KR20170077827A - Sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 상기 측정 가스 내 가스 성분의 비율 또는 상기 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 센서(10)에 관한 것이다. 상기 센서(10)는 센서 하우징(12) 및 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자(32)를 포함한다. 상기 센서 하우징(12)은 길이방향 보어(16)를 포함하고, 상기 길이방향 보어(16)는 종축(18)을 따라 연장된다. 상기 센서 소자(32)는 시일(42)에 재료 결합 방식으로 연결된다. 상기 센서 소자(32)는 상기 길이방향 보어(16) 내에 배치된다.The invention relates to a sensor (10) for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular a ratio of the gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas. The sensor 10 includes a sensor housing 12 and a sensor element 32 for detecting at least one characteristic of a measurement gas in the measurement gas chamber. The sensor housing 12 includes a longitudinal bore 16 and the longitudinal bore 16 extends along a longitudinal axis 18. The sensor element 32 is connected to the seal 42 in a material coupling manner. The sensor element 32 is disposed in the longitudinal bore 16.
Description
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber.
선행 기술에는 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 다수의 센서 및 방법이 공지되어 있다. 상기 특성은 기본적으로 측정 가스의 임의의 물리적 및/또는 화학적 특성일 수 있으며, 이 경우 하나 또는 다수의 특성이 검출될 수 있다. 본 발명은 이하에서 측정 가스의 가스 성분의 정성적 및/또는 정량적 검출과 관련해서, 특히 측정 가스 내 산소 비율의 검출과 관련해서 설명된다. 산소 비율은 부분 압력의 형태로 및/또는 백분율의 형태로 검출될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 측정 가스의 다른 특성, 예컨대 온도도 검출될 수 있다.The prior art discloses a number of sensors and methods for detecting at least one characteristic of a measurement gas in a measurement gas chamber. The characteristic may basically be any physical and / or chemical characteristic of the measuring gas, in which case one or more characteristics can be detected. The present invention will be described in the following with reference to the qualitative and / or quantitative detection of the gas component of the measurement gas, particularly with regard to the detection of the oxygen ratio in the measurement gas. The oxygen ratio can be detected in the form of partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, other properties of the measured gas, such as temperature, can also be detected.
이러한 센서는 적절하게 설계된 센서 소자의 사용을 기반으로 한다. 이러한 센서의 예는 예를 들어 Konrad Reif (발행): Sensoren im Kraftfahrzeug(자동차의 센서), 2010년판 제 1권, 페이지 160-165에 공지되어 있는 바와 같은 소위 람다 프로브로서 형성된다. 광대역 람다 프로브, 특히 평면의 광대역 람다 프로브에 의해, 예를 들어, 배기 가스 중의 산소 농도가 넓은 범위로 결정되고, 그에 따라 연소실 내의 공연비가 추정된다. 공기 비 λ는 공연비를 나타낸다. 선행 기술에는 특히 특정 고체의 전해 특성, 즉 상기 고체의 이온 전도 특성에 기반을 둔, 특히 세라믹 센서 소자가 공지되어 있다. 특히 상기 고체는 산화알루미늄 및/또는 산화실리콘의 소량의 첨가물을 포함할 수 있는 세라믹 고체 전해질, 예를 들어, 이산화 지르코늄, 특히 이트륨 안정화된 이산화지르코늄 및 스칸듐 도핑된 이산화지르코늄일 수 있다.These sensors are based on the use of properly designed sensor elements. An example of such a sensor is formed as a so-called lambda probe as is known, for example, in Konrad Reif (published): Sensoren im Kraftfahrzeug (Autosensor), Vol. 1, By means of a broadband lambda probe, in particular a flat broadband lambda probe, for example, the oxygen concentration in the exhaust gas is determined over a wide range, and thus the air / fuel ratio in the combustion chamber is estimated. Air ratio? Represents the air-fuel ratio. In particular, ceramic sensor elements based on the electrolytic properties of particular solids, i.e. the ionic conductivity of the solids, are known in the prior art. In particular, the solids can be ceramic solid electrolytes, such as zirconium dioxide, especially yttrium-stabilized zirconium dioxide and scandium-doped zirconium dioxide, which can contain small amounts of additives such as aluminum oxide and / or silicon oxide.
