DE102006060312A1

DE102006060312A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102006060312A1
Application number: DE200610060312
Authority: DE
Inventors: Thorsten Baunach; Stefan Heinzelmann; Lothar Diehl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2008074545A1

Abstract

Es wird ein Gassensor, insbesondere zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, angegeben, der ein in einem Gehäuse (10) gasdicht verbautes Sensorelement (11) mit einem aus dem Gehäuse (10) austretenden, in einen Messgasstrom hineinragenden Endabschnitt (111) und ein am Gehäuse (10) befestigtes, den Endabschnitt (111) überdeckendes Schutzrohrmodul (13) aus mindestens zwei Schutzrohren (21, 22) mit jeweils einem Rohrmantel (211, 221) und einem gehäusefernen Rohrboden (212, 222) aufweist, die konzentrisch zueinander so angeordnet sind, dass der Rohrboden (212) des durchmessergrößeren ersten Schutzrohrs (21) gegenüber dem Rohrboden (222) des durchmesserkleineren zweiten Schutzrohrs (22) axial zurückversetzt ist. Um eine gute Durchströmung des Schutzrohrmoduls (13) zu erzielen, die eine schnelle Partikelablagerung in den Strömungswegen des Schutzrohrmoduls (13) verhindert und so ein Zuwachsen der Strömungswege durch Partikelablagerungen langfristig hinausschiebt, ist der axiale Versatz der Rohrböden (212, 222) von erstem und zweitem Schutzrohr (21, 22) so bemessen, dass er 25% bis 70% der Eintauchtiefe (t) des Schutzrohrmoduls (13) in den Messgasstrom beträgt. Bevorzugt ist der axiale Versatz 27% bis 40% der Eintauchtiefe (t) bemessen (Fig. 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Gassensor, insbesondere zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekannter Messfühler oder Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Messgas, insbesondere eine sog. Lambdasonde zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine ( DE 103 37 840 A1 ), weist ein Gehäuse mit Montagesechskant und Einbaugewinde zum Einschrauben in ein an einem Messgas- oder Abgasrohr angeordnetes Anschlussstück auf. Ein im Gehäuse mittels einer keramischen Dichtung gasdicht verbautes Sensorelement ragt mit einem messgasseitigen Endabschnitt aus dem Gehäuse heraus, der von einem Schutzrohrmodul aus zwei konzentrischen Schutzrohren abgedeckt ist. Die topfförmig mit Rohrmantel und Rohrboden ausgebildeten Schutzrohre sind ineinandergesetzt, wobei das innere zweite Schutzrohr durch den Boden des äußeren ersten Schutzrohrs hindurchtritt. Das Schutzrohrmodul ist an dem messgasseitigen, unterhalb des Einbaugewindes liegenden Gehäuseabschnitt befestigt. Im Einbauzustand ragt das Schutzrohrmodul mit vorgegebener Einbautiefe in den Messgas- bzw. Abgasstrom hinein. Im ringförmigen Rohrboden des durchmessergrößeren ersten Schutzrohrs sind Gaseintrittslöcher, im Rohrboden des durchmesserkleineren zweiten Schutzrohrs ist eine Gasaustrittsöffnung und im rohrbodenfernen Endabschnitt des Rohrmantels des zweiten Schutzrohrs ist ein Lochkranz aus äquidistant über den Mantelumfang angeordneten Gasdurchtrittslöchern vorhanden. Durch den Biber den Rohrboden des ersten Schutzrohrs vorstehenden Rohrmantelabschnitt des zweiten Schutzrohrs wird außen an dem Schutzrohrmodul eine Stauzone des Messgases gebildet. Durch die Messgasströmung entsteht in der Stauzone ein Überdruck, der in Verbindung mit einem an der Gasaustrittsöffnung im Rohrboden des zweiten Schutzrohrs von der Messgasströmung erzeugten Unterdruck eine Teilströmung des Messgases durch das Schutzrohrmodul hindurch bewirkt, wobei Messgas über die Gaseintrittsöffnungen im Rohrboden des ersten Schutzrohrs in den zwischen den Rohrmänteln von erstem und zweitem Schutzrohr ausgebildeten Ringraum hineinströmt, durch die Gasdurchtrittslöcher im Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs hindurchtritt, den Endabschnitt des Sensorelements umströmt und dann über die Gasaustrittsöffnung im Rohrboden des zweiten Schutzrohrs wieder austritt.
