CN110114661A - 气体传感器 - Google Patents

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CN110114661A CN201780078881.0A CN201780078881A CN110114661A CN 110114661 A CN110114661 A CN 110114661A CN 201780078881 A CN201780078881 A CN 201780078881A CN 110114661 A CN110114661 A CN 110114661A
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上木正聪
七田贵史
西尾贤治
青山惠哉
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Abstract

本发明提供一种促进壳体内的传感器元件的周围的气体置换而提高响应性的气体传感器。气体传感器(1)包括：布线基板(50)；传感器元件(24)，其配置在布线基板上，并利用多个导电构件(28)与布线基板电连接；壳体(22)，其容纳传感器元件，在该壳体上形成有导入口(22a)和排出口(22b)；以及预处理部(10)，其对被测量气体(G)中的特定气体的浓度进行调整，并使被调整后的被测量气体朝向导入口流通，其中，导入口和排出口位于比传感器元件靠外侧且靠上方的位置，设有以使从导入口朝向排出口去的流路变窄的方式朝向壳体的内侧突出的突出部(22p)，从传感器元件起到突出部的顶端为止的高度(h1)低于从传感器元件起到导入口为止的高度(h2)和从传感器元件起到排出口为止的高度(h3)，突出部以与导电构件不接触的方式配置在比多个导电构件各自的顶部(28p)靠内侧的位置，多个导电构件各自的顶部位于比传感器元件靠上方的位置。

Description

气体传感器
技术领域
本发明涉及一种对被测量气体中所含有的特定气体成分的浓度进行检测的气体传感器。
背景技术
以往，公知有一种对被测量气体中所含有的特定气体成分的浓度进行检测的气体传感器(专利文献1)。该气体传感器以能在腔室内被一定量地供给作为被测量气体的大气的方式构成，该气体传感器在腔室内进行利用燃烧来去除CO等可燃性气体的预处理之后，使被测量气体接触于传感器元件来检测NOx浓度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-300702号公报(图2)
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中，在具有大气导入管和大气导出管的腔室内配置有传感器元件，但如果腔室内的被测量气体的流动变慢，则传感器元件周围的气体置换变得不充分，响应性有可能降低。因此，本发明的目的在于提供一种气体传感器，其促进壳体内的传感器元件周围的气体置换而提高特定气体检测的响应性。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明提供一种气体传感器，其包括：布线基板，其沿自身的长度方向延伸；传感器元件，其对被测量气体中所含有的特定气体进行检测，该传感器元件配置在比所述布线基板的一个面的外周靠内侧的位置，并利用多个导电构件与所述布线基板电连接；壳体，其形成容纳所述传感器元件的容纳空间，在该壳体上形成有向所述容纳空间导入所述被测量气体的导入口和自所述容纳空间排出所述被测量气体的排出口；以及预处理部，其实施对所述被测量气体中的特定气体的浓度进行调整的预处理，该预处理部使被预处理后的所述被测量气体朝向所述导入口流通，该气体传感器的特征在于，在将所述传感器元件面对所述布线基板的方向定义为下方时，所述导入口和所述排出口位于比所述传感器元件的外周靠外侧的位置，且位于比所述传感器元件靠上方的位置，在从所述导入口朝向所述排出口去的所述容纳空间的流路的中途且是与所述传感器元件相对的位置设有突出部，该突出部以使所述流路变窄的方式朝向所述壳体的内侧突出，从所述传感器元件起到所述突出部的顶端为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度低于，从所述传感器元件起到所述导入口为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度和从所述传感器元件起到所述排出口为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度，所述突出部以与所述导电构件不接触的方式配置在比所述多个导电构件各自的顶部靠内侧的位置，所述多个导电构件各自的顶部位于比所述传感器元件靠上方的位置。