DE 197 14 203 A1 및 DE 195 32 090 C2에는 밀봉 패킹 시스템을 구비한 람다 프로브가 공지되어 있고, 상기 밀봉 패킹 시스템은 스테아타이트와 질화붕소로 이루어진 다수의 밀봉 디스크의 결합체로 이루어진다. 스테아타이트 밀봉 디스크는 소결되지 않은 스테아타이트 원료이다. 질화 붕소는 육각형의 고온 프레스된 질화붕소이다. 조립하는 동안 밀봉 패킹 시스템은 경질 소결된 스테아타이트로 이루어진 인접한 2개의 지지 세라믹 부시에 의해 센서 하우징 내에 수용되고, 축 방향 힘 도입에 의해 분말화되며 압축된다. 이 경우, 틈새가 닫히고 밀봉성이 증가한다. 상기 밀봉 시스템은 배기 가스 및 습기를 센서의 기준 공기 챔버로부터 분리해야 한다.DE 197 14 203 A1 and DE 195 32 090 C2 disclose lambda probes with sealing packing systems, which consist of a combination of a plurality of sealing discs consisting of stearate and boron nitride. The statorite sealing disk is a non-sintered stearate raw material. Boron nitride is a hexagonally hot pressed boron nitride. During assembly, the sealing packing system is received in the sensor housing by two adjacent supporting ceramic bushes of rigid sintered stataite, powdered and compressed by axial force introduction. In this case, the gap is closed and the sealing property is increased. The sealing system must separate the exhaust gas and moisture from the reference air chamber of the sensor.
선행 기술에 공지된 센서의 장점들에도 여전히 개선의 여지가 있다. 전술한 밀봉 패킹 시스템이 가스 및 습기에 대해 양호한 밀봉성을 갖기는 하지만, 낮은 온도를 가진 적용에서는 수증기가 질화붕소의 결정 격자 내로 들어가고, 질화 붕소 내에 포함된 산화붕소와 반응하여 붕산을 형성한다. 엔진 시동 동안 람다 프로브가 가열되면, 결합된 물이 질화붕소 디스크로부터 기준 공기 챔버 내로 배출될 수 있고, 이는 프로브 신호의 왜곡을 일으킬 수 있다. 이 경우 추가로 절연 저항의 상당한 감소가 나타난다.There are still room for improvement in the advantages of the sensors known in the prior art. Although the above-described sealing packing system has good sealing properties against gas and moisture, in low temperature applications, water vapor enters the crystal lattice of boron nitride and reacts with boron oxide contained in boron nitride to form boric acid. If the lambda probe is heated during engine startup, the combined water can be discharged from the boron nitride disk into the reference air chamber, which can cause distortion of the probe signal. In this case, a considerable reduction in the insulation resistance appears.
본 발명의 과제는, 공지된 센서의 단점이 적어도 광범위하게 방지되고 특히 습기 및 배기 가스에 대한 개선된 밀봉 효과가 구현되며 센서 소자와 센서 하우징 사이의 절연 저항이 개선되는, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring a gas concentration in a measuring gas chamber in which the disadvantages of known sensors are at least widely prevented and in particular an improved sealing effect on moisture and exhaust gases is realized and the insulation resistance between the sensor element and the sensor housing is improved, To detect at least one characteristic of the sensor.
측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 중의 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서는 센서 하우징, 및 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자를 포함한다. 센서 하우징은 길이 방향 보어를 포함한다. 길이 방향 보어는 종축을 따라 연장된다. 센서 소자는 시일에 재료 결합 방식으로 연결된다. 센서 소자는 길이방향 보어 내에 배치된다.A sensor according to the invention for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular for detecting the ratio of a gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, comprises a sensor housing, And a sensor element for detecting at least one characteristic. The sensor housing includes a longitudinal bore. The longitudinal bore extends along the longitudinal axis. The sensor element is connected to the seal in a material coupling manner. The sensor element is disposed in the longitudinal bore.