Bei einem bekannten Messfühler oder Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine ( DE 10 2004 033 958 A1 ), weist das Schutzrohrmodul zusätzlich ein im Innern des zweiten Schutzrohrs konzentrisch zu diesem angeordnetes drittes Schutzrohr mit Rohrmantel und Rohrboden auf, das den Endabschnitt des Sensorelements umgibt. Im Rohrmantel des dritten Schutzrohrs ist ein Lochkranz von äquidistant über den Mantelumfang verteilt angeordneten Gasdurchtrittslöchern angeordnet. Der Lochkranz ist so im Rohrmantel des dritten Schutzrohrs platziert, dass er zwischen dem Rohrboden des dritten Schutzrohrs und dem Lochkranz im Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs liegt. Ebenso wie bei dem vorstehend beschriebenen, sog. zweihülsigen Schutzrohrmodul führt das Einsetzen des Gassensors in ein Messgasrohr durch das in den Messgasstrom hineinragenden Schutzrohrmodul zu einer Querschnittsverengung im Messgasrohr. Durch diese Querschnittsverengung wird das Messgas im Bereich des Gasaustrittslochs im Rohrboden des zweiten Schutzrohrs beschleunigt und erzeugt in diesem Bereich einen Unterdruck. Gleichzeitig baut sich in Strömungsrichtung des Messgases gesehen vor dem aus dem ersten Schutzrohr herausragenden Ende des zweiten Schutzrohrs in der vorstehend genannten Stauzone ein Überdruck auf. Das so entstehende Druckgefälle sorgt für eine Messgasströmung innerhalb des Schutzrohrmoduls, wobei diese Messgasströmung über einen Teil von im Rohrboden des ersten Schutzrohrs vorhandenen Gaseintrittslöchern eintritt, den Ringraum zwischen dem ersten und zweiten Schutzrohr durchströmt, beim Durchtritt durch die Gasdurchtrittslöcher im zweiten Schutzrohr umgelenkt wird und gegensinnig zu der Messgasströmung im Ringraum zwischen ersten und zweiten Schutzrohr im Ringraum zwischen zweitem und dritten Schutzrohr verläuft. Das Messgas tritt über einen Teil der Gasdurchtrittslöcher im Lochkranz des dritten Schutzrohrs in dem vom dritten Schutzrohr umschlossenen Messraum, in dem der Endabschnitt des Sensorelements angeordnet ist, ein. Durch die von den Gasdurchtrittslöchern im Rohrmantel des dritten Schutzrohrs gebildeten Abrisskanten entsteht eine starke Verwirbelung des Messgases im Messraum um den Endabschnitt des Sensorelements herum, wodurch das Messgas ausreichend schnell ausgetauscht wird. Das Abströmen des Messgases aus dem Messraum erfolgt über den anderen Teil der Gasdurchtrittslöcher im dritten Schutzrohr und über die Gasaustrittsöffnung im Rohrboden des zweiten Schutzrohrs.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den großen axialen Versatz der Rohrböden im ersten und zweiten Schutzrohr, also durch das große Vorstehmaß des zweiten Schutzrohrs über den Rohrboden des ersten Schutzrohrs, eine vergrößerte Stauzone im Messgasstrom vor dem Vorstehende des zweiten Schutzrohrs geschaffen ist, die eine Erhöhung der Strömgeschwindigkeit des Messgases im Ringraum zwischen den Rohrmänteln von erstem und zweitem Schutzrohr bewirkt. Die höhere Strömungsgeschwindigkeit im Ringraum reduziert die Affinität von im Messgas enthaltenen Ruß- und Schmutzpartikeln zur Ablagerung innerhalb des Schutzrohrmoduls, so dass die Standzeit des Gassensors bis zum Zusetzen des Schutzrohrmoduls durch Partikelablagerungen und zum damit verbundenen Ausfall des Gassensors wesentlich erhöht wird.