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QUERVERWEIS
AUF EIN VERWANDTES DOKUMENT
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Die
Anmeldung beansprucht den Nutzen der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2006-77875, die am 21. März
2006 eingereicht wurde, deren Offenbarung durch Bezugnahme vollständig hierin
eingearbeitet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Gassensor, der beispielsweise
in einem Abgassystem von Automobilbrennkraftmaschinen eingebaut
ist, um eine bestimmte Komponente von Abgasemissionen zu messen,
und genauer gesagt, auf einen verbesserten Aufbau eines derartigen
Gassensors, der ausgelegt ist, eine verbesserte mechanische Haltbarkeit
aufzuweisen.
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2. Stand der
Technik
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Die
japanische Patenterstveröffentlichung Nr.
2001-330584 offenbart einen Gassensor, der in ein Abgasrohr von
Automobilbrennkraftmaschinen einzubauen ist, um die Konzentration
eines ausgewählten
Gases zu messen, das in den Abgasemissionen der Maschine enthalten
ist. 12 zeigt einen derartigen Gassensor 9.
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Der
Gassensor 9 besteht im Wesentlichen aus einem Sensorelement 92,
das empfindlich auf die Konzentration eines Gases reagiert, einer
Heizeinrichtung 93, die in dem Sensorelement 92 eingebettet
ist, und einem Gehäuse 94,
das das Sensorelement 92 darin hält. Der Gassensor 9 hat
auch eine Luftabdeckung 95, die mit einem Basisende des
Gehäuses 94 verbunden
ist, und einen Porzellanisolator 97, der innerhalb der
Luftabdeckung 95 angeordnet ist. Der Porzellanisolator 97 hält in sich
Leitungen 912, die mit dem Sensorelement 92 und
der Heizeinrichtung 93 elektrisch verbunden sind.
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An
der Heizeinrichtung 93 sind Anschlüsse 930 angebracht,
die Elektrizität
zu den Leitungen 912 führen.
Ein Isolationsbauteil 913 und eine Pulverdichtung 914 sind
zwischen dem Außenumfang
des Sensorelements 92 und der Innenwand des Gehäuses 94 angeordnet.
Das Gehäuse 94 hat
ein ringförmiges Ende,
das einwärts
eingedrückt
ist, um das Isolationsbauteil 913 und die Pulverdichtung 914 zum
Festhalten das Sensorelement 92 zu drücken.
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In
jüngsten
Jahren wurde die Abgastemperatur von Automobilmaschinen erhöht, um die
strengeren gesetzlichen Erfordernisse einer Emissionssteuerung zu
erfüllen,
was zu erhöhten
thermischen Lasten auf die Pulverdichtung 914 führt, was
eine Verringerung beim Grad einer Luftdichtigkeit zwischen dem Gehäuse 94 und
dem Sensorelement 92 zur Folge hat. Dies bewirkt, dass
das Abgas in die Luftabdeckung 95 entlang einem Pfad 960 zwischen
dem Sensorelement 92 und dem Gehäuse 94 austritt, wie es
durch einen Pfeil in 12 angedeutet ist. Das Abgas
bewegt sich anschließend
entlang einem Pfad 962 innerhalb einer inneren Kammer 970 des
Porzellanisolators 97 vorwärts und tritt aus der Luftabdeckung 95 aus
Lufteinlässen 98 aus,
die bei dem Basisendabschnitt der Luftabdeckung 95 ausgebildet sind.
Die Anschlüsse 930 der
Heizeinrichtung 93 sind in dem Gasaustrittsweg 962 angeordnet,
so dass sie dem Gas ausgesetzt sind und durch dieses korrodieren,
was einen Abfall bei einer Haltbarkeit des Gassensors 9 zur
Folge hat.
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Der
Eintritt des Gases in die Luftabdeckung 95 wird auch zu
einer Änderung
bei einer Konzentration an Sauerstoff (O2)
innerhalb einer Luftkammer 950 führen, die innerhalb der Luftabdeckung 95 definiert
ist, was zu einem Fehler einer Ausgabe des Sensors 9 führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb eine Hauptaufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands
der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Aufbau
eines Gassensors vorzusehen, der ausgelegt ist, eine verbesserte
mechanische Haltbarkeit aufzuweisen.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung ist ein verbesserter Aufbau eines Gassensors
vorgesehen, der beim Messen der Konzentration einer gegebenen Komponente
von Abgasemissionen von Automobilmaschinen eingesetzt werden kann.
Der Gassensor hat eine Länge
mit einem oberen Ende und einem Basisende, das dem oberen Ende gegenüberliegt,
und hat: (a) ein Sensorelement, das empfindlich auf eine Konzentration
eines gegebenen Gases reagiert, um ein Signal auszugeben, das diese angibt;
(b) eine Heizeinrichtung, die innerhalb des Sensorelements angeordnet
ist, um den Sensor zu erhitzen, wobei die Heizeinrichtung ein Basisende, ein
oberes Ende, das dem Basisende gegenüberliegt, und einen Anschluss
aufweist, der an der Außenfläche des
Basisendes vorgesehen ist; (c) ein Gehäuse mit einem oberen Ende und
einem Basisende, das dem oberen Ende gegenüberliegt, wobei das Gehäuse das
Sensorelement dadurch hält;
(d) Leitungen, die elektrisch mit dem Sensorelement und dem Anschluss
der Heizeinrichtung verbunden sind; (e) einen Porzellanisolator,
der die Leitungen darin hält
und den Anschluss der Heizeinrichtung umgibt, wobei der Porzellanisolator
eine Schulterfläche
aufweist; (f) eine Luftabdeckung mit einem Abschnitt mit großem Durchmesser,
einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser, und einer Schulter, die
zwischen dem Abschnitt mit großem
Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser ausgebildet
ist, wobei der Abschnitt mit großem Durchmesser mit dem Basisende
des Gehäuses
verbunden ist, wobei der Abschnitt mit kleinem Durchmesser mit einer
Lüftungseinrichtung
ausgestattet ist, wobei die Luftabdeckung darin den Porzellanisolator
in Anlage an die Schulter mit der Schulterfläche des Porzellanisolators
hält; (g)
eine Vertiefung, die in der Schulterfläche des Porzellanisolators
ausgebildet ist; (h) eine innere Kammer, die innerhalb der Luftabdeckung
zwischen dem Porzellanisolator und dem Basisende des Gehäuses ausgebildet
ist; und (i) einen äußeren Gasströmungsweg,
der definiert ist, um sich von der inneren Kammer zu der Lüftungseinrichtung
zu erstrecken, und zwar durch einen Zwischenraum zwischen einem
Außenumfang
des Porzellanisolators und einem Innenumfang der Luftabdeckung und
durch die Vertiefung, um das Gas, das in die innere Kammer eingetreten
ist, zu der Außenseite
des Sensors zu leiten.