길이방향 보어는 원통, 예를 들면 원기둥으로 형성될 수 있다. 센서 소자는 평면으로 형성될 수 있다. 센서 소자는 길이방향으로 연장될 수 있다. 시일은 센서 소자를 길이방향을 중심으로 하는 원주 방향으로 완전히 둘러쌀 수 있다. 센서 소자는 길이방향 보어 내에서 종축에 대해 축 방향으로 및/또는 방사 방향으로 고정될 수 있다. 시일은 적어도 하나의 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 센서 소자는 공통 소결에 의해 시일에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 센서 소자는 접속부 측 단부 및 측정 가스 측 단부를 포함할 수 있다. 시일은 접속부 측 단부와 측정 가스 측 단부 사이에 배치될 수 있다. 센서는 또한 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 상기 밀봉 부재는 길이방향 보어 내에서 시일과 센서 소자의 측정 가스 측 단부 사이에 배치될 수 있다. 센서는 또한 강 슬리브를 포함할 수 있다. 강 슬리브는 길이방향 보어 내에서 시일과 센서 소자의 접속부 측 단부 사이에 배치될 수 있다. 센서는 또한 예응력 부재를 포함할 수 있다. 예응력 부재는 길이방향 보어 내에서 시일과 센서 소자의 접속부 측 단부 사이에 배치될 수 있다. 예응력 부재는 밀봉 부재를 향한 방향으로 시일에 예응력을 가하도록 형성된다. 시일은 적어도 하나의 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 센서 소자는 접착제, 특히 세라믹 접착제 및/또는 유리 땜납에 의해 시일에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 센서 소자는 접속부 측 단부와 측정 가스 측 단부를 포함할 수 있다. 시일은 접속부 측 단부와 측정 가스 측 단부 사이에 배치된다. 센서는 또한 밀봉 부재를 포함한다. 상기 밀봉 부재는 길이방향 보어 내에서 시일과 센서 소자의 측정 가스 측 단부 사이에 배치된다. 센서는 또한 예응력 부재를 포함한다. 예응력 부재는 길이방향 보어 내에서 시일과 센서 소자의 접속부 측 단부 사이에 배치될 수 있다. 예응력 부재는 밀봉 부재를 향한 방향으로 시일에 예응력을 가하도록 형성될 수 있다. 밀봉 부재는 밀봉 립일 수 있다.The longitudinal bore may be formed as a cylinder, for example, a cylinder. The sensor element may be formed in a flat surface. The sensor element may extend in the longitudinal direction. The seal can completely surround the sensor element in the circumferential direction about the longitudinal direction. The sensor element may be fixed axially and / or radially with respect to the longitudinal axis within the longitudinal bore. The seal may be made of at least one ceramic material. The sensor elements can be connected to the seals in a material bonded manner by common sintering. The sensor element may include a connection side end and a measurement gas side end. The seal may be disposed between the connection-side end and the measurement gas-side end. The sensor may also include a sealing member. The sealing member may be disposed between the seal and the gas side end of the sensor element in the longitudinal bore. The sensor may also include a steel sleeve. The steel sleeve may be disposed in the longitudinal bore between the seal and the end of the connection side of the sensor element. The sensor may also include an example stress member. The example stress member may be disposed in the longitudinal bore between the seal and the contact side end of the sensor element. The example stress member is formed so as to exert a pre-stress on the seal in the direction toward the sealing member. The seal may be made of at least one ceramic material. The sensor element can be connected to the seal in a material bonded manner by means of an adhesive, in particular a ceramic adhesive and / or a glass solder. The sensor element may include a connection side end and a measurement gas side end. The seal is disposed between the end of the connection portion and the end of the measurement gas. The sensor also includes a sealing member. The sealing member is disposed between the seal and the gas side end of the sensor element in the longitudinal bore. The sensor also includes an example stress member. The example stress member may be disposed in the longitudinal bore between the seal and the contact side end of the sensor element. The example stress member may be formed to exert pre-stress on the seal in the direction toward the sealing member. The sealing member may be a sealing lip.