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gassensors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die zum Messgasdurchtritt im ersten Schutzrohr vorgehaltenen Mittel einen in dessen Rohrboden eingebrachten Ringspalt auf, der in dem ringförmigen Rohrbodenbereich, der den von den Rohrwänden des ersten und zweiten Schutzrohrs eingeschlossenen Ringraum abdeckt, liegt. Durch diesen Ringspalt wird – anders als bei dem mit einem Lochkranz versehenen, ringförmigen Rohrbodenbereich des ersten Schutzrohrs von bekannten Gassensoren – eine gleichmäßige Durchströmung des Ringraums erreicht, und zwar unabhängig von der Drehwinkelposition des Gassensors im Messgasstrom. Damit ist auch die Dynamik und das Auskühlungsverhalten des Gassensors unabhängig von der Drehwinkelposition des Gassensors im Messgasstrom und der zufälligen Verbaustellung des Schutzrohrmoduls am Gehäuse. Die gleichmäßige Durchströmung des Schutzrohrs trägt ebenfalls zur Vermindung der Ruß- und Schmutzpartikelablagerung im Schutzrohrmodul bei.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs nahe dessen rohrbodenfernem Ende ein Lochkranz mit über den Mantelumfang vorzugsweise äquidistant angeordneten Gasdurchtrittslöchern vorgesehen und im Rohrboden des zweiten Schutzrohrs eine vorzugsweise mittig angeordnete Öffnung angeordnet. Die Gasdurchtrittslöcher sind mit einem möglichst großen Durchmesser ausgelegt, der lediglich durch eine zwischen benachbarten Gasdurchtrittslöchern verbleibende minimale Stegbreite begrenzt ist, die eine Breite von 1 mm nicht unterschreitet und vorzugsweise mit 2 mm festgelegt ist. Der typische Durchmesser der Gasdurchtrittslöcher im Lochkranz liegt zwischen 3 mm bis 4 mm. Die Löcher sind kreisförmig, so dass einander gegenüberliegende Lochkanten maximalen Abstand voneinander haben und das Zuwachsen der Löcher durch Anlagerung von Ruß- und Schmutzpartikeln eine sehr lange Zeit benötigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Schutzrohrmodul zur Verringerung der Auskühlung des Sensorelements ein den Endabschnitt des Sensorelements unmittelbar umgebendes drittes Schutzrohr auf, das konzentrisch innerhalb des zweiten Schutzrohrs angeordnet ist. Dabei sind die Durchmesser der drei konzentrischen Schutzrohre so aufeinander abgestimmt, dass der zwischen dem dritten und zweiten Schutzrohr und der zwischen dem zweiten und ersten Schutzrohr vorhandene Radialabstand gleich groß ist. Dadurch werden gleich breite Ringräume zwischen den Schutzrohren geschaffen, so dass bei Ablagerungen von Ruß- und Schmutzpartikeln an den Rohrwänden das Zusammenwachsen von an gegenüberliegenden Rohrwänden sich bildenden Partikelablagerungen zeitlich weit hinausgeschoben wird, was die Standzeit des Gassensors erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im Bereich des Rohrmantels des dritten Schutzrohrs zwischen dem Rohrboden des dritten Schutzrohrs und dem Lochkranz im Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs ein Lochkranz mit über den Mantelumfang vorzugsweise äquidistant angeordneten Gasdurchtrittslöchern angeordnet und im Rohrboden des dritten Schutzrohrs mindestens eine Gasdurchtrittsöffnung vorhanden. Auch diese Maßnahmen verlängern die Standzeit des Gassensors, da im Falle des Verstopfens des Ringraums zwischen zweitem und drittem Schutzrohr infolge Partikelablagerung ein Bypass vorhanden ist, der das Messgas über die Gasdurchtrittsöffnungen in