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Insbesondere
wenn das zu messende Gas aus dem Gehäuse in die innere Kammer ausgetreten ist,
dient der äußere Gasströmungsweg
um dieses durch die Lüftungseinrichtung
zu der Außenseite
des Gassensors abzuleiten, wodurch der Eintritt des Gases in den
Porzellanisolator minimiert wird, um zu vermeiden, dass der Anschlusses
dem Gas ausgesetzt ist. Dies vermeidet die Korrosion des Anschlusses
durch das Gas, um die mechanische Haltbarkeit des Gassensors sicherzustellen.
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Die
Vertiefung bildet einen Zwischenraum zwischen der Schulterfläche des
Porzellanisolators und einer Innenwand der Schulter der Luftabdeckung,
um einen Abschnitt des äußeren Gasströmungsweges
zu definieren, wodurch die Strömungsfreundlichkeit
des Gases von der inneren Kammer zu der Lüftungseinrichtung erleichtert
wird.
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Der
Porzellanisolator umgibt den Anschluss der Heizeinrichtung, wodurch
der direkte Kontakt des Anschlusses mit dem Gas minimiert wird und
die Strömung
des Gases entlang dem äußeren Gasströmungsweg
erleichtert wird.
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Bei
dem Fall, bei dem die innere Kammer mit Luft gefüllt ist, die von außerhalb
der Lüftungseinrichtung
als Bezugsgas eingeführt
wird, das verwendet wird, um die Konzentration des Gases zu messen, dient
der äußere Gasströmungsweg,
um ein Vermischen des Gases mit der Luft zu minimieren, wodurch
die Genauigkeit einer Ausgabe des Gassensors sichergestellt wird.
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Bei
der bevorzugten Art der Erfindung hat der Anschluss der Heizeinrichtung
ein oberes Ende und ein Basisende, das gegenüber dem oberen Ende liegt und
näher zu
dem oberen Ende des Sensors liegt, als das Basisende von diesem.
Der Porzellanisolator hat ein oberes Ende, das näher bei dem oberen Ende des
Sensors liegt, als das obere Ende des Anschlusses der Heizeinrichtung,
wodurch minimiert wird, dass der Anschluss dem Gas ausgesetzt wird.
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Der
Gassensor hat ferner einen inneren Gasströmungsweg, der definiert ist,
um sich von der inneren Kammer zu der Außenseite des Sensors durch eine
innere Kammer zu erstrecken, die innerhalb des Porzellanisolators
ausgebildet ist, und durch die sich die Leitung erstreckt. Der äußere Gasströmungsweg hat
eine Minimalquerschnittsfläche
Sa, die senkrecht zu einer Länge
von diesem definiert ist. Der innere Gasströmungsweg hat eine Minimalquerschnittsfläche Sb,
die senkrecht zu einer Länge
von diesem definiert ist und eine Beziehung von Sa/Sb ≥ 2 erfüllt, und
zwar vorzugsweise Sa/Sb ≥ 5.
Dies verringert die Menge des Gases, die durch den inneren Gasströmungsweg
abgelassen wird, so dass diese kleiner ist als diejenige, die durch
den äußeren Gasströmungsweg
abgelassen wird, wodurch minimiert wird, dass der Anschluss dem
Gas ausgesetzt ist, um die Korrosion des Anschlusses zu vermeiden.
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Der
Gassensor kann ferner ein Abdichtbauteil aufweisen, das an einem
Basisende des Porzellanisolators angeordnet ist und näher bei
dem Basisende des Gassensors liegt, um den äußeren Gasströmungsweg
zu versperren.
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Der
Gassensor kann alternativ eine Ummantelung mit einem ersten Ende
und einem zweiten Ende aufweisen, das dem ersten Ende gegenüberliegt.
