CN105092780A - 用于确定测量气体空间中测量气体的至少一个特性的探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一种用于确定在测量气体空间中的测量气体的至少一个特性的探测器(10)，其具有壳体(12)和传感器元件(18)，所述壳体具有壳体内部空间和壳体开口(16)，所述传感器元件被布置在所述壳体内部空间中。至少一个连接线缆(22)为了电接触所述传感器元件(18)穿过所述壳体开口(16)从所述壳体(12)中引出。所述探测器(10)还具有至少一个能受限变形的空心体(36)。在所述空心体(36)中布置有多孔元件(42)。借助于所述多孔元件，所述壳体内部空间(14)与所述探测器(10)的周围环境处于流体连通。

Description

用于确定测量气体空间中测量气体的至少一个特性的探测器
背景技术
由现有技术已知多种用于确定测量气体空间中的测量气体的至少一个特性的探测器和方法。在此，原则上可涉及测量气体的任意物理和/或化学特性，其中，一个或多个特性可被检测。本发明在下面尤其参考所述气体的气体成分的定性和/或定量的检测来描述，尤其参考所述测量气体中的氧含量的检测。所述氧含量例如能以分压的形式和/或百分率的形式被检测。然而，替代地或附加地也可检测所述测量气体的其他特性，例如测量气体的温度。
例如，这类探测器可设计为所谓的氧传感器(Lambdasonde)，所述氧传感器例如由KonradReif(编者)的《机动车中的传感器(SensorenimKraftfahrzeug)》，2010第一版，第160-165页已知。利用宽带氧传感器和阶跃氧传感器、尤其利用平宽带氧传感器和阶跃氧传感器例如可以在一点处或者在大的范围内确定废气中的氧浓度，并且由此推断出燃烧室内的空气-燃料比。然而，替代地，构造为指式探测器(Fingersonde)的方案也是可行的。过量空气系数λ描述了该空气-燃料比。
这种探测器一般具有壳体和在壳体内部的传感器元件，所述壳体具有壳体内部空间和壳体开口。用于电连接传感器元件的连接线缆穿过壳体开口引出。
尽管由现有技术已知的探测器有很多优点，但其仍然有改进的潜力。在探测器的朝向测量气体空间的一侧上以及在探测器的背离测量气体空间的一侧上，介质(例如液体，气体和诸如此类)可能侵入到壳体内部空间中。这样侵入的介质可通过污染基准气体以及在基准气体空间的区域中的腐蚀(传感器元件、接触部、接触部的到连接线缆的连接部)而导致电气短路，信号出错。腐蚀的其他后果是，可产生在基准侧的传感器接头触点上的高电阻抗直至由于材料断裂引起的信号中断。
发明内容
因此本发明建议一种用于确定测量气体的至少一个特性的探测器，所述探测器至少很大程度上克服已知的探测器的缺点并且在该探测器中实现了将已侵入到壳体内部空间中的介质再从壳体内部空间中排出。
根据本发明的用于确定在测量气体空间中的测量气体的至少一个特性的探测器，具有壳体和传感器元件，所述壳体具有壳体内部空间和壳体开口，所述传感器元件被布置在壳体内部空间中。至少一个连接线缆为了电接触传感器元件而穿过壳体开口从壳体中引出。该探测器还具有至少一个能受限变形的空心体。在空心体中布置有多孔元件。借助于该多孔元件，壳体内部空间与探测器的周围环境处于流体连通。
传感器元件可与在壳体内部空间中的基准气体空间相连接。借助于多孔元件，基准气体空间与探测器的周围环境处于流体连通。多孔元件可构造用于通过扩散允许流体连通。空心体可为空心柱体。示例性地，空心体是套筒。空心体可至少部分地由金属制成。多孔元件可至少部分地由聚四氟乙烯制成。多孔元件可构造为膜片(Membran)。多孔元件可柱状地构造。多孔元件可具有这样的多孔性，所述多孔性在基准气体空间与探测器的周围环境之间存在500mbar的气体压力差的情况下允许3ml/min到20ml/min的气体最小基体流量。换言之，这样选择多孔元件的多孔性，使得在基准气体空间与探测器的周围环境之间存在500mbar的气体压力差的情况下能够实现从3ml/min到20ml/min的气体最小体积流量。该气体在此可与测量气体不同。
探测器还可包括至少一个密封体，特别是套管(Tülle)。密封体可被布置在壳体开口中。空心体可至少部分地被密封体包围。密封体可在空心体的周向方向上完全地包围空心体。密封体可围绕旋转轴线旋转对称地构造。空心体可这样布置在密封体中，使得旋转轴线延伸穿过空心体。密封体可至少部分地包围连接线缆。
受限地可变形性在本发明的框架中理解成构件的这样一种特性：在探测器的在装配时通常产生的装配力下(例如在压入线缆套管时)不发生变形或者仅发生微不足道的变形。变形在此理解成在外力作用下造成形状改变。变形可表现为长度改变、角度改变、面积改变或者体积改变。物体的与外力相反的力是变形阻力。相应地，可变形性表示在确定的力作用下变形的程度。因此具有高可变形性的本体与具有低可变形性的本体相比，用较小的变形阻力对抗外力，也就是说，具有高可变形性的本体用较小的力耗费就能变形。相应地，在本发明的框架内能受限变形的本体或者物体具有高的变形阻力。
流体连通在本发明的框架内理解成流体(也就是说液体和/或气体)的连通或交换。