采用该气体传感器，由于以使自导入口朝向排出口去的容纳空间的流路变窄的方式设有突出部，因此，与传感器元件相对的位置的流路中的被测量气体的流速因文丘里效应而变快，能够促进传感器元件周围的气体置换而提高特定气体检测的响应性。另外，由于突出部配置为与导电构件28不接触，因此，能够抑制因两者接触而使导电构件断线等不良情况。并且，由于在突出部与导电构件之间形成有间隙，因此还能够抑制突出部附近的被测量气体的流动被妨碍。
在本发明的气体传感器中，也可以是，所述壳体由金属板形成，所述突出部一体地形成于所述壳体。采用该气体传感器，壳体的耐热性优异，并且与用其他零件将突出部安装于壳体的情况相比，生产率提高，零件数量也减少。而且，在冲压成型等的情况下，能够容易形成为将突出部的角部倒角而成的平滑形状，能够进一步抑制突出部附近的被测量气体的流动被妨碍。
发明的效果
采用本发明，能够得到一种促进壳体内的传感器元件的周围的气体置换而提高特定气体检测的响应性的气体传感器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的气体传感器的整体结构的框图。
图2是本发明的实施方式的气体传感器的分解立体图。
图3是图2的A－A剖视图。
图4是表示本发明的实施方式的气体传感器的变形例的分解立体图。
图5是表示本发明的实施方式的气体传感器的另一变形例的分解立体图。
具体实施方式
下面，参照附图并详细说明本发明。图1是表示本发明的实施方式的气体传感器1的整体结构的框图，图2是气体传感器1的分解立体图，图3是图2的A－A剖视图。在图1中，气体传感器1包括预处理部10、传感器部20、以及将预处理部10与传感器部20之间连接起来的未图示的气体流通管。并且，被测量气体G(例如人的呼气)被导入预处理部10，预处理部10在调整了被测量气体G中的特定气体(例如NO2)的浓度之后，使被预处理后的被测量气体朝向传感器部20的导入口22a流通。此外，作为预处理部，只要采用设置有能够调整被测量气体中的特定气体的浓度的催化剂的公知的结构即可，因此省略本实施方式的详细说明。另一方面，传感器部20对预处理后的被测量气体中所包含的特定气体进行检测(详细而言，检测特定气体的浓度)，从排出口22b排出被测量气体G。以下，参照图2和图3对传感器部20的结构进行详细说明。另外，在图2和图3中，将传感器元件24面对布线基板50的方向作为下方D。
如图2所示，传感器部20具有：金属制的壳体22，其为大致矩形箱状且具有凸缘，该壳体22的朝向下方D的下表面开口；矩形框状的密封材料(密封件)23，其粘接于壳体22的凸缘；传感器元件24，其容纳于壳体22内；粘接层26；以及陶瓷制的布线基板50。并且，通过使壳体22的凸缘和布线基板50的上表面的外周部分借助粘接剂(未图示)固定于密封材料23的框体上，从而布线基板50闭塞壳体22的开口，壳体22的内部空间形成容纳空间(腔室)C1。管状的导入口22a和排出口22b彼此分开地在壳体22的上表面突出，导入口22a的一端和排出口22b的一端与容纳空间C1相连通。导入口22a导入被测量气体G，排出口22b从容纳空间C1排出被测量气体G。并且，壳体22的上表面的导入口22a与排出口22b之间的部位通过冲压成型而凹陷成大致矩形箱状，该凹部在壳体22的内表面形成朝向内侧突出的突出部22p(参照图3)。
传感器元件24呈大致矩形板状，如图3所示，在基部24c的上表面(朝向图2的上方的面)侧配置有检测部24a，在基部24c的下表面侧配置有加热器24b，检测部24a和加热器24b成为在基部24c的上下层叠于基部24c的一体构造。另外，在布线基板50的上表面的中央形成有凹部50r，以使加热器24b侧隔着粘接层26紧靠凹部50r的方式在凹部50r配置有传感器元件24。也就是说，传感器元件24配置在比布线基板50的上表面的外周靠内侧的位置。在此，布线基板50的上表面相当于技术方案中的“一个面”。