den beiden Rohrböden vom zweiten und dritten Schutzrohr in den Messgasraum zu dem Endabschnitt des Sensorelements strömen lässt. Durch diese Bypassströmung lässt sich im Falle des Zusetzens der Ringräume im Schutzrohrmodul die Funktionsfähigkeit des Gassensors noch für eine Weile, wenn auch mit reduzierter Genauigkeit, aufrechterhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein dem Gehäuse zugekehrter Rohrmantelabschnitt des zweiten Schutzrohrs im Durchmesser so aufgeweitet, dass dieser Rohrmantelabschnitt an der inneren Rohrmantelwand des ersten Schutzrohrs anliegt. Der Übergangsbereich des Rohrmantels zu dem durchmesserkleineren, rohrbodenseitigen Rohrmantelabschnitt ist als Kegelstumpf ausgeführt, in dem der Lochkranz des zweiten Schutzrohrs angeordnet ist. Durch diese konstruktive Maßnahme wird jenseits des Lochkranzes ein Speicherraum zur Ablagerung von Ruß- und Schmutzpartikeln geschaffen, der durch Auffangen eines Großteils der Ruß- und Schmutzpartikel eine Verstopfung des Ringraums zwischen zweitem und drittem Schutzrohr zeitlich weit hinausschiebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines in einem Messgasrohr verbauten Gassensors, schematisiert dargestellt,
2 eine Draufsicht des Gassensors in Richtung Pfeil II in 1,
3 und 4 jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt eines Gassensors gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
Der in 1 ausschnittweise im Schnitt dargestellte Gassensor mit einem Sensorelement 11 zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases dient beispielsweise zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Mit einer anderen konzeptionellen Ausbildung des Sensorelements 11 kann der Gassensor auch zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxiden in Abgasen oder zur Messung der Temperatur des Abgases oder zur Messung der Rußkonzentration verwendet werden.
Der Gassensor weist ein rotationssymmetrisches, metallisches Gehäuse 10 auf, in dem das im Ausführungsbeispiel stabförmige, planare Sensorelement 11 mittels einer an die Innenwand des Gehäuses 11 angepressten, keramischen Dichtung 12 gasdicht verbaut ist. Das Sensorelement 11 ragt mit einem messgasseitigen Endabschnitt 111 und einem hier nicht dargestellten anschlussseitigen Endabschnitt aus dem Gehäuse 10 heraus. Der dem Messgas bzw. dem Abgas aussetzbare messgasseitige Endabschnitt 111 trägt in bekannter Weise gassensitive Elektroden, die über Leiterbahnen mit auf dem anschlussseitigen Endabschnitt angeordneten Kontaktflächen verbunden sind, die ihrerseits zum Anschließen des Gassensors an ein Steuergerät dienen. Der messgasseitige Endabschnitt 111 ist mit einem Schutzrohrmodul 13 überdeckt, das am Gehäuse 10 festgelegt ist. Zum Einbau des Gassensors in ein das Messgas führendes Messgasrohr 14, im Falle eines Abgassensors in das das Abgas führende Abgasrohr der Brennkraftmaschine, ist das Gehäuse 10 mit einem Einbaugewinde 15 und einem Montagesechskant 16 versehen. Am Messgasrohr 14 ist ein Anschlussstück 17 befestigt, z. B. durch Schweißen, das eine Einbauöffnung 18 für den Gassensor umschließt und mit einem Innengewinde 19 versehen ist. Nach Einschrauben des Gassensors in das Anschlussstück 17 steht der Gassensor über die Innenwand des Messgasrohrs 14 vor und ragt mit einer Einragtiefe t in den im Messgasrohr 14 fließenden Messgas- bzw. Abgasstrom hinein.
