CN114414643A - 氧传感器 - Google Patents

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冯策
王密
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谢淳
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张骁
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Abstract

本发明的实施例公开了一种氧传感器及其制造方法，该氧传感器包括：壳体；氧电池组件，氧电池组件设置为沿壳体的延伸方向插于壳体，氧电池组件一部分设置于壳体内，氧电池组件另一部分设置为能够延伸出壳体外；玻璃密封件，玻璃密封件填充于壳体的内壁与氧电池组件之间，玻璃密封件设置于靠近氧电池组件延伸出壳体的部分，玻璃密封件为玻璃粉末烧结而成。本发明的实施例可以提升氧传感器的密封性。

Description

氧传感器
技术领域
本发明的实施例涉及一种电化学氧传感器，特别是涉及一种电化学氧传感器的密封装置。
背景技术
电化学氧传感器是一种利用氧敏感材料作为电解质发生电化学反应从而测量环境中氧浓度的装置，电化学氧传感器包括外壳、氧化锆陶瓷、电极、电极引线以及用于连接的法兰。电化学氧传感器的工作原理为利用已知氧浓度的对比环境与未知氧浓度的待测环境之间的氧浓度差形成浓差电势，利用能斯特方程求出浓差电势，进而转化成待测环境与对比环境的氧气浓度差以求出待测环境的氧气浓度。其中氧化锆陶瓷为电化学氧传感器的敏感元件。
发明内容
发明人发现，在氧传感器的使用过程中，氧传感器的密封性关系到氧传感器的使用效果。如果氧传感器的密封性不好，那么外界环境中的环境介质将会渗透进氧传感器中，破坏氧传感器中的元件致使氧传感器失效。
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的氧传感器及其制造方法以解决氧传感器的密封性问题。
第一方面，本发明提供了一种氧传感器，包括：壳体；氧电池组件，所述氧电池组件设置为沿所述壳体的延伸方向插于所述壳体，所述氧电池组件一部分设置于所述壳体内，所述氧电池组件另一部分设置为能够延伸出所述壳体外；玻璃密封件，所述玻璃密封件填充于所述壳体的内壁与所述氧电池组件之间，所述玻璃密封件设置于靠近所述氧电池组件延伸出所述壳体的部分，所述玻璃密封件为玻璃粉末烧结而成。
第二方面，本发明提供了一种制造所述的氧传感器的方法，包括：将氧电池组件插入壳体；从靠近所述氧电池组件延伸出所述壳体的一端向所述壳体装填玻璃粉末；加热所述氧传感器使所述玻璃粉末熔融；冷却所述氧传感器。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是本发明实施例提供的氧传感器前端剖面示意图；
图2是本发明实施例提供的壳体的剖面示意图；
图3是本发明实施例提供的氧传感器的制作方法示意图。
附图标记：
10-壳体 20-氧电池组件
30-玻璃密封件 40-闭合件
50-阻拦件 60-弹性件
11-密封件填充空腔部 12-组件固定部
13-容纳部
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
发明人发现，在氧传感器的使用过程中，氧传感器的密封性关系到氧传感器的使用效果。如果氧传感器的密封性不好，那么外界环境中的环境介质将会渗透进氧传感器中，破坏氧传感器中的元件致使氧传感器失效。因此，发明人提出了一种氧传感器及其制造方法，以解决氧传感器的密封性问题。
请参阅图1和图2所示，本发明的实施例为一种氧传感器，包括：
壳体10；氧电池组件20，所述氧电池组件20设置为沿所述壳体10的延伸方向插于所述壳体10，所述氧电池组件20一部分设置于所述壳体10内，所述氧电池组件20另一部分设置为能够延伸出所述壳体10外；玻璃密封件30，所述玻璃密封件30填充于所述壳体10的内壁与所述氧电池组件20之间，所述玻璃密封件30设置于靠近所述氧电池组件20延伸出所述壳体10的部分，所述玻璃密封件30为玻璃粉末烧结而成。