상기 시일은 슬리브일 수 있으며, 상기 슬리브는 적어도 하나의 금속 재료로 제조될 수 있다. 센서 소자는 납땜 이음에 의해 슬리브에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 슬리브는 외부 섹션 및 내부 섹션을 포함할 수 있다. 외부 섹션 및 내부 섹션은 서로 연결될 수 있다. 외부 섹션은 길이방향 보어에 접촉하도록 형성될 수 있다. 센서 소자는 납땜 이음에 의해 내부 섹션에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다.The seal may be a sleeve, and the sleeve may be made of at least one metallic material. The sensor element can be connected to the sleeve in a material coupling manner by solder joints. The sleeve may include an outer section and an inner section. The outer section and the inner section may be connected to each other. The outer section may be configured to contact the longitudinal bore. The sensor element can be connected to the inner section in a material coupling manner by solder joints.
종축을 따른 연장은 부품의 가장 긴 치수에 대해 평행한 연장에 의해 규정되는 중심선 또는 중심축에 대해 평행한 또는 상기 중심선 또는 중심축 둘레로의 연장을 의미한다.The extension along the longitudinal axis means an extension about a centerline or centerline axis defined by an extension parallel to the longest dimension of the part or about the centerline or centerline axis.
재료 결합 방식 연결은 본 발명의 범위에서 연결 파트너가 원자 또는 분자의 힘에 의해 결속되는 연결을 의미한다. 이러한 연결은 동시에 연결 수단의 파괴에 의해서만 분리될 수 있는 분리 불가능한 연결이다.Material coupling The coupling means in the scope of the present invention that the coupling partner is bound by the force of an atom or a molecule. This connection is an inseparable connection that can be separated only by the destruction of the connection means at the same time.
센서 소자의 평면적 형성은 본 발명의 범위에서 센서 소자가 실질적인 입방형 디자인을 갖는 센서 소자의 형성을 의미하며, 이 경우 입방형 형상은 폭 및 길이와 같은 다른 치수보다 훨씬 더 작은 높이를 갖는다.The planar formation of the sensor element means in the scope of the present invention the formation of a sensor element in which the sensor element has a substantially cubic design, in which case the cubic shape has a height much smaller than other dimensions such as width and length.
센서 소자의 접속부 측 단부는 본 발명의 범위에서 센서의 전기적 연결 수단, 예컨대 플러그 부의 라인들에 연결되도록 형성된 센서 소자의 단부를 의미한다.The end portion on the connection side of the sensor element means the end of the sensor element formed to be connected to the electrical connection means of the sensor, for example, the lines of the plug portion in the scope of the present invention.
본 발명의 범위에서 센서 소자의 측정 가스 측 단부는 센서의 삽입 상태에서 측정 가스에 노출될 수 있는 단부를 의미한다.In the scope of the present invention, the measuring gas side end portion of the sensor element means an end portion that can be exposed to the measuring gas in the inserted state of the sensor.
예응력 부재는 본 발명의 의미에서 예응력을 다른 부품들에 제공하여 상기 부품을 특정 방향으로 가압하도록 형성된 부재를 의미한다. 예응력은 탄성적으로 발생될 수 있다. 달리 표현하면, 예응력 부재는 탄성적으로 변형될 수 있고, 그럼에도 예응력을 제공한다.The example stress member refers to a member formed to provide pre-stress to other components in the sense of the present invention to press the component in a specific direction. Yes Stress can occur elastically. In other words, the example stress members can be resiliently deformed and nevertheless provide example stress.
