KR102289281B1 - 가스 분석용 센서 - Google Patents

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KR102289281B1
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디터 토이쉬
슈테판 디트만
마티아스 무지올
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헤라우스 넥센소스 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 가스 분석용 센서(10)는, 적어도 하나의 하우징(30)으로서, 하우징의 내부 공간(130)을 갖고, 제1 개구(170)와, 상기 제1 개구(170)의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구(190)를 갖는 것인 적어도 하나의 하우징(30); 상기 하우징의 내부 공간(130)에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 적어도 하나의 센서 요소(50); 및 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있는 하우징 벽과 상기 센서 요소(50) 사이의 개재 공간에 배치되며 상기 센서 요소(50)의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 적어도 하나의 글라스 요소(90) 및 적어도 하나의 캡슐화 요소(70)를 포함하고, 상기 글라스 요소(90)는 상기 하우징(30)의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)의 상기 제1 개구(170)에 배치되어 있고, 상기 제1 개구(170)의 방향으로 상기 개재 공간을 밀봉하도록 되어 있으며, 상기 캡슐화 요소(70)는 상기 제2 개구(190)의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치되어 있고, 상기 하우징의 내부 공간(130)에 상기 센서 요소(50)를 폼-피팅 방식으로 부착하도록 되어 있는 것이다. 또한, 본 발명은 센서(10)의 제조 방법(1000)에 관한 것이다.

Description

가스 분석용 센서
본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 가스 분석용 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 가스 분석용 센서가 종래 기술에 알려져 있다. 상기 센서는 대개 연소 기관의 배기 가스 시스템에서, 예를 들어 수트 센서(soot sensor)로서, 사용된다. 상기 센서는 온도, 진동 및 부식에 관하여 높은 응력에 노출된다. 따라서, 상기 센서가 기능하기 위해서는, 상기 센서에 사용되는 센서 요소가, 통상적으로는 세라믹 기판 상의 센서 스트립이, 상기 센서의 하우징에 기계적으로 안정적이고 기밀한 방식으로 유지되는 것이 필요하다.
따라서, 세라믹 기판 상의 센서 스트립은 대개, "건조 압축 분말 패킹"에 의해 수트 센서에 있어서의 하우징에 부착된다. 예를 들어, US 2016/0273944 A1호에는, 압축 미네랄 분말에 의해 둘러싸여 있고 미네랄 분말에 의해 유지되어 있는 센서 요소를 포함하는 상기한 타입의 센서가 기술되어 있다. 미네랄 분말 대신에 세라믹 폼 부품을 포함하는 대안적인 구성이 DE 197 07 456 A1호에 기술되어 있다. 여기서, 센서 요소는 2개의 세라믹 폼 부품에 의해 센서의 하우징의 종방향 보어 홀에 기계적으로 유지되어 있고, 세라믹 폼 부품에 대해서만 글라스 시일에 의해 기밀한 방식으로 폐쇄되어 있으나, 하우징에 대해서는 습기에 얽매이지 않는다.
그러나, 종래 기술에 알려진 해결책들은, 상기 "건조 압축 분말 패킹" 구조가, 수분이 센서의 후방 영역에 축적되는 것을 허용한다는 점에서 불리하다. 수분에 의해 야기되는 절연 손실은 잘못된 측정으로 이어질 수 있다. 마찬가지로, 분말이 단단히 다져져 있을 때, 센서 요소들이 손상될 수 있다. 글라스 솔더를 사용하여 센서 요소를 세라믹 폼 부품에 삽입하는 동안에, 글라스 솔더는 센서 요소의 접속 수단의, 예를 들어 접속 와이어의, 일부분에 손상을 입힐 수 있다. 또한, 이는 센서의 삽입 온도를 제한한다. 센서 요소를 세라믹 폼 부품에 기계적으로 "견고하게" 클램핑한 결과, 센서 요소는 손상될 수 있다. 최악의 경우에는, 센서 파괴가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 전술한 종래 기술의 불리한 점을 극복하는 개선된 센서를 제공하는 것이다. 특히, 하기 사항을 특징으로 하는 고내열성 센서를 제공하는 것이다:
접속 영역의 밀봉 개선;
기계적 응력으로부터의 센서 요소의 해방 개선;
열주기 저항성 개선;
매체에 대한 저항성 개선; 및
장착 융통성 개선.