Das an dem messgasseitigen Ende des Gehäuses 10 angeordnete Schutzrohrmodul 13 besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Schutzrohren 21, 22, die topfförmig ausgebildet sind und jeweils einen Rohrmantel 211, 221 und einen gehäusefernen Rohrboden 212, 222 aufweisen. Die beiden Schutzrohre 21, 22 sind so ineinandergesetzt, dass der Rohrboden 212 des durchmessergrößeren ersten Schutzrohrs 21 gegenüber dem Rohrboden 222 des durchmesserkleineren zweiten Schutzrohrs 22 axial zurückversetzt ist. Dieser in 1 mit 1 gekennzeichnete axiale Versatz ist so bemessen, dass er 25% bis 70% der Einragtiefe t des Schutzrohrmoduls 13 beträgt. Vorzugsweise liegt der axiale Versatz 1 zwischen 25% bis 40% der Einragtiefe t. Die Durchmesser der beiden Schutzrohre 21, 22 sind so gewählt, dass der radiale lichte Abstand zwischen den Rohrmänteln 211 und 221 0,6 mm bis 2,4 mm beträgt. Vorzugsweise liegt der lichte Abstand nahe der oberen Bemessungsgrenze. Die beiden Rohrmäntel 211 und 221 schließen einen Ringraum 20 ein, während das zweite Schutzrohr 22 einen Messraum 24 umschließt, in dem der Endabschnitt 111 des Sensorelements 11 mit den gassensitiven Elektroden angeordnet ist. Ringraum 20 und Messraum 24 werden vom Messgas durchströmt, wozu im Schutzrohrmodul 13 Mittel für den Gasdurchtritt in Form von Öffnungen und Löchern und eines Ringspalts vorgesehen sind.
Wie aus der in 2 dargestellten Draufsicht des Schutzrohrmoduls 13 zu erkennen ist, ist im Rohrboden 212 des ersten Schutzrohrs 21 ein Ringspalt 23 vorhanden, der in dem den Ringraum 20 abdeckenden, ringförmigen Rohrbodenbereich des Rohrbodens 212 angeordnet ist. Vorzugsweise wird dabei der innere Ringspaltrand vom Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs 22 gebildet. Die Ringspaltbreite liegt im Bereich zwischen 0,3 mm bis 1,7 mm und wird bevorzugt mit 1,5 mm bemessen. Im Rohrboden 222 des zweiten Schutzrohrs 22 ist eine Gasdurchtrittsöffnung 25, im Ausführungsbeispiel mittig, angeordnet. Im Rohrmantel 221 des zweiten Schutzrohrs 22 ist ein Lochkranz mit über den Mantelumfang äquidistant angeordneten Gasdurchtrittslöchern 26 vorgesehen, wobei der Lochkranz nahe dem rohrbodenfernen Ende des zweiten Schutzrohrs 22 platziert ist. Die Gasdurchtrittslöcher 26 sind kreisrund ausgeführt und weisen einen möglichst großen Durchmesser auf, der lediglich durch die zwischen benachbarten Gasdurchtrittslöchern 26 verbleibende minimale Stegbreite begrenzt ist. Diese minimale Stegbreite soll einen Wert von 1 mm nicht unterschreiten und wird vorzugsweise mit 2 mm festgelegt.
Durch die Eintauch- oder Einragtiefe t des Gassensors in das Messgasrohr 14 entsteht im Messgasrohr 14 eine Querschnittsverengung für das strömende Messgas, die einen Unterdruck im Bereich der Gasdurchtrittsöffnung 25 im Rohrboden 222 des zweiten Schutzrohrs 22 herbeiführt. Gleichzeitig baut sich am Versatz der beiden Schutzrohre 21, 22, in Strömungsrichtung des Messgases gesehen, eine Stauzone mit einem Überdruck auf. Das so entstehende Druckgefälle sorgt für eine Messgasströmung innerhalb des Schutzrohrmoduls 13, wobei diese Messgasströmung über einen Teil des Ringspalts 23 im Rohrboden 212 des ersten Schutzrohrs 21 eintritt, den Ringraum 20 durchströmt, durch die Gasdurchtrittslöcher 26 im Rohrmantel 221 des zweiten Schutzrohrs 22 umgelenkt wird und in den Messraum 24 gelangt. Dort umströmt das Messgas den Endabschnitt 111 des Sensorelements 11 und tritt über die Gasdurchtrittsöffnung 25 im Rohrboden 222 des zweiten Schutzrohrs 22 wieder aus dem Messraum 24 aus. Durch den Ringspalt 23 im Rohrboden 212 des ersten Schutzrohrs 21, durch die relativ große Ringraumbreite des Ringraums 20 und durch die durchmessergroßen, kreisrunden Gasdurchtrittslöcher 26 im Rohrmantel 221 des zweiten Schutzrohrs 22 wird eine sehr gute Durchströmung des Schutzrohrmoduls 13 sichergestellt, so dass im Messgas bzw. Abgas mitgeführte Ruß- und Schmutzpartikel sich weniger schnell im Schutzrohrmodul 13 ablagern. Die dennoch unvermeidlichen Ablagerungen dieser Partikel führt aber durch die genannten Geometrien im Strömungsbereich des Schutzrohrmoduls 13 nur zu einem sehr langsamen Zuwachsen der Strömungswege für das Messgas, so dass die Standzeit des Gassensors, dessen Funktionsfähigkeit mit Partikelverschluss der Strömungspfade im Schutzrohrmodul 13 endet, gegenüber Gassensoren mit den eingangs beschriebenen, bekannten Schutzrohrmodulen deutlich gesteigert ist.