본 발명의 다른 선택적인 세부사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시예에 대한 다음 설명에 제시된다.Other optional details and features of the present invention are set forth in the following description of a preferred embodiment schematically illustrated in the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 센서 소자의 제 1 실시예의 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 센서 소자의 제 2 실시예의 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 센서 소자의 제 3 실시예의 횡단면도.
도 4는 본 발명에 따른 센서 소자의 제 4 실시예의 횡단면도.
도 5는 본 발명에 따른 센서 소자의 제 5 실시예의 횡단면도.1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a sensor element according to the present invention;
2 is a cross-sectional view of a second embodiment of a sensor element according to the present invention;
3 is a cross-sectional view of a third embodiment of the sensor element according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the sensor element according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of a sensor element according to the present invention.
도 1에는 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 측정 가스 내 가스 성분의 비율 또는 측정 가스의 온도를 검출하기 위한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서(10)가 횡단면도로 도시되어 있다. 센서는 특히 측정 가스의 물리적 및/또는 화학적 특성의 검출을 위해 사용될 수 있고, 이 경우 하나 또는 다수의 특성이 검출될 수 있다. 본 발명은 이하에서 측정 가스의 가스 성분의 정성적 및/또는 정량적 검출과 관련해서, 특히 측정 가스 중의 산소 비율의 검출과 관련해서 설명된다. 산소 비율은 예컨대 부분 압력의 형태로 및/또는 백분율의 형태로 검출될 수 있다. 그러나 기본적으로 다른 종류의 가스 성분, 예를 들면 산화질소, 탄화수소 및/또는 수소가 검출될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 측정 가스의 다른 특성도 검출될 수 있다. 본 발명은 특히 자동차 공학의 분야에 사용될 수 있으므로, 측정 가스 챔버는 특히 내연기관의 배기 가스 시스템일 수 있고, 측정 가스는 특히 배기 가스일 수 있다.1 shows a
센서(10)는 센서 하우징(12)을 포함한다. 센서 하우징(12)은 예를 들어 금속 하우징일 수 있다. 센서 하우징(12)은 측정 가스 챔버(도시되지 않음)의 벽에 설치하기 위한 고정 수단으로서의 나사산(14)을 포함한다. 센서 하우징(12)은 길이방향 보어(16)를 포함한다. 길이방향 보어(16)는 종축(18)을 따라 연장된다. 길이방향 보어(16)는 숄더형 링 면(20)을 포함한다. 링 면(20)은 측정 가스 챔버를 향한 센서 하우징(12)의 단부면 측 단부(22)에 인접하게 배치된다. 단부면 측 단부(22)에는 보호 튜브 조립체(24)가 고정, 예컨대 용접된다. 보호 튜브 조립체(24)는 적어도 하나의 보호 튜브를 포함한다. 예를 들어, 보호 튜브 조립체는 외부 보호 튜브(26) 및 그 안에 배치된 내부 보호 튜브(28)를 포함한다. 외부 보호 튜브(26) 및 내부 보호 튜브(28)는 유입 및 배출 개구들(30)을 포함하며, 상기 개구들을 통해 측정 가스가 내부 보호 튜브(28)의 내부 공간 내로 유입될 수 있거나 상기 내부 공간으로부터 배출될 수 있다.The