상기한 과제는, 특허 청구항 1의 청구 대상에 따른 센서에 의해 본 발명에 따라 충족된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 가스 분석용 센서는:
적어도 하나의 하우징으로서, 하우징의 내부 공간을 갖고, 제1 개구와, 상기 제1 개구의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구를 갖는 것인 적어도 하나의 하우징;
상기 하우징의 내부 공간에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 적어도 하나의 센서 요소; 및
상기 하우징의 내부 공간에 있어서 상기 하우징의 내부 공간에 있는 하우징 벽과 상기 센서 요소 사이의 개재 공간에 배치되며 상기 센서 요소의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 적어도 하나의 글라스 요소 및 적어도 하나의 캡슐화 요소를 포함하고, 상기 글라스 요소는 상기 하우징의 내부 공간에 있어서 상기 하우징의 내부 공간의 상기 제1 개구에 배치되어 있고, 상기 제1 개구의 방향으로 상기 개재 공간을 밀봉하도록 되어 있으며, 상기 캡슐화 요소는 상기 제2 개구의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치되어 있고, 상기 하우징의 내부 공간에 상기 센서 요소를 폼-피팅(form-fitting) 방식으로 부착하도록 되어 있는 것이다.
용어 "가스의 분석"은, 예를 들어 자동차의 배기 가스에 있어서의 그을음 입자의 감별 및/또는 검출을 나타내는 데 사용될 수 있다. 또한, "가스의 분석"은 가스 및/또는 배기 가스의 온도의 검출을 포함하는 것이 좋을 수 있다. 또한, "가스의 분석"은 가스 및/또는 배기 가스의 화학 조성의 검출을 포함하는 것이 좋을 수 있다. 용어, "하우징"은 센서 요소에 연결되는 센서 요소용 홀더인 것으로 이해될 수 있다.
용어 "제1 개구"와 "제2 개구"는 재료가 움푹 들어가 있는 하우징 상의 또는 하우징의 표면의 대향 개구들 및/또는 대향 영역들을 기술하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 요소는 하우징에 배치될 수 있고, 제1 및/또는 제2 개구로부터 연장될 수 있으며, 및/또는 상기 개구들로부터 돌출될 수 있다. 이러한 목적으로, 상기 개구들은, 예를 들어 센서 요소의 직경보다 클 수 있다.
또한, 예를 들어 용어 "제1 개구"는 접속 영역 부근의 또는 센서 및/또는 센서 요소의 접속 영역 상의 개구를 기술하기 위해 사용될 수 있고, 용어 "제2 개구"는 측정 영역 부근의 또는 센서 및/또는 센서 요소의 측정 영역 상의 개구를 기술하기 위해 사용될 수 있다.
용어 "적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는"은, 센서 요소의 종방향 섹션에 있어서의 대응 요소에 의하여, 적어도 센서 요소의 외면이 완전히, 예를 들어 360°, 둘러싸여 있는 것을 기술하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 용어 "폼-피팅 방식으로 부착"은, 센서 요소와 캡슐화 요소 사이의 비착탈 접속을 기술하는 데 사용될 수 있다.
캡슐화 요소는, 예를 들어 사용되는 캡슐화 요소의 조성에 따라, 센서 요소를 하우징의 내부 공간에 폼-피팅 방식으로 그리고 견고히-접합되는 방식으로 부착하도록 되어 있는 것이 좋을 수 있다.
따라서, 용어 "견고히 접합되는"은, 연결되는 파트너들이 원자력 또는 분자력을 통해 함께 유지되는 연결을 기술한다. 이와 동시에, 상기한 연결들은 접속 수단을 파괴하는 것에 의해서만 분리될 수 있는 비착탈 접속이다.
따라서, 본 발명은 놀랍게도, 센서의 접속 영역의 밀봉 개선이 달성될 수 있다는 결론에 기초하고 있다. 이와 동시에, 센서의 제조 및 사용 중에 센서 요소에 작용하는 기계적인 응력이 감소된다. 또한, 센서 요소에 작용하는 힘들은 캡슐화 요소에 의해 글라스 요소에 가까이 못 가게 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 센서는, 짧은 센서 요소, 예를 들어 짧은 센서 스트립의 사용을 허용하고, 이는 재료 및 비용 면에서의 절감과 관련이 있다.