Der in 3 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Gassensor unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Gassensor lediglich dadurch, dass das Schutzrohrmodul 13 nicht zweihülsig, sondern dreihülsig ausgeführt ist, also noch ein dünnwandiges drittes Schutzrohr 27 aufweist, das im Innern des zweiten Schutzrohr 22 zu diesem konzentrisch angeordnet ist und den Endabschnitt 111 des Sensorelements 11 unmittelbar umschließt. Das dritte Schutzrohr 27 ist ebenfalls topfförmig mit Rohrmantel 271 und gehäusefernem Rohrboden 272 ausgeführt. Das rohrbodenferne Ende des Rohrmantels 271 ist trichterförmig aufgeweitet und mittels der keramischen Dichtung 20 auf einer im Gehäuse 10 ausgebildeten Schrägschulter 101 festgelegt. Eine andere Befestigungsart des dritten Schutzrohrs 27, z. B. gemeinsam mit erstem und zweitem Schutzrohr 21, 22, ist möglich. Bis auf den größeren Axialversatz I zwischen den Rohrböden 212 und 222 des ersten und zweiten Schutzrohrs 21, 22 ist das Schutzrohrmodul 13 unverändert, so dass mit Bauteilen in 1 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das dritte Schutzrohr 27 definiert nunmehr den Messraum 24 und zwischen dem dritten Schutzrohr 27 und dem zweiten Schutzrohr 22 ist ein weiterer Ringraum 28 für die Messgasströmung vorhanden, in dem eine der Messgasströmung im Ringraum 20 entgegengesetzte Messgasströmung herbeigeführt ist. Die Durchmesser der drei Schutzrohre 21, 22 und 27 sind so bemessen, dass die radiale Breite der beiden Ringräume 20, 28 zwischen erstem und zweitem Schutzrohr 21, 22 einerseits und zweitem und drittem Schutzrohr 27 andererseits annähernd gleich groß sind. Die radiale, lichte Weite zwischen den Rohrmänteln 211, 221 und 271 entspricht den zu 1 angegebenen Maßen. Im Rohrmantel 271 des dritten Schutzrohrs 27 ist ein Lochkranz mit über den Mantelumfang äquidistant angeordneten Gasdurchtrittlöchern 29 angeordnet, wobei der Lochkranz im Rohrmantel 271 so platziert ist, dass er im Bereich zwischen dem Rohrboden 272 des dritten Schutzrohrs 27 und dem Lochkranz im Rohrmantel 221 des zweiten Schutzrohrs 22 liegt. Die Gasdurchtrittslöcher 29 sind wiederum kreisrund und mit möglichst großem Durchmesser ausgeführt. Im Rohrboden 272 des dritten Schutzrohrs 27 sind mehrere Gasdurchtrittsöffnungen 30 vorgesehen. Dadurch, dass die radiale Breite des zweiten Ringraums 28 an die große Ringraumbreite des ersten Ringraums 20 angepasst ist, wird infolge der guten Durchströmung des zweiten Ringraums 28 ein Zuwachsen des Ringraums 28 durch Partikelablagerungen langfristig hinausgeschoben. Tritt dennoch ein Verschluss des Ringraums 28 auf und wird somit die Messgasströmung im zweiten Ringraum 28 blockiert, so ist durch die Gasdurchtrittsöffnungen 30 im Rohrboden 272 des dritten Schutzrohrs 27 und durch die Gasdurchtrittsöffnung 25 im Rohrboden 222 des zweiten Schutzrohrs 22 ein Bypass geschaffen, über den noch Messgas in den Messraum 24 einströmen kann, so dass noch kurzfristig die Funktionsfähigkeit des Gassensors, wenn auch mit verminderter Genauigkeit, aufrecht erhalten werden kann.