또한, 센서(10)는 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 센서 소자(32)를 포함한다. 센서 소자(32)는 평면으로 형성된다. 센서 소자(32)는 길이방향(34)으로 연장된다. 센서 소자(32)는 접속부 측 단부(36) 및 측정 가스 측 단부(38)를 포함한다. 접속부 측 단부(36)는 센서(10)의 전기 접속부(40)에 전기 접촉되도록 형성된다. 측정 가스 측 단부(38)는 내부 보호 튜브(28) 내부의 측정 가스에 노출되도록 형성된다.The
센서(10)는 또한 시일(42)을 포함한다. 센서 소자(32)는 시일(42)에 재료 결합 방식으로 연결된다. 시일(42)은 센서 소자(32)의 접속부 측 단부(36)와 측정 가스 측 단부(38) 사이에 배치된다. 이 경우, 시일(42)은 센서 소자(32)를 길이방향(34)을 중심으로 하는 원주 방향으로 완전히 둘러싸인다. 센서 소자(32)는 시일 (42)과 함께 길이방향 보어(16) 내에 배치된다. 이 경우 접속부 측 단부(36)는 전기 접속부(40)에 연결되고, 측정 가스 측 단부(38)는 내부 보호 튜브(28)의 내부 공간 내에 배치된다. 제 1 실시예의 센서(10)의 경우, 시일(42)은 적어도 하나의 세라믹 재료로 제조된다. 예를 들면 시일(42)은 포스테라이트로 제조된다. 센서 소자(32)는 공통 소결에 의해 시일(42)에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들면 센서 소자(32)는 직접 건식 프레스 방법의 프레스 몰드 내에서, 센서 소자(32) 및 센서 하우징(12)의 이산화지르코늄과 유사한 열 팽창 계수를 갖는 포스테라이트와 같은 세라믹 분말에 의해 둘러싸여 매립된다. 그리고 나서, 이렇게 제조된 결합체가 함께 가스 밀봉 방식으로 경질 소결된다. 그리고 나서, 센서 소자(32)가 시일(42)과 함께 길이방향 보어(16) 내에 배치됨으로써, 시일(42)이 링 면(20)에 접촉한다. 센서 소자(32)와 시일(42)의 공통 소결에 의해 기밀 방식 결합체가 제조되므로, 가스가 시일(42)과 센서 소자(32) 사이에서 전기 접속부(40)를 향한 방향으로 침투할 수 없다. 시일(42)은 길이 방향(34)에 대해 방사 방향으로 센서 하우징(12)에 접촉하여 거기서 기밀 방식 밀봉을 형성하도록 설계된다. 선택적으로 밀봉 부재(44)가 제공될 수 있다. 밀봉 부재(44)는 시일(42)과 센서 소자(32)의 측정 가스 측 단부(38) 사이에 배치된다. 밀봉 부재(44)는 링 면(20)에 접촉하고, 시일(42)과 밀봉 부재(44) 사이에 밀봉 방식 연결이 형성되도록 시일(42)과 접촉한다. 제 1 실시예의 센서(10)의 경우, 밀봉 부재(44)는 밀봉 디스크(46)로서 형성된다. 밀봉 디스크(46)는 연질의 내열성 강, 구리 또는 내열성 운모, 예를 들면 버미큘석 또는 금운모로 제조된다. 시일(42)은 센서 소자(32)와 함께 링 면(20)을 향한 방향으로, 길이방향(34)에 대해 축 방향으로 예응력을 받을 수 있기 때문에, 제조 시에 생기는 시일(42)과 센서 하우징(12) 사이의 갭이 방사방향으로 밀봉된다.The
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서(10)를 도시한다. 이하에는 상기 실시예와의 차이점만이 설명되고 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 제 2 실시예의 센서(10)의 경우, 시일(42)은 제 1 실시예의 센서(10)에 비해 길이방향(34)으로 더 작은 치수를 갖는다. 달리 표현하면, 시일(42)은 축 방향으로 더 짧게 형성된다. 센서(10)는 또한 강 슬리브(48)를 포함한다. 강 슬리브(48)는 시일(42)과 접속부 측 단부(36) 사이에 배치된다. 강 슬리브(48)는 센서 하우징(12)의 재료보다 더 큰 열 팽창 계수를 갖는 강으로 형성된다. 이로 인해, 밀봉 시트와 센서 하우징(12)의 열 팽창 계수의 차이가 보상될 수 있다. 상기 차이는 센서(10)의 작동 온도에서 예응력 손실을 야기할 수 있다. 시일(42)이 축 방향으로 더 짧게 형성됨으로써, 더 나은 열 분리가 실현될 수 있다.2 shows a