본 발명은 처음으로 센서의 캡슐화 개선을 창출한다. 글라스 요소는 저온 영역에서의 밀봉 기능을 맡고, 캡슐화 요소에 의해 지지된다. 하우징의 제1 개구를 통한 습기의 유입이 상기한 수단에 의해 방지된다. 캡슐화 요소는 고내열성이고, 센서 스트립을 기계적으로 손상시키는 일 없이 센서 스트립을 기계적으로 체결하는 기능을 맡는다.
예시적인 실시형태에서, 상기 캡슐화 요소와 상기 글라스 요소는 서로에 대해 폼-피팅 방식으로 및/또는 견고히-접합되는 방식으로 부착된다.
상기한 배치 구성은 센서의 안정성과 내구성을 향상시킨다. 센서 요소의 모든 구성요소들 사이에서 폼-피팅 연결 및/또는 견고히-접합되는 연결이 구현되는 것이, 즉 하우징, 캡슐화 요소, 글라스 요소 및 센서 요소의 폼-피팅 연결 및/또는 견고히-접합되는 연결이 구현되는 것이 좋을 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 상기 센서 요소의 적어도 하나의 단부 영역/단부 영역들은 상기 제1 개구 및/또는 상기 제2 개구로부터 적어도 부분적으로 돌출된다.
다른 예시적인 실시형태에서, 상기 하우징은 적어도 하나의 접속 플랜지를 포함한다.
상기 접속 플랜지는, 예를 들어 하우징의 주위에 배치되는 플랫 핀(flat fin)일 수 있거나, 및/또는 일부품 구성으로 하우징과 함께 제공될 수 있다.
전술한 예시적인 실시형태에서, 상기 센서는 적어도 하나의 제1 부착부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 부착부는 상기 제1 개구에서 상기 센서 요소를 둘러싸도록 되어 있으며, 및/또는 상기 센서는 적어도 하나의 제2 부착부를 포함하고, 상기 제2 부착부는 상기 제2 개구에서 상기 센서 요소를 둘러싸도록 되어 있으며, 상기 제1 부착부 및/또는 상기 제2 부착부는 상기 접속 플랜지에 체결되고, 특히 상기 접속 플랜지에 용접된다.
이 맥락에서, 용어 "둘러싸다"는 "덮다" 또는 "캡슐화하다"와 같은 뜻으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 부착부 각각은 또한, 배기 가스 시스템의 구성요소일 수 있다.
상기 접속 플랜지는 유익하게는, 센서 하우징에 추가적인 부착 부품을 배치하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 부착 부품은 플랜지에 용접될 수 있다. 또한, "스프링"으로서의 플랜지는, 기계적인 해방을 달성하는 데 유리하다.
다른 예시적인 실시형태에서, 상기 하우징은 금속 슬리브를, 특히 딥-드로잉 슬리브를 포함하고, 바람직하게는 상기 금속 슬리브는 상기 제1 개구에서 테이퍼부를 포함한다. 상기한 구성은 제조의 간단화와, 제조 비용의 감소, 그리고 최종적으로 얻어지는 센서의 치수의 감소를 허용한다.
예시적인 실시형태에서, 상기 하우징은 코발트 합금을, 특히 Alloy 605를 포함하는 니켈-코발트 합금을 포함하고, 및/또는
상기 하우징은 0.2 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 범위의 벽 두께를 갖는다.
상기 재료의 선택은, 센서 하우징의 양호한 내열성과 양호한 처리 특징을 제공한다.
유익하게는, 상기 재료의 두께를 얇게 하면, 전체 센서에 있어서의 클램핑이 부드러워진다.
다른 예시적인 실시형태에서, 글라스 요소는 글라스 솔더를 포함한다. 글라스 솔더의 유익한 효과는, 제1 개구의 방향으로 및/또는 제1 개구에서 센서 요소가 밀봉, 즉 기밀하게 밀봉될 수 있다는 것과, 습기의 유입이 없다는 것이다. 유익하게는, 글라스 솔더는 팽창-매칭, 타이트-퓨징, 매체-저항성이고, PbO, Al2O3, SiO2, B2O3 및 추가 구성요소를 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 상기 캡슐화 요소는 세라믹 캡슐화부를, 특히 산화알루미늄계 팽창-매칭 캡슐화부를 포함한다. 유익하게는, 상기 세라믹 캡슐화부는, 센서 요소를 변형시키는 일 없이 센서 요소를 기계적으로 체결하는 역할을 맡을 수 있다.
