KR20180071966A - 고온 배기 센서 - Google Patents

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KR20180071966A
KR20180071966A KR1020170173918A KR20170173918A KR20180071966A KR 20180071966 A KR20180071966 A KR 20180071966A KR 1020170173918 A KR1020170173918 A KR 1020170173918A KR 20170173918 A KR20170173918 A KR 20170173918A KR 20180071966 A KR20180071966 A KR 20180071966A
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insulated cable
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KR1020170173918A
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브렌든 에프 쉐넬
더크 제이 테린
조셉 알 그리핀
Original Assignee
센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

감지 장치(100)는 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지한다. 튜브형 요소(110)는 MI-케이블의 감지 말단과 MI-케이블에 부착된 밀봉 플랜지 요소(106) 사이에서 MI-케이블(102)의 적어도 일부를 둘러싼다. 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분은 미네랄 절연 케이블과 튜브형 요소 사이에 갭(112)을 형성하는 미네랄 절연 케이블의 외부 표면과 미리 정해진 거리를 두고 있다. 튜브형 요소와 갭은 유체의 급격한 온도 변화로 인한 열팽창 및 열충격에 대하여 견고성을 증가시킨다.

Description

고온 배기 센서{HIGH-TEMPERATURE EXHAUST SENSOR}
본 개시는 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지하기 위한 감지 장치 및 이러한 감지 장치를 조립하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 고온 배기 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 고온 가능한 열전쌍에 관한 것이다.
제한되지는 않지만, 디젤 및 가솔린 엔진과 같은 내연 기관은 배기가스 시스템 내에 적어도 부분적으로 배치된 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다. 이 온도 센서는 배기가스의 온도를 감지할 수 있으며, 적어도 부분적으로 엔진 제어 시스템에 의하여 사용되어, 제한되지는 않지만, 공기/연료 비율, 부스트 압력, 타이밍 등과 같은 엔진의 하나 이상의 특성을 조절할 수 있다. 작동 환경 때문에 온도 센서는, 제한되지는 않지만, 잔해물, 습기 및 부식성 화학 물질에 대한 노출, 진동, 큰 온도 범위, 큰 온도 구배 그리고 상대적으로 높은 연속적인 사용 작동 온도를 포함하는 비교적 혹독한 조건에 노출될 수 있다. W02011/094753A2는 미네랄 절연 케이블의 말단에 결합된 온도 센서를 포함하는 배기가스 온도 센서를 개시한다. 케이블은 멈춤 플랜지에 결합된다. 또한, 진동 방지 슬리브는 멈춤 플랜지와 온도 센서 사이에 위치된다.
기존의 열전쌍 장치는 자동차 스타일 시스템에서 구현하기가 어렵다. 이 열전쌍은 일반적으로 자동차 설정에서 연장된 수명 요구 조건을 위하여 작동할 수 없다. 이러한 상황은 점점 더 엄격한 적용 요구 조건에 의하여 심각해지며, 기존의 열전쌍의 고장을 유발할 수 있다. 이 고장은 긴 프로브 길이 또는 프로브가 위치된 유체의 급격한 온도 변동을 갖는 확장된 고온 작동을 갖는 센서 내에서 일어날 가능성이 더 높다.
미네랄 절연 케이블을 포함하는 종래의 감지 장치의 주위에 열을 가하면, 미네랄 절연 케이블의 전도체가 차갑게 남아있는 반면에, 외부 재킷은 급격한 온도 증가를 겪게 된다. 즉, 미네랄 절연 케이블의 내의 포장된 산화마그네슘(MgO)은 매우 열악한 열 전도율을 갖는다. 이는 전도체에 대한 인장 응력으로 이어지며, 이는 특히 열충격 동안에 고장으로 이어질 수 있다.
기존 열전쌍의 이러한 고장은 자동차 적용에서의, 구체적으로 긴 프로브 길이를 필요로 하는 열전쌍의 사용을 가능하게 하는 설계 해결 방안의 필요성을 불러일으킨다.
본 기술의 목적은 신뢰성, 저렴한 제조 비용, 반자동 또는 완전 자동 생산 공정에 의한 대량 생산 가능성, 가혹한 매체에 대한 긴 지속성 및/또는 견고성, 열팽창 및 열 충격에 대한 증가된 견고성, 자동차 적용의 일반적인 온도 및 진동을 견디는 성능 중 적어도 하나를 갖는, 유체의 물리량을 측정하기 위한 개선된 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 기술의 제1 양태에 따르면, 이 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 측정 플러그에 의해 이루어진다. 본 기술을 수행하기 위한 유리한 실시예 및 다른 방법은 종속청구항에서 언급된 방안에 의해 달성될 수 있다.