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 센서(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에는 상기 실시예와의 차이점만이 설명되고 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 제 3 실시예의 센서(10)는 제 1 실시예의 센서(10)를 기반으로 한다. 제 3 실시예의 센서(10)는 예응력 부재(50)를 포함한다. 예응력 부재(50)는 예를 들면 판 스프링(52)으로서 설계된다. 예응력 부재(50)는 길이방향 보어(16) 내에서 시일(42)과 접속부 측 단부(36) 사이에 배치된다. 예응력 부재(50)는 밀봉 부재(44) 또는 링 면(20)을 향한 방향으로 시일(42) 또는 시일(42) 및 센서 소자(32)에 예응력을 가하도록 형성된다. 달리 표현하면, 시일(44)이 밀봉 부재(44) 또는 링 면(20)에 대해 가압되므로, 시일(42)과 센서 하우징(12) 사이에 축 방향으로 갭이 생기지 않는다.3 shows a cross-sectional view of a
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 센서(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에는 상기 실시예와의 차이점만이 설명되고 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 제 1 실시예의 센서(10)에 비해, 시일(42)은 원통형으로 또는 세라믹 실린더(54)로서 형성된다. 센서 소자(32)는 접착제(56)에 의해 시일(42) 또는 세라믹 실린더(54)에 재료 결합 방식으로 연결된다. 접착제(56)는 세라믹 접착제일 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 센서 소자(32)는 유리 땜납에 의해 세라믹 실린더(54)에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 이는 예를 들면 세라믹 실린더(54)가 중공 실린더이고, 상기 중공 실린더 내로 센서 소자(32)가 삽입됨으로써 실현될 수 있다. 세라믹 실린더(54)의 실린더 축에 대해 방사 방향으로 연장되는 예비 성형된 채널에 의해, 접착제(56)가 세라믹 접착제 또는 유리 땜납 페이스트의 형태로 사출된다. 그 후에, 센서 소자(32) 및 세라믹 실린더(54)로 이루어진 조립체가 열에 의해 가열된다. 그리고 나서, 센서 소자(32) 및 세라믹 실린더(54)로 이루어진 조립체가 길이방향 보어(16) 내로 삽입된다. 제 3 실시예의 센서(10)와 같이, 시일(42)은 축 방향으로 예비 응력을 받을 수 있다. 예를 들면 예응력 부재(50)는 길이방향 보어(16) 내에서 시일(42)과 접속부 측 단부(36) 사이에 판 스프링의 형태로 배치된다. 판 스프링(52)은 접속부 측 단부(36)의 근처에 배치된 보상 디스크(60)에 지지될 수 있다. 시일(42)과 측정 가스 측 단부(38) 사이에서 밀봉 부재(44)가 길이방향 보어(16) 내에 배치될 수 있다. 밀봉 부재(44)가 링 면(20)에 접촉한다. 예응력 부재(50)는 밀봉 부재(44)를 향한 방향으로 시일(42)에 예응력을 가한다. 제 4 실시예의 센서의 경우, 밀봉 부재(44)는 밀봉 립으로서 형성되거나 또는 밀봉 립(62)을 포함한다. 밀봉 립(62)은 센서 소자(32)의 접속부 측 단부(36)를 향한 방향으로, 길이 방향(34)과 반대인 축 방향으로 돌출한다. 예응력 부재(50)는 밀봉 립(62)에 대해 시일(42)을 가압하므로, 밀봉 부재(44)와 시일(42) 사이에 갭이 더 이상 형성되지 않는다. 보상 디스크(60)는 내부를 향한 방사 방향으로 센서 하우징(12)의 코킹(caulking)(64)에 의해 지지될 수 있다.4 shows a cross-sectional view of the