Die Ummantelung ist an ihrem ersten Ende an dem Basisende des Sensorelements
eingebaut und erstreckt sich, um das zweite Ende um einen Außenumfang
des Porzellanisolators herum aufzuweisen, um eine Strömung des
Gases zu dem äußeren Gasströmungsweg
zu leiten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend
gegeben wird, und aus den beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung, vollkommener verstanden werden, die jedoch nicht
herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsbeispiele
zu beschränken,
sondern nur zum Zwecke der Erklärung
und des Verständnisses dienen.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Aufbau eines Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittansicht entlang Linie A-A in 1;
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3 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Aufbau eines Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Aufbau eines Gassensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Aufbau eines Gassensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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6 ist
eine teilweise Längsschnittansicht, die
den Aufbau von Testproben eines Gassensors zeigt, um den Grad einer
Korrosion von Verbindungen zwischen Leitungen und Anschlüssen einer
Heizeinrichtung auszuwerten;
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7 ist
eine graphische Darstellung, die den prozentualen Anteil einer Korrosion
der Verbindungen zwischen den Leitungen und den Anschlüssen der
Heizeinrichtung darstellt, die bei den Testproben eingebaut ist,
wie es in 6 gezeigt ist;
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8 ist
eine teilweise Längsschnittansicht, die
den Aufbau von Testproben eines Gassensors zeigt, um die Konzentration
eines Gases um Verbindungsstellen zwischen Leitungen und Anschlüssen einer
Heizeinrichtung herum auszuwerten;
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9 ist
eine graphische Darstellung, die die Konzentration eines Gases um
die Verbindungsstellen zwischen den Leitungen und den Anschlüssen der
Heizeinrichtung herum bei den Testproben von 8 zeigt;
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10 ist
eine teilweise Längsschnittansicht,
die den Aufbau von Testproben eines Gassensors zeigt, um den prozentualen
Anteil eines Auftretens eines Feuchtigkeitsniederschlags an Verbindungsstellen
zwischen Leitungen und Anschlüssen einer
Heizeinrichtung auszuwerten;
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11 ist
eine graphische Darstellung, die den prozentualen Anteil eines Auftretens
eines Feuchtigkeitsniederschlags an den Verbindungsstellen zwischen
den Leitungen und den Anschlüssen der
Heizeinrichtung bei den Testproben von 10 zeigt;
und
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12 ist
eine Längsschnittansicht,
die den Aufbau eines herkömmlichen
Gassensors zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile
in verschiedenen Ansichten bezeichnen, insbesondere bezugnehmend
auf die 1 und 2, ist ein
Gassensor 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt, der ausgelegt ist, um in ein Abgasrohr einer
Automobilbrennkraftmaschine eingebaut zu werden, um die Konzentration
einer Komponente, wie beispielsweise O2,
NOx, CO oder HC von Abgasen zu messen, um die Verbrennung der Maschine zu
steuern.
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Der
Gassensor 1 hat ein Sensorelement 2, eine balkenförmige keramische
Heizeinrichtung 3, die tätig ist, um das Sensorelement 2 auf
dessen gewünschte
Aktivierungstemperatur zu erhitzen, und ein Gehäuse 4, das das Sensorelement 2 hält.
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Der
Gassensor 1 hat auch eine Luftabdeckung 5, die
mit einem Basisende (d.h., einem oberen Ende, wenn in 1 betrachtet)
des Gehäuses 4 verbunden
ist, Leitungen 12, die mit der Heizeinrichtung 3 und
dem Sensor 2 elektrisch verbunden sind und einen Porzellanisolator 7,
der in der Luftabdeckung 5 gehalten wird, um die Leitungen 12 darin
zu halten.
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Die
Luftabdeckung 5 wird von einem Abschnitt mit großem Durchmesser 511,
einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 521, der sich von dem
Abschnitt mit großem
Durchmesser 511 weg von dem Gehäuse 4 erstreckt, und
einer Schulter 512 gebildet, die zwischen dem Abschnitt
mit großem Durchmesser 511 und
dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 521 ausgebildet ist.
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Der
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 521 hat in sich Lüftungseinrichtungen 8 ausgebildet, durch
die Luft als Bezugsgas in die Luftabdeckung 5 eintritt.
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Die
Heizeinrichtung 3 hat an ihrer Fläche Anschlüsse 30 befestigt,
die mit den Leitungen 12 verbunden sind.
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Der
Porzellanisolator 7 hat eine Schulterfläche 701, die in Anlage
mit der Schulter 512 der Luftabdeckung 5 platziert
ist, wobei eine Vielzahl an Vertiefungen oder Nuten 700 in
der Schulterfläche 701 ausgebildet
ist. Der Porzellanisolator 7 umgibt die Anschlüsse 30 der Heizeinrichtung 3 und
hat ein oberes Ende 703, das dem Endstück (d.h., einem unteren Ende,
wenn in 1 betrachtet) des Gassensors 1 näher liegt,
als ein oberes Ende 303 von jedem der Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3.
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Der
Porzellanisolator 7, wie es in aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, definiert einen äußeren Gasströmungsweg 61 zwischen
seinem Außenumfang
und dem Innenumfang der Luftabdeckung 5. Der äußere Gasströmungsweg 61 erstreckt
sich von einer inneren Kammer 50, die innerhalb der Luftabdeckung 5 unterhalb
des oberen Endes 303 des Porzellanisolators 7 definiert
ist, wenn in 1 betrachtet, zu der Außenseite
der Luftabdeckung 5 durch die Nuten 700 und die
Lüftungseinrichtungen 8.
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Der äußere Gasströmungsweg 61 hat
einen Minimalquerschnittsfläche
Sa, der sich in einer Richtung senkrecht zu seiner Länge (d.h.,
einer Erstreckungsrichtung von diesem) erstreckt. Der Gassensor 1 hat
auch einen inneren Gasströmungsweg 62, der
sich außerhalb
der Luftabdeckung 5 durch eine innere Kammer 70 erstreckt,
die innerhalb des Porzellanisolators 7 definiert ist, und
durch die die Leitungen 12 laufen. Genauer gesagt erstreckt
sich der innere Gasströmungsweg 62,
wie es durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, gerade aufwärts, tritt durch
Zwischenräume
zwischen den Leitungen 12 und dem Porzellanisolator 7,
macht eine Kehrtwende nach unten, wendet in rechten Winkeln und
geht dann zu der Außenseite
der Luftabdeckung 5 durch die Lüftungseinrichtungen 8.