또 다른 예시적인 실시형서에서, 상기 센서 요소는:
적어도 하나의 기판, 특히 세라믹 기판을 포함하는 적어도 하나의 센서 스트립;
적어도 하나의 측정 수단, 특히 상기 기판 상에 배치되는 측정 저항기; 및
적어도 하나의 접속 수단을 포함하고, 바람직하게는 상기 측정 수단 및/또는 상기 접속 수단은 적어도 부분적으로 상기 하우징의 내부 공간의 외부에 배치되는 것이다.
예를 들어, 센서 요소는 수트 센서의 센서 요소일 수 있다. 이 맥락에서, 베이스는, 예를 들어 Al2O3 등의 세라믹 재료로 제조된 기판일 수 있다. 가열 요소의 역할을 하는 사행부가 기판의 일측에 적용될 수 있다. 적어도 2개의 전극이 기판의 타측에 측정 수단으로서 적용될 수 있다. 2개의 전극은, 예를 들어 구불구불한 사행부로서 또는 맞물림형 빗 구조로서 제공될 수 있다. 구체적으로, 백금이 전극 재료로서 사용될 수 있는 데, 이는 백금이 전기 전도성이고 배기 가스의 고온 피크를 견딜 수 있기 때문이다. 상기 접속 수단은, 예를 들어 백금 재킷을 구비하는 니켈 와이어로 제조된 접속 와이어일 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 상기 글라스 요소 및 상기 캡슐화 요소는, 상기 하우징의 내부 공간에 있어서 상기 하우징의 내부 공간에 있는 하우징 벽과 상기 센서 요소의 기판 사이의 개재 공간에 배치될 수 있으며, 상기 센서 요소에서 오직 기판의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러쌀 수 있다.
유익하게는, 상기 접속 수단은 글라스 요소에 의해 둘러싸여 있지 않고, 센서 요소의 기판만이 둘러싸여 있다. 그 결과, 글라스 요소, 예를 들어 글라스 솔더는, 접속 수단, 예를 들어 접속 와이어를 공격할 수 없다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 상기 센서 요소는 가스 센서, 수트 센서, 람다 센서, 온도 센서, 화학-센서 또는 유량 센서 또는 상기한 센서들의 임의의 조합으로서, 및/또는 가열 요소로서 작동되도록 되어 있다.
유익하게는, 본 발명에 따른 센서는 다양한 용례에 보편적으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 센서의 제조 방법을 제안한다. 이 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
상기 하우징의 내부 공간을 갖고, 제1 개구와, 상기 제1 개구의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구를 갖는 적어도 하나의 하우징, 적어도 하나의 센서 요소, 적어도 하나의 글라스 요소, 및 적어도 하나의 캡슐화 요소를 제공하는 제공 단계;
상기 하우징의 내부 공간에 상기 센서 요소를, 적어도 그 일부 영역에 걸쳐, 배치하고, 상기 하우징의 내부 공간에 있어서 상기 하우징의 내부 공간의 하우징 벽과 상기 센서 요소 사이의 개재 공간에 상기 글라스 요소 및 상기 캡슐화 요소를 배치하여, 상기 글라스 요소 및 상기 캡슐화 요소가 상기 센서 요소의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 것인 배치 단계; 및
상기 글라스 요소는 상기 하우징의 내부 공간의 제1 개구에서 상기 개재 공간을 상기 제1 개구의 방향으로 밀봉하고, 상기 제2 개구의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치된 상기 캡슐화 요소는 상기 센서 요소를 상기 하우징의 내부 공간에 폼-피팅 방식으로 부착할 때까지, 센서를 가열하는 가열 단계.