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 센서(10)의 횡단면도를 도시한다. 이하에는 상기 실시예와의 차이점만이 설명되고 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 제 5 실시예의 센서(10)의 경우, 시일(42)은 슬리브(66)이다. 슬리브(66)는 적어도 하나의 금속 재료로 제조된다. 예를 들어, 슬리브(66)는 Crofer 22 APU로 제조된다. 슬리브(66)는 외부 섹션(68) 및 내부 섹션(70)을 포함한다. 외부 섹션(68)과 내부 섹션(70)은 서로 연결된다. 외부 섹션(68) 및 내부 섹션(70)은 연결 영역이 링 면(20)에 접촉되도록 연결된다. 예를 들어, 슬리브(66)는 딥 드로잉된 슬리브로 형성되므로, 내부 섹션(70)은 축 방향으로 외부 섹션(68)의 안으로 접힘의 형태로 연장된다. 외부 섹션(68)은 길이방향 보어(16)에 접촉하도록 형성된다. 예컨대, 외부 섹션(68)은 길이방향 보어(16)의 영역에서 센서 하우징(12) 내로 압입 및/또는 용접된다. 센서 소자(32)는 납땜 이음(72)에 의해 내부 섹션(70)에 재료 결합 방식으로 연결된다. 예컨대, 납땜 이음(72)은 니켈 반응성 땜납, 예를 들어 NiSiBFeCr에 의해 구현된다. 땜납은 땜납 페이스트 또는 땜납 막으로서 삽입될 수 있다. 전기 절연을 위해, 센서 소자(32)를 향한 내부 섹션(70)의 면이 세라믹 절연층(74)으로 코팅된다. 절연층(74)은 예를 들어, 저렴한 산화 마그네슘으로 제조되어 높은 열팽창 계수를 갖는다. 이로써, 센서 하우징(12)으로부터 센서 소자(32)의 열 분리가 구현될 수 있다. 열 전달의 감소에 의해, 센서 소자(32) 또는 그 가열 소자의 가열 출력이 감소하므로, 센서 소자(32)의 가열 소자가 더 작게 설계될 수 있다. 상응하게, 가열 소자를 위해 보드가 더 적게 필요하므로, 더 신속한 작동 준비가 구현될 수 있다. 제 5 실시예의 센서(10)의 경우 밀봉 면의 90% 이상이 금속이므로, 높은 기밀성이 달성된다. 절연층(74)의 산화마그네슘이 200 MOhm보다 더 큰 절연 강도를 달성한다. 그러나 센서 소자(32)가 산화알루미늄으로 제조되면, 절연층(74)이 생략 될 수 있다.Figure 5 shows a cross-sectional view of a
10
센서
12
센서 하우징
16
길이방향 보어
32
센서 소자
36
접속부 측 단부
38
측정 가스 측 단부
42
시일
44
밀봉 부재
48
강 슬리브
50
예응력 부재
66
슬리브
68
외부 섹션
70
내부 섹션
72
납땜 이음10 sensors
12 sensor housings
16 longitudinal bore
32 sensor element
36 Connection side end
38 Measurement gas side end
42 hours
44 sealing member
48 steel sleeves
50 Examples Stress member
66 Sleeve
68 outer section
70 internal section
72 soldering joint
Claims (15)
상기 센서 하우징(12)은 길이방향 보어(16)를 포함하고, 상기 길이방향 보어(16)는 종축(18)을 따라 연장되고, 상기 센서 소자(32)는 시일(42)에 재료 결합 방식으로 연결되고, 상기 센서 소자(32)는 상기 길이방향 보어(16) 내에 배치되는, 센서(10).A sensor (10) for detecting at least one characteristic of a measuring gas in a measuring gas chamber, in particular for detecting the ratio of a gas component in the measuring gas or the temperature of the measuring gas, characterized in that the sensor housing (12) And a sensor element (32) for detecting at least one characteristic of the measurement gas in the sensor (10)
The sensor housing 12 includes a longitudinal bore 16 that extends along a longitudinal axis 18 and the sensor element 32 is coupled to the seal 42 in a material- And the sensor element (32) is disposed within the longitudinal bore (16).
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