Der innere Gasströmungsweg 62 hat
eine Minimalquerschnittsfläche Sb,
die sich in einer Richtung senkrecht zu seiner Länge (d.h., seiner Erstreckungsrichtung)
erstreckt. Die Minimalquerschnittsflächen Sa und Sb erfüllen eine
Beziehung Sa/Sb ≥ 2
und vorzugsweise Sa/Sb ≥ 5.
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Der
Porzellanisolator 7 wird, wie es in 1 klar gezeigt
ist, innerhalb der Luftabdeckung 5 durch eine ringförmige Druckplatte 18 in
Anlage von der Schulterfläche 701 mit
der Schulter 512 der Luftabdeckung 5 gedrängt.
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Die
Nuten 700 sind ausgebildet, indem eine Vielzahl Abschnitte
der Schulterfläche 701 ausgeschnitten
werden, um Strömungswege
zwischen diesen selbst und der inneren Fläche der Schulter 512 zu
definieren, die einen Abschnitt des äußeren Gasströmungswegs 61 ausbilden.
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Jeder
Anschluss 30 der Heizeinrichtung 3 hat eine Anschlussleitung 304,
die mit diesem durch eine weichgelötete oder hartgelötete Verbindung 300 verbunden
ist.
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Das
Sensorelement 2 hat ein Paar Anschlussleitungen 204,
die mit einem Paar Elektroden verbunden sind, die an äußeren und
inneren Flächen des
Körpers
des Sensorelements 2 befestigt sind. Zwei der vier Leitungen 12 sind
elektrisch mit den Anschlussleitungen 304 der Heizeinrichtung 3 verbunden
und die anderen beiden sind elektrisch mit den Anschlussleitungen 204 des
Sensorelements 2 verbunden.
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Der
Porzellanisolator 7 hat in sich vier Öffnungen 71 ausgebildet,
wie es in 2 klar gezeigt ist, die den
Teil der inneren Kammer 70 bilden, und durch die sich die
Leitungen 12 in Verbindung mit dem Sensorelement 2 und
der Heizeinrichtungen 3 erstrecken.
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Innerhalb
des Basisendes der Luftabdeckung 5 ist eine Gummibuchse 14 angeordnet,
durch die die Leitungen 12 in fester Passung treten. Das Basisende
der Luftabdeckung 5 ist, wie es aus 1 ersichtlich
ist, einwärts
eingedrückt,
um die Gummibuchse 14 festzuhalten und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung
bei dem Basisende des Gassensors 1 herzustellen.
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Die
Luftabdeckung 5 besteht aus einer Staubabdeckung 51 und
einer Filterabdeckung 52. Die Staubabdeckung 51 ist
an das Basisende des Gehäuses 4 geschweißt oder
damit verbunden. Die Filterabdeckung 52 umgibt einen Basisendabschnitt (d.h.,
einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser) der Staubabdeckung 51.
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Insbesondere
ist der Abschnitt mit kleinem Durchmesser der Luftabdeckung 5 aus
dem Basisendabschnitt der Staubabdeckung 51 und der Filterabdeckung 52 ausgebildet.
Zwischen dem Basisendabschnitt der Staubabdeckung 51 und
der Filterabdeckung 52 wird ein zylindrischer wasserabweisender
Filter 80 gehalten, der es ermöglicht, dass Luft dort durchtritt.
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Die
Filterabdeckung 52 hat Lufteinlässe 520, die umlaufend
ausgebildet sind. Die Staubabdeckung 51 hat Luftdurchgangsöffnungen 510,
die umlaufend in dem Basisendabschnitt von dieser ausgebildet sind.
Jede Lüftungseinrichtung 8 wird
aus einem Lufteinlass 520, einer Luftdurchgangsöffnung 510 und
dem Filter 80 ausgebildet.
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Die
Luft, wie sie als das Referenzgas in dem Sensorelement 2 verwendet
wird, tritt von außerhalb des
Gassensors 1 in die Lufteinlässe 520 ein und strömt durch
den Filter 80 und die Luftdurchgangsöffnungen 510 in die
Luftabdeckung 5 ein, um eine Luftatmosphäre 500 zu
erzeugen.
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Der
Gassensor 1 hat auch eine schützende Gasabdeckungsbaugruppe 10,
die in einer ringförmigen
Nut eingebaut ist, die an dem oberen Ende des Gehäuses 4 ausgebildet
ist. Die Gasabdeckungsbaugruppe 10 besteht aus einer äußeren Abdeckung 101 und
einer inneren Abdeckung 102, von denen beide Gaseinlässe 103 aufweisen,
durch die ein zu messendes Gas (wird nachstehend auch als Messgas
bezeichnet) in eine Gaskammer 100 eingelassen wird, der
das Sensorelement 2 ausgesetzt ist.
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Der
Gassensor 1 hat auch eine Abdichtbaugruppe 13,
die zwischen der inneren Wand des Gehäuses 4 und der äußeren Wand
des Sensorelements 2 angeordnet ist. Das Sensorelement 2 wird fest
innerhalb des Gehäuses 4 gehalten,
und zwar durch Eindrücken
oder Biegen einer ringförmigen Verlängerung
(d.h., des Basisendes) des Gehäuses 4,
und zwar einwärts,
um das Sensorelement 2 durch die Abdichtbaugruppe 13 gegen
die Innenwand des Gehäuses 4 zu
drücken.
Die Abdichtbaugruppe 13 besteht aus einem Metallring 131,
einem Isolator 132, einer Pulverdichtung 133,
die aus Talk etc. hergestellt ist, und einer Metalldichtung 134.