예시적인 실시형태에서, 상기 방법은, 상기 가열 단계가, 바람직하게는 킬른에서의, 적어도 하나의 센서 소성 프로세스(burning process)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 맥락에서, 상기 캡슐화 요소 및 상기 글라스 요소는 상기 하우징 및 상기 센서 요소에 대해 소결될 수 있고, 및/또는 다른 바람직한 실시형태에서 상기 소성 프로세스에 의해 용융될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은, 개략적인 도면들을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 예시하는 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.
도면들에서:
도 1a, 도 1b, 도 1c는 종래 기술에 알려진 센서들의 개략적인 단면도를 보여주고;
도 2a, 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 요소의 개략적인 측면도와 개략적인 평면도를 보여주며;
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 하우징의 개략적인 단면도를 보여주고;
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서의 개략적인 측면도와 사시도를 보여주며;
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 제1 및 제2 부착부가 그 위에 배치되어 있는 센서의 개략적인 측면도를 보여주고;
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서의 제조 방법을 보여준다.
도 1a는 종래 기술에 알려진 센서(1)의 개략적인 단면도를 보여준다. 예시적인 목적으로 도시된, 센서(1)는 "건조 압축 분말 패킹"을 이용하여 하우징(3)에 조립되는 센서 요소(5), 예를 들어 센서 스트립을 포함한다. 도 1a는 2개의 세라믹 디스크(7a, 7b)의 사이에 배치되는 압축 분말(9)에 의해 센서 요소(5)가 유지되는 것을 보여준다. 센서(1)의 후방 접속 영역에는 원 "X"가 표시되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 도 1a에 도시된 센서(1)에서는 습기가 압축 분말(9)을 뚫고 나아갈 수 있고, 센서(1)의 접속 영역에 들어갈 수 있다.
도 1b는 앞서 언급한 종래 기술 문헌 US 2016/0273944 A1호에 기술된 종래 기술로부터 알려진 센서(1')의 대안적인 실시형태를 보여준다. 도 1b에 도시된 실시형태에서, 센서 요소(5')는 세라믹 폼 부품(7')에 의해 유지된다. 접속 수단(11'), 예를 들어 접속 와이어와 함께, 센서 요소(5')의 단부 영역이, 글라스 요소(9')에, 예를 들어 글라스 솔더에 캡슐화된다. 세라믹 폼 부품(7')을 관통하는 센서 요소(5')의 피드스루에는 원 "Y"가 표시되어 있다. 도 1b에서 보아 명백한 바와 같이, 센서 요소(5')는 세라믹 폼 부품(7')의 세라믹 에지에 부딪치고 파단될 수 있다. 글라스 요소(9')에 캡슐화된 접속 수단(11')에는 원 "Z"가 표시되어 있다. 도 1b에 도시된 센서(1')에서, 글라스 요소(9') 및/또는 글라스 솔더는 접속 수단(11')을 부식에 의해 공격할 수 있다.
도 1c는 앞서 언급한 종래 기술 문헌 DE 197 07 456 A1호에 기술된 종래 기술로부터 알려진 센서(1")의 다른 실시형태를 보여준다. 도 1c에 도시된 실시형태에서, 센서 요소(5")는 2개의 세라믹 폼 부품(7a", 7b")에 의해 유지된다. 세라믹 폼 부품(7a", 7b")에 대해 기밀한 방식으로 폐쇄되는 글라스 요소(9")가 2개의 세라믹 폼 부품(7a", 7b") 사이에 배치된다. 그러나, 도 1c에 도시된 실시형태에서, 센서 요소(5")는 또한, 세라믹 폼 부품(7a", 7b")의 바깥쪽으로 도드라진 에지에 부딪칠 수 있고 파단될 수 있다. 또한, 도 1c에 도시된 실시형태는, 커넥터 측에 있는 센서(1")의 단부 섹션과 하우징(3") 사이에 견고히 접합되는 시일을 제공하지 않는다.
도 2a, 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 요소(50)의 개략적인 측면도와 개략적인 평면도를 보여준다. 도 2a와 도 2b에 개략적으로 도시된 센서 요소(50)는, 세라믹 재료로 제조된 기판으로 형성되는 베이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 Al2O3를 포함하고, 32 ㎜의 길이와, 3.6 ㎜의 폭, 그리고 1 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 기판의 우측(도시 생략)에는 사행부가 적용될 수 있고, 적어도 2개의 전극이 타측에 측정 수단으로서 적용될 수 있다. 그러나, 당업자는 다른 작동 원리에 기초한 측정 수단이 사용되는 것이 좋을 수 있다는 것을 알고 있다.