该壳体10的内腔沿氧电池组件20延伸方向、从与氧电池组件20密封的一端由外到内形成有密封件填充空腔部11、组件固定部12、组件放置部、阻拦件容纳部以及延长部。密封件填充空腔部用于容纳玻璃密封件30，使得玻璃密封件30与壳体10紧密固定以提升氧传感性的密封性。密封件填充空腔部11的内径大于组件固定部12的内径，组件固定部12靠近组件放置部的一侧形成有容纳部13。组件放置部用于容纳设置于壳体10内的氧电池组件20，组件放置部的内径与氧电池组件20设置于壳体内的氧电池组件20的外径匹配，使得氧电池组件20与壳体10之间的空隙更小，以提升氧传感器的密封性。组件放置部的内径大于密封件填充空腔部11的内径。在组件放置部靠近阻拦件容纳部的一侧，组件放置部的内径增大形成环形内腔，该内腔在氧电池组件20插入壳体10时排出壳体10内部的一部分空气，使氧电池组件20与壳体10接触更紧密以提高氧传感器的密封性。阻拦件容纳部的内腔可以设有螺纹构造，使得阻拦件50可以通过螺纹构造固定在壳体10上，以提升阻拦件10的阻拦效果，但不以此为限，可根据需要进行调整。阻拦件容纳部的内径略大于组件放置部的内径。延长部可以增加氧传感器的长度，使得氧传感器可进行远距离测量。延长部的内径略大于阻拦件容纳部的内径，使阻拦件50能更好地通过延长部，阻拦件容纳部和延长部的边缘进行倒角处理，防止操作者在安装阻拦件50时受伤。
该氧电池组件20包括氧化锆管以及放入氧化锆管中的参比电极、辅助填料、密封胶和电极引线等，参比电极是氧传感器运作的重要部件；辅助填料用于保证氧传感器的正常反应；密封胶用于密封氧化锆管，使得管内的元件不与外界接触，提升了氧传感器的密封性；电极引线用于传输电信号。氧化锆管形成有封闭端和开口端，氧化锆管开口端的外径大于氧化锆管身的外径。氧化锆管身的外径与组件固定部12的内径相等，使得氧电池组件20与壳体10之间的空隙更小，以提升氧传感器的密封性。氧化锆管开口端的外径与组件放置部内径相等，使得氧电池组件20与壳体10之间的空隙更小，以提升氧传感器的密封性。氧化锆管的内径不变。氧电池组件20是将参比电极、填充辅料、电极引线等从开口端放入氧化锆管内后用高温无机胶密封烘干氧化锆管制作而成，烘干可以排除水汽对氧传感器的密封性的影响。氧电池组件20设置为沿壳体10的延伸方向插于壳体10，氧电池组件20一部分设置于壳体10内，氧电池组件20另一部分设置为能够延伸出壳体10外，使得氧电池组件的一部分与碱金属液体接触。
该玻璃密封件30填充于壳体10的内壁与氧电池组件20之间，玻璃密封件30设置于靠近氧电池组件20延伸出壳体10的部分，阻挡碱金属液体渗透进壳体内从而损坏氧传感器的内部组件。玻璃密封件30为玻璃粉末填入密封件填充空腔部11后，在高温炉700～900℃的温度范围内熔融0.5～2h左右后随炉冷却而成。
此外，该壳体10的材料选用不锈钢，但不以此为限，可根据需要进行调整。
在一些实施例中，所述壳体10靠近所述氧电池组件20延伸出的一端，形成有密封件填充空腔部11所述氧电池组件20从所述密封件填充空腔部11伸出所述壳体10，所述玻璃粉末填充于所述密封件填充空腔部11。
该密封件填充空腔部11在氧电池组件20插入壳体10后，在氧电池组件20的外壁和密封件填充空腔部11的内壁之间形成内腔，该内腔用于容纳玻璃粉末，使得烧结玻璃粉末后得到的玻璃密封件30被固定在氧电池组件11延伸出壳体10的一端，提高了氧传感器的密封性。此外，密封件填充空腔部11的内壁选用易于烧结完成的玻璃密封件结合的材料，但不以此为限，可根据需要进行调整。
壳体10靠近氧电池组件20延伸出的一端，形成有密封件填充空腔部11，该氧电池组件20从密封件填充空腔部11伸出壳体10，玻璃粉末填充于密封件填充空腔部11。
在一些实施例中，氧传感器还包括闭合件40，所述闭合件40设置于所述壳体10靠近所述氧电池组件20延伸出的一端，所述闭合件40能够在所述氧电池组件20穿过所述闭合件40后，填充的所述玻璃粉末被保留在所述密封件填充空腔部11。
该闭合件40的内径与氧电池组件20的氧化锆管管身的外径相等，使得闭合件40与氧电池组件20之间的空隙更小，让玻璃粉末不容易漏出密封件容纳空腔部11以提升氧传感器的密封性。闭合件40的外径不小于密封件容纳空腔部11的开口端的外径，使得闭合件能够更好地闭合密封件容纳空腔部11，让玻璃粉末不容易漏出密封件容纳空腔部11以提升氧传感器的密封性。
氧传感器包括闭合件40，该闭合件40设置于壳体10靠近氧电池组件20延伸出的一端，闭合件40能够在氧电池组件20穿过闭合件40后，填充的玻璃粉末被保留在密封件填充空腔部11。
在一些实施例中，氧传感器还包括阻拦件50，所述阻拦件50设置于所述壳体10内腔，所述阻拦件50能够阻拦所述氧传感器沿所述氧电池组件20延伸出所述壳体10的反方向脱出所述壳体10。