Der Isolator 132 wirkt, um das Sensorelement 2 von
dem Gehäuse 4 elektrisch
zu isolieren. Der Metallring 131 ist zwischen dem eingedrückten Basisende
des Gehäuses 4 und
dem Isolator 132 in Anlage damit angeordnet, um eine hermetische
Abdichtung dazwischen zu erreichen. Die Metalldichtung 134 ist
zwischen einer äußeren ringförmigen abgeschrägten Schulter
des Sensorelements 2 und einer inneren ringförmigen abgeschrägten Schulter
des Gehäuses 4 angeordnet,
um die Adhäsion
dazwischen zu verbessern. Besonders wirkt die Abdichtbaugruppe 13,
um eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen der Gaskammer 100, die an der Seite
des oberen Endes des Gehäuses 4 definiert
ist, und der Luftatmosphäre 500 herzustellen,
die an der Seite des Basisendes des Gehäuses 4 definiert ist.
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Mit
einer Erhöhung
bei einer Temperatur eines Abgases der Automobilmaschine, um die
modernen rechtlichen Erfordernisse einer Emissionssteuerung zu erfüllen, verschlechtert
sich die Abdichtbaugruppe 13 thermisch, wodurch beispielsweise
bewirkt wird, dass das Messgas in die Luftabdeckung 5 durch
einen Zwischenraumweg (Zwischenraumwege) 60 zwischen dem
Sensorelement 2 und dem Gehäuse 4 eintritt. Insbesondere
führt die
thermische Verschlechterung der Abdichtbaugruppe 13 zu
einer Ausbildung des Zwischenraumwegs (der Zwischenraumwege) 60,
durch die das Messgas in die Luftabdeckung 5 eingelassen
wird.
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Das
Messgas, das in die innere Kammer 50 der Luftabdeckung 5 eingetreten
ist, tritt durch die Nuten 700 und entweicht aus dem Gassensor 1 durch
die Lüftungseinrichtungen 8 entlang
dem äußeren Gasströmungsweg 61.
Insbesondere wird das Messgas, das in die innere Kammer 50 eingetreten ist,
zu der Außenseite
des Gassensors 1 ausgelassen, und zwar ohne die gelöteten Verbindungen 300 der
Anschlüsse 30 zu
berühren.
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Das
Merkmal des Aufbaus des Gassensors 1 dieses Ausführungsbeispiels
wird nachstehend detailliert beschrieben.
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Zwischen
der Außenumfangsfläche des
Porzellanisolators 7 und der Innenumfangsfläche der Luftabdeckung 5 ist
der äußere Gasströmungsweg 61 ausgebildet,
der arbeitet, um das Messgas, das in die Luftabdeckung 5 eingetreten
ist, zu der Außenseite
des Gassensors 1 zu führen,
wodurch der Eintritt des Messgases in die innere Kammer 70 des
Porzellanisolators 70, innerhalb dem die Anschlüsse 30 der Heizeinrichtung 3 angeordnet
sind, minimiert wird. Dies minimiert die Korrosion der Anschlüsse 30,
insbesondere der gelöteten
Verbindungen 300 der Heizeinrichtung 3, durch
das Messgas, wodurch die Stabilität des Verbindens der Endleitungen 304 an
die Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3 sichergestellt wird, um die Haltbarkeit
des Gassensors 1 zu verbessern.
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Die
in der Schulterfläche 701 des
Porzellanisolators 7 ausgebildeten Nuten 700 bilden
zwischen dem Porzellanisolator 7 und der Schulter 512 der Luftabdeckung 5 Zwischenräume aus,
die ein erforderliches Volumen des äußeren Gasströmungswegs 61 herstellen,
wodurch das Ablassen des Messgases zu der Außenseite des Gassensors 1 durch
den äußeren Gasströmungsweg 61 erleichtert
wird. Dies minimiert ein Vermischen des Messgases mit der Luftatmosphäre 500,
um eine ungewünschte Änderung
bei der Konzentration von beispielsweise Sauerstoff, der in der
Luft enthalten ist, zu vermeiden, um die Genauigkeit einer Ausgabe
des Gassensors 1 sicherzustellen.
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Der
Porzellanisolator 7 dient zum Schützen der Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3 vor dem Messgas, wodurch der Kontakt
der Anschlüsse 30 mit
dem Messgas minimiert wird, um die Korrosion der Anschlüsse 30 zu
verringern.
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Der äußere Gasströmungsweg 61,
wie es bereits beschrieben wurde, hat die Fläche mit minimalen Querschnitt
Sa. Der innere Gasströmungsweg 62 hat
die Fläche
mit minimalen Querschnitt Sb. Die Flächen mit minimalen Querschnitt
Sa und Sb erfüllen
eine Beziehung Sa/Sb ≥ 2
und vorzugsweise Sa/Sb ≥ 5.
Dies verringert die Durchflussmenge des Messgases, die zu der Außenseite
des Gassensors 1 durch den inneren Gasströmungsweg 62 abgelassen
wird, und zwar weit unter diejenige durch den äußeren Gasströmungsweg 61,
wodurch das Ausgesetztsein der Anschlüsse 30 der Heizeinrichtung 3 gegenüber dem
Messgas minimiert wird, um deren Korrosion zu vermeiden. Wenn Sa/Sb ≥ 5 ist, führt dies
zu einer weiter verringerten Menge an Messgas, dem die Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3 ausgesetzt sind, wodurch die Korrosion
der Anschlüsse 30 weiter
minimiert wird.
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Anstelle
der Nuten 700 kann eine einzelne Nut oder können Vertiefungen
in der Schulterfläche 701 des
Porzellanisolators 7 ausgebildet sein, um den Teil des äußeren Gasströmungswegs 61 zu
definieren.