布线基板50沿自身的长度方向(图2的左右方向)延伸，布线基板50的端部50e(图2的左侧)成为比壳体22窄的窄幅且向外侧(图2的左侧)延伸。并且，在端部50e的上表面和下表面配置有多个电极焊盘50p，各电极焊盘50p电连接于在布线基板50的上表面和下表面形成的布线(引线导体)50L。并且，布线50L的一端与包围凹部50r的多个元件周边焊盘50s相连接。此外，如图2所示，在布线基板50的下表面形成的布线50L在布线基板50的顶端(与端部50e相反的另一端)被引绕到布线基板50的上表面侧并与布线基板50的上表面侧的元件周边焊盘50s相连接。并且，检测部24a的输出端子和加热器24b的通电端子利用导电构件(具体而言为引线28)与布线基板50的元件周边焊盘50s接合并分别电连接。也就是说，检测部24a的输出端子和加热器24b的通电端子50分别被引线接合于对应的元件周边焊盘50s。由此，从检测部24输出的电信号经由布线基板50的布线50L、电极焊盘50p向外部输出，利用经由电极焊盘50p、布线50L从外部供给来的电力对加热器24b进行通电加热。
如此，经过预处理部10而调整特定气体的浓度后的被测量气体G与检测部24a接触从而测量特定气体的浓度。检测部24a的电气特性根据特定气体成分的浓度而相应地变化，检测部24a通过检测其变化的电信号来检测特定气体成分的浓度。另外，加热器24b通过通电加热将检测部24a加热至期望的工作温度。基部24c例如能够使用绝缘性的布线基板来构成。另外，检测部24a例如能够使用金属氧化物半导体来构成。加热器24b例如具有在基部24c的表面形成的曲折状的图案，加热器24b能够利用由铂等形成的发热电阻体来构成。此外，检测部24a也可以采用在固体电解质体设置一对电极而成的、公知的混成电位式的传感器结构。
在此，如图3所示，导入口22a和排出口22b位于比传感器元件24的外周24e靠外侧的位置，且位于比传感器元件24靠上方的位置。另外，突出部22p在从导入口22a朝向排出口22b去的容纳空间C1的流路F的中途且是与传感器元件24相对的位置(比外周24e靠内侧的位置)以使流路F变窄的方式朝向壳体22的内侧突出。并且，高度h1低于高度h2和高度h3，高度h1是从传感器元件24(的上端的检测部24a)起到突出部22p的顶端为止的、在与布线基板50的长度方向正交的方向上的高度，高度h2是从传感器元件24起到导入口22a为止的、在与布线基板50的长度方向正交的方向上的高度，高度h3是从传感器元件24起到排出口22b为止的、在与布线基板50的长度方向正交的方向上的高度。
另外，在本实施方式中，突出部22p的宽度尺寸(图3中的突出部22p的自纸面里侧朝向纸面近前去的长度)形成为与容纳空间C1的宽度尺寸相同的长度。换言之，突出部22p的宽度尺寸为与构成容纳空间C1的大致矩形箱状的壳体22中的相对的两个侧面的内侧之间的尺寸相同的长度。由此，突出部22p配置成相对于从导入口22a朝向排出口22b流动的被测量气体G的气流大致正交，与朝向气体导入口22a侧的面接触的被测量气体G被朝向传感器元件24引导。其结果，与传感器元件24相对的位置的流路F中的被测量气体G的流速因文丘里效应而变快，能够促进传感器元件24周围的气体置换而提高特定气体检测的响应性。
并且，突出部22p以与各导电构件28不接触的方式配置在比多个导电构件28各自的顶部28p靠内侧的位置，该顶部28p位于比传感器元件24靠上方的位置。由此，能够抑制因突出部22p与导电构件28相接触而使导电构件28断线等不良情况。另外，由于在突出部22p与导电构件28之间形成有间隙，因此还能够抑制突出部22p附近的被测量气体G的流动被妨碍。另外，导电构件28跨在元件周边焊盘50s与比元件周边焊盘50s靠内侧的传感器元件24的外周部之间地延伸，且在元件周边焊盘50s与传感器元件24之间形成为向上凸起的曲线状，导电构件28具有顶部28p。
另外，在本实施方式中，壳体22由金属板形成，突出部22p通过冲压成型而一体地形成于壳体22。由此，壳体22的耐热性优异，并且与用其他零件将突出部22p安装于壳体22的情况相比，生产率提高，零件数量也减少。而且，在如本实施方式那样为冲压成型等的情况下，能够容易形成为将突出部22p的角部倒角而成的平滑形状，能够进一步抑制突出部22p附近的被测量气体G的流动被妨碍。
本发明不限定于上述实施方式，当然也包括在本发明的思想和范围中含有的各种各样的变形以及等价物。例如，如图4所示，作为气体传感器1B的传感器部30，也可以使导入口32a和排出口32b在壳体32的侧面突出。也就是说，导入口32a和排出口32b只要位于比传感器元件24的外周24e靠外侧的位置且位于比传感器元件24靠上方的位置，就可以任意配置。例如，也可以将导入口32a和排出口32b分别配置在壳体32的相对的侧面。另外，突出部32p在从导入口32a朝向排出口32b去的容纳空间C1的流路F的中途且是与传感器元件24相对的位置以使流路F变窄的方式朝向壳体32的内侧突出。并且，与上述实施方式同样地，突出部32p以与各导电构件28不接触的方式配置在比多个导电构件28各自的顶部靠内侧的位置，多个导电构件28各自的顶部位于比传感器元件24靠上方的位置。另外，在图4中，对与图2的传感器部20相同的构成部分标注相同的附图标记。