该阻拦件50的外侧可以设有螺纹构造，使得阻拦件50可以通过螺纹构造固定在壳体10上，以提升阻拦件10的阻拦效果，但不以此为限，可根据需要进行调整。阻拦件50设有沿阻拦件50安装方向的孔状结构，该孔状结构能够在安装阻拦件50时，排出被阻拦件50与氧电池组件20挤压的空气，使得阻拦件50与氧电池组件贴合更加紧密，提高氧传感器的密封性。阻拦件50远离氧电池组件的一端形成有夹持部，操作者能够通过夹持部夹住并移动或转动阻拦件50，使得阻拦件50的装卸更加容易。
氧传感器包括阻拦件50，该阻拦件50设置于壳体10内腔，阻拦件50能够阻拦氧传感器沿氧电池组件20延伸出壳体10的反方向脱出壳体10。阻拦件50的外侧为螺纹构造，使得阻拦件可以固定在阻拦件容纳部。阻拦件50的直径与阻拦件容纳部的内径相等。
在一些实施例中，壳体10形成有组件固定部12，所述密封件填充空腔部11与所述组件固定部12沿所述氧电池组件20延伸方向、由所述壳体10外部向内部排列，所述组件固定部12能够固定所述氧电池组件20，防止所述氧电池组件20沿延伸出所述壳体10的方向脱出所述壳体10。
该组件固定部12的内径小于密封件填充空腔部11的内径，且组件固定部12的内径与氧电池组件20的氧化锆管管身的外径相等，缩小了组件固定部12与氧电池组件20之间的空隙，能够使得在玻璃粉末填充进密封件填充空腔部11后不会从组件固定部12与氧电池组件之间的空隙漏出。组件固定部12的内径小于氧电池组件20的氧化锆管开口端的外径，使得氧电池组件20在插入壳体10时，组件固定部可以防止氧电池组件20沿延伸出壳体10的方向脱出壳体10。组件固定部12的内径与氧电池组件20的氧化锆管管身的外径相等，还能够使氧电池组件20在壳体10内不会沿氧电池组件20延伸出壳体10的垂直方向移动，提升了氧传感器的密封性。
在一些实施例中，壳体10形成有组件固定部12，密封件填充空腔部11与组件固定部12沿氧电池组件20延伸方向、由壳体10外部向内部排列，组件固定部12能够固定氧电池组件20，防止氧电池组件20沿延伸出壳体10的方向脱出壳体10。
在一些实施例中，氧电池组件还包括弹性件60，所述弹性件60设置于所述组件固定部12与所述氧电池组件20之间，所述弹性件60能够密封所述组件固定部12与所述氧电池组件20之间的空隙。
该弹性件60的内径大于组件固定部12的内径，弹性件60的外径小于组件容纳部的内径，使得弹性件可以设置在组件固定部12靠近氧电池组件的氧化锆管开口端的一侧，能够密封组件固定部12与氧电池组件20之间的空隙，提高氧传感器的密封性。
氧传感器包括弹性件60，该弹性件60设置于组件固定部与氧电池组件20之间，弹性件60能够密封组件固定部与氧电池组件20之间的空隙。
此外弹性件60选用石墨制成，但不以此为限，可根据需要进行调整。
在一些实施例中，壳体10形成有容纳部13，所述容纳部设置于所述组件固定部12，所述容纳部13用于容纳所述弹性件60，所述弹性件60至少部分设置于所述容纳部13内。
该容纳部13的内径与弹性件60的内径相等，容纳部13的外径与弹性件60的外径相等，使得弹性件60可以被设置于容纳部13中，使得弹性件60的位置能被固定，进一步提升氧传感器的密封性。容纳部13沿氧电池组件20延伸方向的深度不大于弹性件60的厚度，使得弹性件60可以至少部分设置于容纳部13中，进一步提升氧传感器的密封性。
壳体10形成有容纳部13，容纳部13设置于组件固定部12，容纳部13用于容纳弹性件60，弹性件60至少部分设置于容纳部13内。
根据本发明的实施例还提供了一种制造氧传感器的方法，参见图3，该方法包括如下步骤：
步骤S102：将氧电池组件插入壳体；选用采用油压机将氧电池组件压入壳体内，油压机的压强范围为1000～1200MPa，采用油压机将氧电池组件压入壳体可以使氧电池与壳体的接触更加紧密，进一步提升了氧传感器的密封性。
步骤S104：从靠近氧电池组件延伸出壳体的一端向壳体装填玻璃粉末；
步骤S106：加热氧传感器使玻璃粉末熔融；在高温炉内加热氧传感器，加热的温度范围为700～900℃，加热的时间范围为0.5～2h。
步骤S108：冷却氧传感器；冷却可以选择随炉冷却，但不以此为限，可根据实际情况做出调整。
在一些实施例中，步骤S106前还包括：压实玻璃粉末，压实玻璃粉末可以使得玻璃粉末在烧结后形成的玻璃密封件的结构更加紧密，防止因为玻璃密封件中的空隙影响氧传感器的密封性。