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3 zeigt
den Gassensor 1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, der sich in seinem Aufbau von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch unterscheidet, dass ein Abdichtbauteil 15 zwischen
der Gummibuchse 14 und dem Porzellanisolator 7 angeordnet
ist.
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Das
Abdichtbauteil 15 ist in direktem Kontakt mit der Basisendfläche 704 des
Porzellanisolators 7 platziert, um Zwischenräume zwischen
inneren Wänden
der Öffnungen 71 und
Außenumfängen der
Leitungen 12 hermetisch abzudichten, wodurch der innere
Gasströmungsweg 62 versperrt
wird, wie es durch einen Pfeil mit gestrichelter Linie in der Zeichnung
angedeutet ist. Dies unterdrückt
die Strömung des
Messgases durch den Porzellanisolator 7, um zu verhindern,
dass die Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3 dem Messgas ausgesetzt sind. Andere Ausgestaltungen
sind identisch mit denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel
und deren detaillierte Erklärung
wird hier weggelassen.
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4 zeigt
den Gassensor 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, dessen Aufbau sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch unterscheidet, dass eine Ummantelungsbaugruppe 16 an
dem Basisende des Sensorelements 2 eingebaut ist, um die
Strömung
des Messgases zu dem äußeren Gasströmungsweg 61 zu
führen.
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Die
Ummantelungsbaugruppe 16 ist aus einem ersten hohlen Zylinder 161,
einem zweiten hohlen Zylinder 162 und einer abgeschrägten oder
kegelstumpfförmigen
Wand 163 ausgebildet, die sich zwischen den ersten und
zweiten hohlen Zylindern 161 und 162 erstreckt.
Der erste hohle Zylinder 161 hat einen größeren Durchmesser
als der zweite hohle Zylinder 162.
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Der
zweite hohle Zylinder 162 ist mit dem Außenumfang
des Basisendes des Sensorelements 2 verbunden. Der erste
hohle Zylinder 161 hat ein Basisende 160, das
das obere Ende 703 des Porzellanisolators 7 abdeckt,
und ist zwischen dem Außenumfang
des Porzellanisolators 7 und der Innenwand der Luftabdeckung 5 angeordnet.
Dieser Aufbau dient dazu, um das Messgas, das in die Luftabdeckung 5 eingetreten
ist, von Zwischenräumen
zwischen dem Sensorelement 2 oder dem Gehäuse 4 und
der Abdichtbaugruppe 13 durch einen Zwischenraum zwischen
dem Außenumfang
der Ummantelungsbaugruppe 16 und der inneren Wand der Luftabdeckung 5 in
Richtung äußerem Gasströmungsweg 61 durchzutreten.
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Andere
Anordnungen sind identisch mit denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel
und deren detaillierte Erklärung
wird hier weggelassen.
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5 stellt
den Gassensor 1 gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar, dessen Aufbau sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin
unterscheidet, dass die Luftabdeckung 5 aus drei hohlen
zylindrischen Teilen ausgebildet wird: einem Zylinder an der oberen
Endseite 53, einem Zylinder an der Basisendseite 55,
und einem mittleren Zylinder 54, der zwischen den Zylindern 53 und 55 angeordnet
ist.
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Der
Zylinder an der oberen Endseite 53 wird an seinem oberen
Ende durch das Basisende des Gehäuses 4 gehalten.
Der Zylinder an der oberen Endseite 53 hat ein Basisende 530,
das einwärts
gebogen ist.
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Der
dazwischen befindliche Zylinder 54 ist aus einem Abschnitt
mit großem
Durchmesser 541, einem Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 542 und einem
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 543 gebildet. Der Abschnitt
mit großem
Durchmesser 541 erstreckt sich in Richtung Basisende des
Gehäuses 4. Der
Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 542 erstreckt sich
zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 541 und
dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 543. Der Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 543 erstreckt sich in Richtung
Basisende des Sensorelements 2. Der dazwischen liegende
Zylinder 54 hat auch eine Schulter 544, die zwischen
dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 543 und dem Abschnitt
mit mittlerem Durchmesser 542 ausgebildet ist. Der Abschnitt
mit großem
Durchmesser 541 ist platziert, um das Basisende 530 des
Zylinders an der oberen Endseite 53 umfangsmäßig abzudecken.
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Der
Zylinder an der Basisendseite 55 ist platziert, um einen
Abschnitt des mittleren Zylinders 54 umfangsmäßig abzudecken,
der sich von der Schulter 544 zu seinem Basisende erstreckt.
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Der
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 521 der Luftabdeckung 5 hält den wasserabweisenden Filter 80 zwischen
dem Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 542 des dazwischen
liegenden Zylinders 54 und einem oberen Endabschnitt des
Zylinders an der Basisendseite 55. Der Filter 80 ermöglicht,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
dass Luft dort durchtritt.
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Der
basisendseitige Zylinder 55 hat Lufteinlässe 550,
die umfangsmäßig ausgebildet
sind. Der mittlere (dazwischen liegende) Zylinder 54 hat
Luftdurchgangsöffnungen 540,
die umlaufend ausgebildet sind. Jede Lüftungseinrichtung 8 besteht
aus einem Lufteinlass 550, einer Luftdurchgangsöffnung 540 und
dem Filter 80.
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Der
Porzellanisolator 7 ist elastisch in einer Längsrichtung
des Gassensors 1 zwischen dem Basisende 530 des
Zylinders an der oberen Endseite 53 und der Schulter 544 des
dazwischen liegenden Zylinders 54 eingeklemmt. Eine Feder 17 ist
zwischen der Schulterfläche 701 des
Porzellanisolators 7 und der inneren Fläche der Schulter 544 des
dazwischen liegenden Zylinders 54 zwischengelegt und ist
dadurch in der Längsrichtung
des Gassensors 1 zusammengedrückt.
