)，该金属护套导线(13)具有至少两个连接线(132)和一个金属护套(131)，该金属护套导线(13)的连接线端部各与一个所述接触面(17，18)材料锁合地连接；保护管(12)，该保护管(12)至少部分地包围传感器元件(11)；和用于安装的装配法兰(22)，其特征在于，所述传感器元件(11)完全容纳在保护管(12)内，并且，所述装配法兰(22)直接地、气密地固定在所述金属护套导线(13)上。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述装配法兰(22)与金属护套导线(13)的位于保护管侧的端部隔开距离地设置，并优选焊接在金属护套导线(13)的金属护套(131)上。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述装配法兰具有一个锥形的密封座(221)。
4.根据权利要求1到3之一所述的气体传感器，其特征在于，在金属护套导线(13)和保护管(12)的面向彼此的端部之间设置有一由耐高温的浇铸材料制成的填充体(20)，所述浇铸材料优选搭接金属护套导线(13)的金属护套(131)的端部区段。
5.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，所述填充体(20)具有从保护管(12)朝向金属护套(131)渐缩的锥形形状。
6.根据权利要求4或5所述的气体传感器，其特征在于，所述浇铸材料是具有熔融的且结晶的玻璃成分的玻璃陶瓷混合物。
7.根据权利要求1至6之一所述的气体传感器，特征在于，一耐高温的、气体能透过的支撑体(21)插入到处于传感器元件(11)和保护管(12)之间的空腔内。
8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述支撑体(21)由金属织物、金属针织物或金属编织物制成。
9.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述支撑体(21)是由优质钢非织造物制成。
10.根据权利要求1至9之一所述的气体传感器，其特征在于，在金属护套导线(13)的连接线端部和传感器元件(11)的接触面(17，18)之间的材料锁合连接是借助反应焊剂建立的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100609 |