도 2a, 도 2b에 도시된 센서 요소(50)는 또한, 접속 와이어 형태의 접속 수단(110)을 포함한다. 예를 들어, 상기 접속 와이어는 백금 재킷을 구비하는 니켈 와이어로 제조될 수 있고, 0.2 ㎜의 직경을 가질 수 있다. 그러나, 당업자는 접속 와이어가 다른 재료 및/또는 다른 단면을 포함하는 것이 좋을 수 있다는 것을 알고 있다.
예를 들어, 센서 요소는 수트 센서의 센서 요소일 수 있다. 이 맥락에서, 베이스는, 예를 들어 Al2O3 등의 세라믹 재료로 제조된 기판일 수 있다. 가열 요소의 역할을 하는 사행부가 기판의 일측에 적용될 수 있다. 적어도 2개의 전극이 기판의 타측에 측정 수단으로서 적용될 수 있다. 2개의 전극은, 예를 들어 구불구불한 사행부로서 또는 맞물림형 빗 구조로서 제공될 수 있다. 백금이 전극 재료로서 사용될 수 있는 데, 이는 백금이 전기 전도성이고 배기 가스의 고온 피크를 견딜 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 실시형태들에 따른 하우징(30)의 개략적인 단면도를 보여준다. 도 3에 도시된 하우징(30)은 하우징의 내부 공간(130)을 포함하고, 딥-드로잉 슬리브에 의해 형성될 수 있는 금속 슬리브를 포함한다. 또한, 하우징(30)은 코발트 합금을, 특히 Alloy 605를 포함하는 니켈-코발트 합금을 포함할 수 있다. 도 3에서 보아 명백한 바와 같이, 보다 용이하게 변형 가능하도록 그리고 전체 센서에 있어서의 클램핑이 부드러워지도록, 하우징(30)은 얇은 벽 두께를, 예를 들어 0.2 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 범위의 벽 두께를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 하우징(30)은 또한, 하우징(30)의 외벽에 대해 환형으로 그리고 수평방향으로 연장되는 접속 플랜지(150)를 포함한다.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서(10)의 개략적인 측면도와 사시도를 보여준다. 도시된 실시형태에서, 센서(10)는 도 3에 도시된 타입의 하우징일 수 있는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)은 하우징의 내부 공간(130)을 갖고, 제1 개구(170)와, 제1 개구(170)의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구(190)를 갖는다. 도시된 실시형태에서, 센서(10)의 접속 영역은 접속 수단(110)과 함께 제1 개구(170)에 위치해 있고, 센서 요소(50)가 분석 유닛(도시 생략)에 접속되는 것을 허용한다. 센서 요소(50)의 측정 영역은 제2 개구(190)에 위치해 있다. 센서 요소(50)는 적어도 부분적으로 하우징(30)의 내부 공간(130)에 배치된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 글라스 요소(90)가 하우징(30)의 내부 공간(130)에 있어서 하우징의 내부 공간(130)의 제1 개구(170)에 및/또는 내에 배치되고, 제1 개구(170)의 방향으로 상기 개재 공간을 밀봉한다. 따라서, 글라스 요소(90)는, 소성 프로세스에 의해 하우징(30)과 센서 요소(50) 사이의 갭 및/또는 개재 공간을 견고히-접합되는 방식으로 밀봉하는 글라스 솔더를 포함할 수 있다. 하우징(30)을 등지고 있는 측에서 글라스 요소(90)를 완전히 둘러싸는 캡슐화 요소(70)가, 글라스 요소(90) 상에 배치된다. 도시된 실시형태에서, 센서 요소(50)는 캡슐화 요소(70)에 의해 하우징(30)의 내부 공간(130)에 폼-피팅 방식으로 부착된다.