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Der
Porzellanisolator 7 hat eine untere Schulter 702,
die dem Basisende 530 des Zylinders an der oberen Endseite 53 zugewandt
ist. Die untere Schulter 702 hat in sich die Nuten 700 ausgebildet, die
Zwischenräume
zwischen dem Basisende 530 des Zylinders an der oberen
Endseite 53 und der unteren Schulter 702 ausbilden,
um Abschnitte des äußeren Gasströmungswegs 61 zu
definieren.
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Der äußere Gasströmungsweg 61 dient,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
um das Messgas, das in die Luftabdeckung 5 eingetreten
ist, von der inneren Kammer 50 durch die Lüftungseinrichtungen 8 zu
der Außenseite
des Gassensors 1 zu führen.
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Wir
haben Korrosionstests durchgeführt,
wie es nachstehend diskutiert wird, um den Korrosionsgrad der gelöteten Verbindungen 300 zwischen
den Anschlüssen 30 der
Heizeinrichtung 3 und den Anschlussleitungen 304 auszuwerten,
die sich von den Leitungen 12 erstrecken.
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Wir
haben zuerst Testproben des Gassensors 1 vorbereitet, wie
es in 6 dargestellt ist, die verschiedene Werte des
Sa/Sb-Verhältnisses
hatten, wobei Sa, wie vorstehend beschrieben, der Bereich mit minimalem
Querschnitt des äußeren Gasströmungswegs 61 ist
und Sb der Bereich mit minimalen Querschnitt des inneren Gasströmungswegs
ist. Die Korrosionstests wurden durchgeführt, indem das Messgas direkt
in die Testproben in realen Fahrzeugumgebungen forciert wurde.
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Bei
jeder Testprobe lag das obere Ende 703 des Porzellanisolators 7 5
mm näher
an dem oberen Ende des Gassensors 1 (d.h., der unteren
Seite in der Zeichnung) als das Basisende 305 jedes Anschlusses 30 der
Heizeinrichtung 3. Der innere Gasströmungsweg 62 hatte
eine Schnittfläche
von 45 mm2 bei den gelöteten Verbindungen 300 zwischen den
Anschlüssen 30 der
Heizeinrichtung 3 und den Anschlussleitungen 304.
Die Länge
der Anschlüsse der
Heizeinrichtung 3, in der axialen Richtung des Gassensors 1 definiert,
war 5 mm. Diese Abmessungen treffen für Testproben zu, wie es nachstehend diskutiert
wird.
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Nach
den Tests prüften
wir die Testproben hinsichtlich des prozentualen Anteils einer Korrosion der
gelöteten
Verbindungen 300, der ein Verhältnis einer Fläche mit
korrodierten Abschnitten der gelöteten
Verbindungen 300 zu dem Gesamtflächenbereich von diesem war. 7 ist
eine graphische Darstellung, die ein Ergebnis der Korrosionstests
darstellt. Wir haben herausgefunden, dass, wenn das Sa/Sb-Verhältnis größer oder
gleich als 2 ist, der prozentuale Anteil einer Korrosion innerhalb
eines erlaubten Bereichs liegt, und wenn das Sa/Sb-Verhältnis größer als
oder gleich 5 ist, die gelöteten
Verbindungen 300 kaum korrodieren.
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Wir
haben auch Tests durchgeführt,
um die Genauigkeit beim Messen der Konzentration eines Abgases von
einer Automobilmaschine zu prüfen.
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Wir
bereiteten Testproben des Gassensors 1 vor, wie sie in 8 dargestellt
sind, die verschiedene Werte des Abstands d zwischen dem oberen Ende 703 des
Porzellanisolators 7 und dem Basisende 305 jedes
Anschlusses 30 der Heizeinrichtung 3 hatten. Wir
platzierten die Testproben in realen Fahrzeugumgebungen und betätigten diese,
um die Konzentration eines Abgases um die Anschlüsse 30 der Heizeinrichtung 3 herum
zu messen.
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Bei
jeder Testprobe war das Sa/Sb-Verhältnis 5. Der innere Gasströmungsweg 62 hatte
eine Schnittfläche
von 45 mm2 bei den gelöteten Verbindungen 300 zwischen
den Anschlüssen 30 der
Heizeinrichtung 3 und den Anschlussleitungen 304.
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Die
Tatsache, dass der Abstand d größer als Null
(0) ist, bedeutet, dass das obere Ende 703 des Porzellanisolators 3 näher bei
dem oberen Ende des Gassensors 1 (d.h., der unteren Seite
in der Zeichnung) platziert ist als das Basisende 305 jedes
Anschlusses 30 der Heizeinrichtung 3. Die Tatsache, dass
der Abstand d Null (0) ist, bedeutet, dass das obere Ende 703 des
Porzellanisolators 3 fluchtend mit dem Basisende 305 jedes
Anschlusses 30 der Heizeinrichtung 3 liegt, und
zwar in einer Richtung senkrecht zu der Länge des Gassensors 1.
Die Tatsache, dass der Abstand d kleiner als Null (0) ist, bedeutet,
dass das obere Ende 703 des Porzellanisolators 3 näher bei
dem Basisende des Gassensors 1 (d.h., der oberen Seite
in der Zeichnung) platziert ist als das Basisende 305 jedes
Anschlusses 30 der Heizeinrichtung 3.
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9 ist
eine graphische Darstellung, die Ergebnisse dieser Tests darstellt.