扩散在本发明的框架内理解成这样一种物理过程，所述过程随着时间通过涉及的微粒的均匀分布导致两个或者多个物质完全混合。微粒可以是原子、分子或者带电粒子。在本发明的框架中所涉及的微粒是流体，也就是说是气体和/或液体。
多孔性在本发明的框架内理解成这样一种没有度量尺寸的测量参量，所述测量参量指示一个物质或者物质混合物的空心空间体积与总体积的比值。多孔性在此也可用百分比表示。
本发明的基本构思是，引入探测器的壳体内部空间的直接通风，通过所述通风，可通过温度变化和通过扩散将侵入到壳体内部空间中的介质再从壳体内部空间中输出。
基准空间的有利的直接通风可通过多孔结构进行，所述多孔结构例如被引入到孔眼中、也即被引入到传感器基准气体空间的线缆连接侧的密封部中。特别有利地并且本发明申请的主题是将示例性地柱体聚四氟乙烯形式的多孔结构嵌入到仅能受限变形的空心体中、例如空心柱体和诸如此类中。多孔结构的嵌入防止该多孔结构的不确定的压缩。通过使用仅能受限变形的空心体，可保证所限定的通风。在由于废气传感器的构件温度高而将废气传感器短地构造的情况下使用该通风措施是特别有利的。这显著地提高所述通风的扩散量。通过该显著改进的通风，可省去经改进的废气侧的密封部(例如通过引入附加的BN片、玻璃粘合剂(Glaskittung)等)，并且可省去在此附加需要的加热流出过程。
相对于侵入湿气的耐用性提高的措施的比较例如“直接通风”和“附加的改进的废气侧的密封性”的比较显示直接通风的显著成本优势。
通过改进的废气侧的密封性，能逐渐减少湿气从废气侧侵入到基准空间中，但是不完全禁止。改进的废气侧的密封性因此作用仅部分地解决阻止侵入湿气，因为通过该措施不能禁止线缆束侧的湿气侵入。因此在此还考虑湿气的积累和由此引起的误差可能性。
但是直接通风实现了将废气侧和线缆束侧的侵入湿气排出。因此持续地阻止在基准气体空间中的湿气积累并且阻止跟湿气有关的相应损害。
附图说明
从下面优选实施例的说明中得出本发明其他可选的细节和特征，所述优选实施例在附图中示意地示出。
附图示出了
图1：根据第一实施方式的根据本发明的探测器的纵向剖视图；
图2：根据第一实施方式的探测器的横向剖视图；
图3：根据第二实施方式的探测器的横向剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施方式的根据本发明的探测器10的纵向剖视图。该剖面在此沿着探测器10的纵向延伸方向延伸。探测器10示例性地构造成氧传感器。氧传感器用于控制内燃机的空气燃料混合物，以便借助于在废气中的氧含量浓度测量能够调节尽可能化学计量的混合物，从而通过尽可能优化的燃烧使污染物排放最小化。因此，测量气体空间在本发明的框架中是内燃机的排气管。为了这个目的，探测器10可伸入到排气管中。氧传感器下面作为探测器10的实施例进行描述，其用于(特别是在内燃机的废气中)确定测量气体的至少一个物理特性和/或化学特性，特别是确定气体成分的温度或浓度。本发明特别是描述与已知探测器的不同之处并且不探讨工作方式，因为工作方式已经例如由上述现有技术充分已知并且本发明的工作方式并没有与之不同。
探测器10具有壳体12。壳体12具有壳体内部空间14和壳体开口16。在该壳体内部空间14中布置有传感器元件18。传感器元件18以对于氧传感器本身已知的方式与基准气体空间20、例如参考空气空间相连接。设置有至少一个连接线缆22用于电接触传感器元件18并且所述连接线缆穿过壳体开口16从壳体12中伸出。密封体24(例如套管)至少部分地设置在壳体开口16中。密封体24设置用于形成密封壳体开口16的不透气的和/或不透水的密封部，从而气体和/或水不能够通过密封体24侵入到壳体内部空间16中。示例性地为了该目的，壳体12具有壳体壁26，所述壳体壁被密封体24接触，因此沿着壳体壁26形成不透气体的和/或不透水的密封部。密封体24被所述至少一个连接线缆22穿过。壳体12在密封体24的区域中柱形地或者套筒形地构造。特别地，壳体12可在密封体24的区域中由金属或者合金制成。密封体24借助于壳体12的楔紧部或变形部28被固定在壳体开口16中。在探测器10的朝向测量气体空间的一侧上，壳体内部空间14相对于测量气体空间借助于废气侧的密封件30以不透气体和/或不透的方式被密封。
图2示出根据第一实施方式的探测器10的横向剖视图。该剖面在此垂直于探测器10的纵向延伸方向延伸并且特别是穿过密封体24延伸。从图2中可以看出，密封体24至少部分地包围连接线缆22。根据探测器10的第一实施方式，设置有四个连接线缆22，所述连接线缆在线缆套管32中被引导且在密封体24中均匀分布地布置。示例性地，密封体24围绕旋转轴线34旋转对称地构造并且四个连接线缆22在周向上围绕旋转轴34彼此均匀间隔开地布置在密封体24中。
如从图2中可进一步看出，探测器10具有至少一个能受限变形的空心体36。能受限变形的空心体36可为空心柱体38，例如套筒40。空心体36可例如由金属制成。密封体24至少部分地包围空心体36。根据图2所示，密封体24在空心体36的周向上完全地包围空心体36。例如空心体36这样布置在密封体24中，使得旋转轴线34延伸穿过空心体36。