Das Schutzrohrmodul 13 im Ausführungsbeispiel des Gassensors gemäß 4 ist dahingehend modifiziert, dass das zweite Schutzrohr 22 am gehäuseseitigen Ende trichterförmig aufgeweitet ist und mit einem durchmessergrößeren Rohrmantelabschnitt 221a an der Innenwand des Rohrmantels 211 des ersten Schutzrohrs 21 anliegt. Im Übergangsbereich zwischen dem gehäuseseitigen, durchmessergrößeren Rohrmantelabschnitt 221a und dem rohrbodenseitigen, durchmesserkleineren Rohrmantelabschnitt 221b befindet sich somit ein kegelstumpfförmiger Rohrmantelabschnitt 221c, in den der Lochkranz mit den Gasdurchtrittslöchern 26 angeordnet ist. Durch diese konstruktive Maßnahme am zweiten Schutzrohr 22 bildet sich oberhalb des kegelstumpfförmigen Rohrmantelabschnitt 221c ein Speicherraum 31 für Partikelablagerung aus, in dem bevorzugt eine Partikelablagerung erfolgt, da hier die Messgasströmung, die in den beiden Ringräumen 20, 28 gegensinnig verläuft, sich umkehrt. Durch die bevorzugte Partikelablagerung im Speicherraum 31 werden in den übrigen Strömungspfaden des Schutzrohrmoduls 13 wesentlich geringere Mengen an Partikeln abgelagert, so dass die Standzeit des Gassensors bis zum Zuwachsen der Strömungswege im Schutzrohrmodul 13 infolge Partikelablagerungen deutlich vergrößert wird.
Alle vorstehend beschriebenen konstruktiven Maßnahmen am Schutzrohrmodul zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Messgases im Schutzrohrmodul und Verzögerung der Partikelablagerungen im Schutzrohrmodul, wie vergrößerter axialer Versatz der Rohrenden vom ersten und zweiten Schutzrohr, große kreisrunde Gasdurchtrittslöcher mit maximalem Durchmesser in den Rohrmänteln der Schutzrohre, breite und gleichbreite Ringräume zwischen den Schutzrohren und das Vorsehen eines Speicherraums im Strömungsumkehrbereich an den Gasdurchtrittslöchern im Rohrmantel des zweiten Schutzrohrs, können alternativ oder in Kombination am Schutzrohrmodul realisiert sein,

Claims

Gassensor, insbesondere zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, mit einem in einem Gehäuse (10) gasdicht verbauten Sensorelement (11), das einen aus dem Gehäuse (10) austretenden, in einen Messgasstrom hineinragenden Endabschnitt (111) aufweist, und mit einem am Gehäuse (10) befestigten, den Endabschnitt (111) überdeckenden Schutzrohrmodul (13) aus mindestens zwei mit Mitteln zum Messgasdurchtritt versehenen Schutzrohren (21, 22), die jeweils einen Rohrmantel (211, 221) und einen gehäusefernen Rohrboden (212, 222) aufweisen und konzentrisch zueinander so angeordnet sind, dass der Rohrboden (212) des durchmessergrößeren ersten Schutzrohrs (21) gegenüber dem Rohrboden (222) des durchmesserkleineren zweiten Schutzrohrs (22) axial zurückversetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz der Rohrböden (212, 222) von erstem und zweitem Schutzrohr (21, 22) 25% bis 70% der Eintauchtiefe (t) des Schutzrohrmoduls (13) in dem Messgasstrom, vorzugsweise 27% bis 40% der Eintauchtiefe (t), bemessen ist.
Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messgasdurchtritt im ersten Schutzrohr (21) einen Ringspalt (23) aufweisen, der in dem den Ringraum (20) zwischen den Rohrmänteln (211, 221) der beiden Schutzrohre (21, 22) abdeckenden Rohrbodenbereich des ersten Schutzrohrs (21) angeordnet ist.
Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrand des Ringspalts (23) vom Rohrmantel (221) des zweiten Schutzrohrs (22) gebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltbreite im Bereich zwischen 0,3 mm bis 1,7 mm liegt, vorzugsweise 1,5 mm beträgt.
Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale, lichte Abstand zwischen den Rohrmänteln (211, 221) der beiden Schutzrohre (21, 22) 0,6 mm bis 2,4 mm beträgt, vorzugsweise nahe der oberen Bemessungsgrenze liegt.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messgasdurchtritt im zweiten Schutzrohr (22) einen nahe dem rohrbodenfernen Ende des zweiten Schutzrohrs (22) in dessen Rohrmantel (221) angeordneten Lochkranz mit über den Mantelumfang vorzugsweise äquidistant angeordneten Gasdurchtrittslöchern (26) und mindestens eine, vorzugsweise mittig angeordnete Gasdurchtrittsöffnung (25) im Rohrboden (222) aufweisen.
Gassensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchtrittslöcher (26) kreisrund ausgebildet sind und einen möglichst großen Durchmesser aufweisen, der durch eine zwischen benachbarten Gasdurchtrittslöchern (26) verbleibende minimale Stegbreite begrenzt ist, die 1 mm nicht unterschreitet und vorzugsweise mit 2 mm festgelegt ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohrmodul (13) ein innerhalb des zweiten Schutzrohrs (22) konzentrisch angeordnetes, den Endabschnitt (111) des Sensorelements (11) umgebendes drittes Schutzrohr (27) mit Rohrmantel (271) und gehäusefernem Rohrboden (272) aufweist und dass die Durchmesser der drei konzentrischen Schutzrohre (21, 22, 27) so aufeinander abgestimmt sind, dass der zwischen dem dritten und zweiten Schutzrohr (27, 22) einerseits und der zwischen dem zweiten und ersten Schutzrohr (22, 21) andererseits vorhandene Radialabstand gleich groß ist.
Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrmantelbereich des dritten Schutzrohrs (27), der zwischen dem Rohrboden (272) des dritten Schutzrohrs (27) und dem Lochkranz der Gasdurchtrittlöcher (26) im Rohrmantel (221) des zweiten Schutzrohrs (22) liegt, ein Lochkranz mit über den Mantelumfang vorzugsweise äquidistant angeordneten Gasdurchtrittlöchern (29) angeordnet ist.
Gassensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohrboden (272) des dritten Schutzrohrs (27) mindestens eine Gasdurchtrittsöffnung (30) vorhanden ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gehäusenaher Rohrmantelabschnitt (221a) des zweiten Schutzrohrs (22) im Durchmesser so aufgeweitet ist, dass er an der inneren Rohrmantelwand des ersten Schutzrohrs (21) anliegt, dass der Rohrmantel (211) des zweiten Schutzrohrs (22) im Übergangsbereich zwischen dem gehäuseseitigen, durchmessergrößeren Rohrmantelabschnitt (221a) und dem rohrbodenseitigen, durchmesserkleineren Rohrmantelabschnitt (221b) kegelstumpfförmig ausgebildet ist und dass in dem kegelstumpfförmigen Rohrmantelabschnitt (221c) der Lochkranz mit den Gasdurchtrittlöchern (26) angeordnet ist,
Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zwischen dem kegelstumpfförmigen Rohrmantelabschnitt (221c) und dem rohrbodenseitigen, durchmesserkleineren Rohrmantelabschnitt (221b) des zweiten Schutzrohrs (22) etwa in Höhe der rohrbodenfernen Lochkanten der Gasdurchtrittslöcher (29) im Rohrmantel (271) des dritten Schutzrohrs (27) liegt.