Die graphische Darstellung zeigt, dass, wenn der Abstand d größer als oder
gleich 5 mm ist, die gemessene Konzentration eines Abgases klein
sein wird, und wenn der Abstand d in einem Bereich von 0 bis 5 mm
liegt, die Konzentration eines Abgases abnehmen wird, wenn der Abstand
d zunimmt. Es wurde deshalb herausgefunden, dass, wenn das obere
Ende 703 des Porzellanisolators 7 von dem Basisende 305 jedes
der Anschlüsse 30 der
Heizeinrichtung 3 abwärts
vorsteht, anders gesagt, wenn der Porzellanisolator 7 das
Basisende 305 umfänglich
umgibt, der Porzellanisolator 7 wirkt, um das Messgas,
das in die Luftabdeckung 5 eingetreten ist, zu dem äußeren Gasströmungsweg 61 zu führen, um
zu verringern, dass die Anschlüsse 30 dem
Gas ausgesetzt sind.
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Hinsichtlich
der Herstellungskosten des Porzellanisolators 7 sind das
obere Ende 703 des Porzellanisolators 7 und das
obere Ende 303 jedes Anschlusses 30 der Heizeinrichtung 3 vorzugsweise
auf der gleichen Höhe
in der Längsrichtung
des Gassensors 1 platziert.
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Wir
haben auch Feuchtigkeitsniederschlagstests durchgeführt, wie
es nachstehend diskutiert wird, um den Grad eines Feuchtigkeitsniederschlags an
den gelöteten
Verbindungen 300 zwischen den Anschlüssen 30 der Heizeinrichtung 3 und
den Anschlussleitungen 304, die sich von den Leitungen 12 erstrecken,
auszuwerten.
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Wir
haben Testproben des Gassensors 1 vorbereitet, wie es in 10 dargestellt
ist, die verschiedene Werte einer Schnittfläche des inneren Gasströmungswegs 62 bei
den gelöteten
Verbindungen 300 hatten. Die Feuchtigkeitsniederschlagstests wurden
durchgeführt,
indem ein konstanter Betrag an Wasser um das Basisende herum der
Abdichtbaugruppe 13 eingesprüht wurde und die Proben dann erhitzt
wurden. Wir haben die Feuchtigkeitsniederschlagstests an jeder Testprobe
zehn (10) Mal durchgeführt,
haben die Menge an Feuchtigkeitsniederschlag an den gelöteten Verbindungen 300 gemessen
und haben die Anzahl herausgefunden, die Wasser an den gelöteten Verbindungen 300 kondensierte.
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Bei
jeder Testprobe lag das obere Ende 703 des Porzellanisolators 7 5
mm näher
an dem oberen Ende des Gassensors 1 (d.h., der unteren
Seite in der Zeichnung) als das Basisende 305 jedes Anschlusses 30 der
Heizeinrichtung 3. Das Sa/Sb-Verhältnis war 5.
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Die
Schnittfläche
des inneren Gasströmungswegs 62 bei
den gelöteten
Verbindungen 300, worauf hierin Bezug genommen wird, ist
eine Schnittfläche
der inneren Kammer 70 des Porzellanisolators 7 an
einer Ebene, die sich senkrecht zu der axialen Richtung des Gassensors 1 durch
die gelöteten
Verbindungen 300 (siehe 2) erstreckt,
ausschließlich
der Schnittflächen
der Heizeinrichtung 3 und der Anschlussleitungen 204 und 304.
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11 ist
eine graphische Darstellung, die Ergebnisse der Feuchtigkeitsniederschlagstests
darstellt. Wir haben herausgefunden, dass, wenn die Schnittfläche des
inneren Gasströmungswegs 62 bei den
gelöteten
Verbindungen 300 kleiner als oder gleich 50 mm2 ist,
der prozentuale Anteil eines Auftretens des Feuchtigkeitsniederschlags
in etwa 10% sein wird, was innerhalb eines erlaubten Bereichs liegt,
und dass, wenn der Schnittbereich kleiner als oder gleich 45 mm2 ist, der prozentuale Anteil eines Auftretens
des Feuchtigkeitsniederschlags im Wesentlichen Null (0) ist.
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Während die
Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um
deren besseres Verständnis
zu erleichtern, sollte es offensichtlich sein, dass die Erfindung
auf verschiedenen Wegen ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Deshalb
sollte verstanden werden, dass die Erfindung alle möglichen
Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen gegenüber
den gezeigten Ausführungsbeispielen
einschließt,
die ausgeführt
werden können, ohne
von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist.
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Ein
Gassensor hat eine Heizeinrichtung, Leitungen, die elektrisch mit
den Anschlüssen
der Heizeinrichtung verbunden sind, und einen Porzellanisolator,
der die Anschlüsse
der Heizeinrichtung innerhalb einer Luftabdeckung umgibt. Der Gassensor
hat auch eine Vertiefung, die bei einem Ende des Porzellanisolators
ausgebildet ist, um einen Zwischenraum zwischen sich selbst und
einer Innenwand der Luftabdeckung zu definieren. Ein Gasströmungsweg ist
definiert, um sich von einer inneren Kammer der Luftabdeckung durch
einen Zwischenraum zwischen einem Außenumfang des Porzellanisolators
und einem Innenumfang der Luftabdeckung und die Vertiefung zu erstrecken,
um das Gas, das in die innere Kammer eingetreten ist, zu der Außenseite
des Sensors zu führen,
wodurch das Eintreten des Gases in den Porzellanisolator minimiert
wird, um zu vermeiden, dass die Anschlüsse dem Gas ausgesetzt sind. Dies
vermeidet die Korrosion der Anschlüsse durch das Gas, um die mechanische
Haltbarkeit des Gassensors sicherzustellen.