多孔元件42被布置在空心体36中。借助于多孔元件42，壳体内部空间14和特别是基准气体空间20与探测器10的周围环境处于流体连通。多孔元件42在此构造用于允许借助于扩散进行流体连通。多孔元件42示例性地由聚四氟乙烯制成并且以膜片的形式构造。多孔元件42特别是柱状地构造并且具有多孔性，所述多孔性在基准气体空间20与探测器10的周围环境之间存在500mbar的气体压力差的情况下允许从3ml/min到最大20ml/min的气体最小体积流量。
通过多孔元件42可通过温度变化和通过扩散将侵入到基准气体空间20中的介质(例如液体或者气体)再从基准气体空间20中输出。在此特别有利的是，如上所述将多孔元件42嵌入到能受限变形的空心体36中。将多孔元件42嵌入到空心体36中，在为了固定密封体24而压入壳体壁26时阻止多孔元件42不确定的压缩。这样的压缩原本可能导致通风特性的不确定的减退。通过使用能受限变形的空心体36，能够保证限定的通风，因为该空心体在压入时产生的装配力下不发生变形或者仅发生微不足道的变形。在由于废气传感器构件温度高而将废气传感器短地构造的情况下使用该通风措施是别有利的。这显著地提高所述通风的扩散量。通过显著改进的通风，能够省去经改进的废气侧的密封部并且省去在此附加需要的加热流出过程。
图3示出根据第二实施方式的探测器10的横向剖视图。该剖面在此垂直于探测器10的纵向延伸方向延伸并且穿过密封体24。下面仅描述与第一实施方式的不同之处并且相同的构件设有相同的附图标记。
在第二实施方式的探测器10中，设置有五个连接线缆22用于电接触传感器元件18。连接线缆22分别布置在线缆套管32中并且穿过密封体24。线缆套管32与其中的连接线缆22在此围绕空心体36或者旋转轴线34彼此均匀间隔开分布地布置。

Claims (14)

1.用于确定在测量气体空间中的测量气体的至少一个特性的探测器(10)，其具有壳体(12)和传感器元件(18)，所述壳体具有壳体内部空间和壳体开口(16)，所述传感器元件被布置在所述壳体内部空间中，其中，至少一个连接线缆(22)为了电接触所述传感器元件(18)而穿过所述壳体开口(16)从所述壳体(12)中引出，其中，所述探测器(10)还具有至少一个能受限变形的空心体(36)，其中，在所述空心体(36)中布置有多孔元件(42)，其中，借助于所述多孔元件，所述壳体内部空间(14)与所述探测器(10)的周围环境处于流体连通。
2.根据上一权利要求所述的探测器(10)，其中，所述传感器元件(18)与在所述壳体内部空间(14)中的基准气体空间(20)相连接，其中，借助于所述多孔元件(42)，所述基准气体空间(20)与所述探测器(10)的周围环境处于流体连通。
3.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述多孔元件(42)构造用于通过扩散允许流体连通。
4.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述空心体(36)是空心柱体(38)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述空心体(36)是套筒(40)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述空心体(36)至少部分地由金属制成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述多孔元件(42)至少部分地由聚四氟乙烯制成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述多孔元件(42)构造为膜片。
9.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述多孔元件(42)柱状地构造。
10.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，其中，所述多孔元件(42)具有这样的多孔性，所述多孔性在所述探测器(10)的基准气体空间(20)与所述探测器(10)的周围环境之间存在500mbar的气体压力差的情况下允许3ml/min到20ml/min的气体最小体积流量。
11.根据上述权利要求中任一项所述的探测器(10)，还包括至少一个密封体(24)，特别是套管，其中，所述密封体(24)被布置在所述壳体开口(16)中并且至少部分地包围所述空心体(36)。
12.根据上一个权利要求所述的探测器(10)，其中，所述密封体(24)在所述空心体(36)的周向方向上完全地包围所述空心体(36)。
13.根据上两个权利要求中的任一项所述的探测器(10)，其中，所述密封体(24)围绕旋转轴线(34)旋转对称地构造，其中，所述空心体(36)这样布置在所述密封体(24)中，使得所述旋转轴线(34)延伸穿过所述空心体(36)。
14.根据上三个权利要求中的任一项所述的探测器(10)，其中，所述密封体(24)至少部分地包围所述连接线缆(22)。
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