도 5는 제1 부착부(210) 및 제2 부착부(230)가 그 위에 배치되어 있는 센서(10)의 개략적인 측면도를 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 부착부(210)는 센서(10)의 제1 개구(170)에 배치되고, 센서 요소(50)에 있어서 제1 개구(170) 상에 배치되는 부분을 둘러싼다. 제2 부착부(230)는 센서(10)의 제2 개구(190)에 배치되고, 센서 요소(50)에 있어서 제2 개구(190)에 배치되는 부분을 둘러싼다. 도시된 실시형태에서, 제1 부착부(210) 및 제2 부착부(230)는 접속 플랜지(150)에 용접될 수 있다. 그러나, 당업자는 2개의 부착부(210, 230)를 접속 플랜지(150)에 대해 가압 또는 접착하는 것과 같은 대안적인 접속 기술이 적용되는 것이 좋을 수 있다는 것을 알고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서(10)의 제조 방법(1000)을 보여준다. 이 방법(1000)은 하기의 단계들을 포함한다:
하우징의 내부 공간(130)을 갖고, 제1 개구(170)와, 제1 개구(170)의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구(190)를 갖는 적어도 하나의 하우징(30), 적어도 하나의 센서 요소(50), 적어도 하나의 글라스 요소(90), 및 적어도 하나의 캡슐화 요소(70)를 제공하는 제공 단계(1010);
하우징의 내부 공간(130)에 센서 요소(50)를, 적어도 그 일부 영역에 걸쳐, 배치하고, 하우징의 내부 공간(130)에 있어서 하우징의 내부 공간(130)의 하우징 벽과 센서 요소(50) 사이의 개재 공간에 글라스 요소(90) 및 캡슐화 요소(70)를 배치하여, 글라스 요소 및 캡슐화 요소가 센서 요소(50)의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 것인 배치 단계(1020); 및
글라스 요소(90)는 하우징의 내부 공간(130)의 제1 개구(170)에서 개재 공간을 제1 개구(170)의 방향으로 밀봉하고, 제2 개구(190)의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치된 캡슐화 요소(70)는 센서 요소(50)를 하우징(30)의 내부 공간(130)에 견고히-접합되는 방식으로 부착할 때까지, 센서(10)를 가열하는 가열 단계(1030).
전술한 설명, 청구범위 및 도면에 제시된 특징들은 본 발명의 다양한 실시형태들에 있어서 단독으로 또는 이들의 임의의 조합으로 필수적일 수 있다.
1, 1', 1" : 센서 3, 3', 3" : 하우징
5, 5', 5" : 센서 요소 7a, 7b : 세라믹 디스크
7', 7a", 7b" : 세라믹 폼 부품 9 : 압축 분말
9', 9" : 글라스 요소 11' : 접속 수단
X : 후방 접속 영역 Y : 센서 요소용 피드스루
Z : 글라스 요소에 매립된 접속 수단
10 : 센서 30 : 하우징
50 : 센서 요소 70 : 캡슐화 요소
90 : 글라스 요소 110 : 접속 수단
130 : 하우징의 내부 공간 150 : 접속 플랜지
170 : 제1 개구 190 : 제2 개구
210 : 제1 부착부 230 : 제2 부착부
1000 : 센서의 제조 방법 1010 : 제공 단계
1020 : 배치 단계 1030 : 가열 단계

Claims (15)

  1. 가스 분석용 센서(10)에 있어서:
    내부 공간(130)을 갖고, 제1 개구(170)와, 상기 제1 개구(170)의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구(190)를 갖는 적어도 하나의 하우징(30);
    상기 하우징의 내부 공간(130)에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 적어도 하나의 센서 요소(50)로서, 적어도 하나의 기판을 포함하는 적어도 하나의 센서 스트립과, 상기 기판 상에 배치된 적어도 하나의 측정 수단과, 상기 하우징의 내부 공간(130)의 외부에 배치되는 적어도 하나의 접속 수단(110)을 포함하는 적어도 하나의 센서 요소(50); 및
    상기 하우징의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있는 하우징 벽과 상기 센서 요소(50) 사이의 개재 공간에 배치되며, 상기 센서 요소(50)의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 적어도 하나의 글라스 요소(90) 및 적어도 하나의 캡슐화 요소(70)
    를 포함하고,
    상기 글라스 요소(90)는 상기 하우징(30)의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)의 상기 제1 개구(170)에 배치되어 있고, 상기 제1 개구(170)의 방향으로 상기 개재 공간을 밀봉하도록 되어 있으며,