另外，在上述图2、图4的实施方式的气体传感器1中，使突出部22p形成为与容纳空间C1的宽度尺寸相同的长度，但只要在能够发挥能促进传感器元件24周围的气体置换而提高特定气体检测的响应性的效果的范围内，就也可以如图5所示的另一实施方式的气体传感器1C那样，作为设于壳体22的突出部，设置突出部42p，该突出部42p配置在与传感器元件24相对的位置且该突出部42p的宽度尺寸小于容纳空间C1的宽度尺寸。对于该突出部42p，也与上述实施方式同样地，突出部42p以与各导电构件28不接触的方式配置在比多个导电构件28各自的顶部靠内侧的位置，多个导电构件28各自的顶部位于比传感器元件24靠上方的位置。此外，在图5的气体传感器1C中，对与图2的气体传感器1相同的构成部分标注相同的附图标记。
气体传感器和构成该气体传感器的预处理部、壳体、传感器元件、导电构件、突出部的形状、材质、种类等并不限定于上述实施方式。突出部的个数也没有限定。另外，在上述实施方式中，采用了将壳体22的凸缘和布线基板50的上表面的外周部分借助粘接剂固定于密封材料23的框体的结构，但壳体22、密封材料23、布线基板50之间的固定结构并不限定于此。例如，也可以是，不使用粘接剂，而使用其他构件(例如螺栓和螺母)从壳体22的外侧朝向布线基板50施加力(作用力)，使壳体22、密封材料23、布线基板50各构件以不发生位置偏移的方式固定而构成气体传感器1。并且，在上述的各实施方式中，通过冲压成型将突出部22p、32p、42p一体地形成于金属制的壳体22、32。但是，突出部22p、32p、42p的结构并不限定于此，例如，也可以是，准备顶面为平坦形状的壳体，在该壳体的顶面的内侧的规定位置接合(具体而言为焊接)凸条片，使该凸条片作为本发明的突出部发挥功能。
附图标记说明
1、1B、1C、气体传感器；10、预处理部；22、32、壳体；22a、32a、导入口；22b、32b、排出口；22p、32p、42p、突出部；24、传感器元件；24e、传感器元件的外周；28、导电构件；28p、导电构件的位于比传感器元件靠上方的位置的顶部；50、布线基板；C1、容纳空间；D、下方；F、流路；G、被测量气体；h1、从传感器元件起到突出部的顶端为止的高度；h2、从传感器元件起到导入口为止的高度；h3、从传感器元件起到排出口为止的高度。

Claims (2)

1.一种气体传感器，其包括：
布线基板，其沿自身的长度方向延伸；
传感器元件，其对被测量气体中所含有的特定气体进行检测，该传感器元件配置在比所述布线基板的一个面的外周靠内侧的位置，并利用多个导电构件与所述布线基板电连接；
壳体，其形成容纳所述传感器元件的容纳空间，在该壳体上形成有向所述容纳空间导入所述被测量气体的导入口和自所述容纳空间排出所述被测量气体的排出口；以及
预处理部，其实施对所述被测量气体中的特定气体的浓度进行调整的预处理，该预处理部使被预处理后的所述被测量气体朝向所述导入口流通，
该气体传感器的特征在于，
在将所述传感器元件面对所述布线基板的方向定义为下方时，所述导入口和所述排出口位于比所述传感器元件的外周靠外侧的位置，且位于比所述传感器元件靠上方的位置，
在从所述导入口朝向所述排出口去的所述容纳空间的流路的中途且是与所述传感器元件相对的位置设有突出部，该突出部以使所述流路变窄的方式朝向所述壳体的内侧突出，
从所述传感器元件起到所述突出部的顶端为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度低于，从所述传感器元件起到所述导入口为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度和从所述传感器元件起到所述排出口为止的、在与所述布线基板的长度方向正交的方向上的高度，
所述突出部以与所述导电构件不接触的方式配置在比所述多个导电构件各自的顶部靠内侧的位置，所述多个导电构件各自的顶部位于比所述传感器元件靠上方的位置。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，
所述壳体由金属板形成，所述突出部一体地形成于所述壳体。
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