在一些实施例中，步骤S102还包括：将氧电池组件抵靠于壳体的组件固定部。抵靠于壳体可以使氧电池组件固定，防止因为氧电池组件的移动而影响氧传感器的密封性。
在一些实施例中，步骤S102前还包括：将弹性件安装在组件固定部上。安装弹性件可以进一步提升氧传感器的密封性。
在一些实施例中，步骤S102后还包括：安装阻拦件在氧电池组件设置于壳体内的一端。安装弹性件可以进一步限制氧电池组件的移动，防止因为氧电池组件的移动影响氧传感器的密封性。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种氧传感器，其特征在于，包括：
壳体(10)；
氧电池组件(20)，所述氧电池组件(20)设置为沿所述壳体(10)的延伸方向插于所述壳体(10)，所述氧电池组件(20)一部分设置于所述壳体(10)内，所述氧电池组件(20)另一部分设置为能够延伸出所述壳体(10)外；
玻璃密封件(30)，所述玻璃密封件(30)填充于所述壳体(10)的内壁与所述氧电池组件(20)之间，所述玻璃密封件(30)设置于靠近所述氧电池组件(20)延伸出所述壳体(10)的部分，所述玻璃密封件(30)为玻璃粉末烧结而成。
2.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述壳体(10)靠近所述氧电池组件(20)延伸出的一端，形成有密封件填充空腔部(11)，
所述氧电池组件(20)从所述密封件填充空腔部(11)伸出所述壳体(10)，所述玻璃粉末填充于所述密封件填充空腔部(11)。
3.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：还包括闭合件(40)，
所述闭合件(40)设置于所述壳体(10)靠近所述氧电池组件(20)延伸出的一端，所述闭合件(40)能够在所述氧电池组件(20)穿过所述闭合件(40)后，填充的所述玻璃粉末被保留在所述密封件填充空腔部(11)。
4.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：还包括阻拦件(50)，所述阻拦件(50)设置于所述壳体(10)内腔，所述阻拦件(50)能够阻拦所述氧传感器沿所述氧电池组件(20)延伸出所述壳体(10)的反方向脱出所述壳体(10)。
5.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述壳体(10)形成有组件固定部(12)，所述密封件填充空腔部(11)与所述组件固定部(12)沿所述氧电池组件(20)延伸方向、由所述壳体(10)外部向内部排列，所述组件固定部(12)能够固定所述氧电池组件(20)，防止所述氧电池组件(20)沿延伸出所述壳体(10)的方向脱出所述壳体(10)。
6.根据权利要求5所述的氧传感器，其特征在于：还包括弹性件(60)，
所述弹性件(60)设置于所述组件固定部(12)与所述氧电池组件(20)之间，所述弹性件(60)能够密封所述组件固定部(12)与所述氧电池组件(20)之间的空隙。
7.根据权利要求6所述的氧传感器，其特征在于：所述壳体(10)形成有容纳部(13)，所述容纳部设置于所述组件固定部(12)，所述容纳部(13)用于容纳所述弹性件(60)，所述弹性件(60)至少部分设置于所述容纳部(13)内。
8.一种制造权利要求1的氧传感器的方法，其特征在于，包括：
将氧电池组件插入壳体；
从靠近所述氧电池组件延伸出所述壳体的一端向所述壳体装填玻璃粉末；
加热所述氧传感器使所述玻璃粉末熔融；
冷却所述氧传感器。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
填入所述玻璃粉末后压实所述玻璃粉末。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
插入所述氧电池组件时，将所述氧电池组件抵靠于所述壳体的组件固定部。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
在插入所述氧电池组件前将弹性件安装在所述组件固定部上。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
插入所述氧电池组件后，安装阻拦件在所述氧电池组件设置于所述壳体内的一端。
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