    상기 캡슐화 요소(70)는 상기 제2 개구(190)의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치되어 있고, 상기 하우징의 내부 공간(130)에 상기 센서 요소(50)를 폼-피팅(form-fitting) 방식으로 부착하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 요소(70)와 상기 글라스 요소(90)는 서로에 대해 폼-피팅 방식으로 또는 견고히-접합되는 방식으로 부착되는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 요소의 적어도 하나의 단부 영역은 상기 제1 개구 또는 상기 제2 개구로부터 적어도 부분적으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(30)은 적어도 하나의 접속 플랜지(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 센서(10)는 적어도 하나의 제1 부착부(210)를 포함하며, 상기 제1 부착부(210)는 상기 제1 개구(170)에서 상기 센서 요소(50)를 둘러싸도록 되어 있거나, 또는
    상기 센서(10)는 적어도 하나의 제2 부착부(230)를 포함하고, 상기 제2 부착부(230)는 상기 제2 개구(190)에서 상기 센서 요소(50)를 둘러싸도록 되어 있으며, 상기 제1 부착부(210) 또는 상기 제2 부착부(230)는 상기 접속 플랜지(150)에 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(30)은 금속 슬리브를 포함하고, 상기 금속 슬리브는 상기 제1 개구(170)에서 테이퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(30)은 코발트 합금을 포함하거나, 또는
    상기 하우징(30)은 0.2 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 범위의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 글라스 요소(90)는 글라스 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡슐화 요소(70)는 세라믹 캡슐화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 글라스 요소(90) 및 상기 캡슐화 요소(70)는, 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있는 하우징 벽과 상기 센서 요소(50)의 기판 사이의 개재 공간에 배치되며, 상기 센서 요소(50)에서 오직 기판의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 요소(50)는 가스 센서, 수트 센서(soot sensor), 람다 센서, 온도 센서, 화학-센서 또는 유량 센서 또는 이들 센서들의 임의의 조합으로서, 또는 가열 요소로서 작동되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 분석용 센서.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 센서(10)의 제조 방법(1000)으로서:
    내부 공간(130)을 가지면서 제1 개구(170) 및 상기 제1 개구(170)의 반대편에 위치되어 있는 제2 개구(190)를 갖는 적어도 하나의 하우징(30)과, 적어도 하나의 센서 요소(50)와, 적어도 하나의 글라스 요소(90)와, 적어도 하나의 캡슐화 요소(70)를 제공하는 제공 단계(1010);
    상기 하우징의 내부 공간(130)에 상기 센서 요소(50)를, 적어도 그 일부 영역에 걸쳐, 배치하고, 상기 센서 요소(50)는 적어도 하나의 기판을 포함하는 적어도 하나의 센서 스트립과, 상기 기판 상에 배치된 적어도 하나의 측정 수단과, 상기 하우징의 내부 공간(130)의 외부에 배치되는 적어도 하나의 접속 수단(110)을 포함하며, 상기 하우징의 내부 공간(130)에 있어서 상기 하우징의 내부 공간(130)의 하우징 벽과 상기 센서 요소(50) 사이의 개재 공간에 상기 글라스 요소(90) 및 상기 캡슐화 요소(70)를 배치하여, 상기 글라스 요소 및 상기 캡슐화 요소가 상기 센서 요소(50)의 적어도 일부 영역을 완전히 둘러싸는 것인 배치 단계(1020); 및
    상기 글라스 요소(90)가 상기 하우징의 내부 공간(130)의 제1 개구(170)에서 상기 개재 공간을 상기 제1 개구(170)의 방향으로 밀봉하고, 상기 제2 개구(190)의 방향으로 용융 글라스 요소 상에 배치된 상기 캡슐화 요소(70)가 상기 센서 요소(50)를 상기 하우징(30)의 내부 공간(130)에 폼-피팅 방식으로 부착할 때까지, 센서(10)를 가열하는 가열 단계(1030)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열 단계는, 적어도 하나의 센서(10) 소성 프로세스(burning process)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 캡슐화 요소(70) 및 상기 글라스 요소(90)는 상기 하우징(30) 및 상기 센서 요소(50)에 대해 소결될 수 있거나, 또는 상기 소성 프로세스에 의해 용융될 수 있는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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