본 기술에 따른 감지 장치는, 감지 장치가 미네랄 절연 케이블의 감지 말단과 미네랄 절연 케이블의 외부 금속 재킷에 결합된 밀봉 플랜지 요소 사이에서 미네랄 절연 케이블의 적어도 일부를 둘러싸는 튜브형 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분은 미네랄 절연 케이블의 외부 표면과 미리 정해진 거리를 두고 있으며 미네랄 절연 케이블과 튜브형 요소 사이에 갭을 형성한다.
이 특징은 미네랄 절연 케이블 내에서의 열 충격 정도를 감소시킨다. 튜브형 요소와 갭은 미네랄 절연 케이블의 외부 금속 재킷의 덜 급격한 온도 변화를 야기하는, 미네랄 절연 케이블의 외부 금속 재킷과 유체 사이의 열 절연체의 역할을 한다. 그 결과 미네랄 절연 케이블의 외부 재킷과 미네랄 절연 케이블의 전도체 사이의 최대 온도 차이는 감소될 것이다. 더 작은 최대 온도 차이는 전도체에 대한 더 작은 인장 응력을 의미한다.
실시예에서, 외부 재킷과 튜브형 요소 사이의 갭은 임의의 미네랄 절연 물질과 같은 낮은 열전도율을 갖는 물질로 채워진다. 유리한 실시예에서, 갭 치수의 지정을 통하여 대류 전달이 최소화되도록 갭은 공기로 채워진다.
다른 실시예에서, 튜브형 요소의 근위 말단은 밀봉 플랜지 요소에 부착된다. 대안적인 실시예에서, 튜브형 요소는 밀봉 플랜지 요소에 용접된다. 이렇게 하여, 튜브형 요소는 미네랄 절연 케이블의 축 방향으로 부착된다; 결과적으로 튜브형 요소와 미네랄 절연 케이블 사이의 열 접촉 표면은 튜브형 요소 내에서 미네랄 절연 케이블을 정렬시키는 데 필요한 표면으로 최소화될 수 있다.
실시예에서, 튜브형 요소는 적어도 하나의 방사상으로 크림핑(crimping)된 영역을 포함하여 미네랄 절연 케이블을 튜브형 요소 내에서 정렬시킨다. 이 기능은 미네랄 절연 케이블 주위에 튜브형 요소를 위치시키고 정렬시키기 위한 용이한 조립 방법을 제공한다. 또한, 이 특징에 의하여, 미네랄 절연 케이블의 몸체 축에 수직인 진동으로 인한 밀봉 플랜지 요소와 튜브형 요소의 결합부에서의 응력이 감소되며, 이는 제품 수명을 증가시킨다.
다른 실시예에서, 튜브형 요소의 방사상으로 크림핑된 영역은 튜브형 요소의 원위 말단 부분에 위치된다. 이 특징은 튜브형 요소 내에서 미네랄 절연 케이블을 정렬시킨다. 그 결과, 튜브형 요소와 갭의 조합의 열 저항은 미네랄 절연 케이블의 몸체 축 주변에서 실질적으로 동일하며, 감지 장치는 결과적으로 미네랄 절연 케이블의 몸체 축에 수직인 열원의 각도 방향과는 관계없다.
다른 실시예에서, 방사상으로 크림핑된 영역은 서로로부터 동일한 거리를 두고 위치된 3개 이상의 딤플을 포함한다. 이렇게 하여, 튜브형 요소와 미네랄 절연 케이블 간의 열 전도율은 최소화될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소는 링 부분과 튜브 부분을 포함하며, 튜브형 요소는 튜브 부분의 원위 말단에 부착된다. 이 특징은 미네랄 절연 케이블 주위의 튜브와 밀봉 링 간의 결합부에서의 마모를 감소시킨다. 튜브형 요소를 밀봉 링에 직접적으로 용접하는 것은 링 부분과 튜브 부분을 갖는 단일 물질 부재로 이루어진 밀봉 플랜지 요소보다 덜 견고한 구조를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 밀봉 플랜지 요소와 튜브형 요소의 결합부에서의 마모는 밀봉 플랜지의 튜브 부분에서의 적어도 하나의 방사상으로 크림핑된 영역에 의해 더 감소될 수 있다. 유리하게는, 튜브 부분의 방사상으로 크림핑된 영역은 튜브 부분의 원위 말단 부분에 위치된다.
실시예에서, 감지 요소는 온도를 감지하도록 구성된다. 그러나, 감지 요소는 또한 압력 감지 요소, 산소 센서(또는 람다 센서), 또는 예를 들어 -60 내지 +1,000℃의 넓은 작동 온도 범위를 갖는 유체의 하나 이상의 물리량을 감지하는 임의의 다른 센서일 수도 있다.
제2 태양에서, 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지하기 위한 감지 장치를 조립하는 방법이 제공된다. 이 방법은;
- 외부 금속 재킷, 외부 금속 재킷 내에 배치된 전도체 그리고 산화마그네슘 절연체를 갖는 미네랄 절연 케이블 및 물리량을 감지하기 위하여 구성되고 미네랄 절연 케이블의 감지 말단에 결합된 감지 요소를 포함하는 구성 요소를 마련하는 단계;
- 밀봉 플랜지 요소를 마련하는 단계;
- 밀봉 플랜지 요소를 미네랄 절연 케이블에 부착하는 단계;
- 튜브형 요소를 마련하는 단계; 및
- 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분이 미네랄 절연 케이블과 튜브형 요소 사이에 갭을 형성하는 미네랄 절연 케이블의 외부 표면과 미리 정해진 거리를 두고 있도록 미네랄 절연 케이블의 적어도 일부를 튜브형 요소 내에서 밀봉 플랜지 요소와 감지 요소 사이에 위치시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 방법은 튜브형 요소의 근위 말단을 밀봉 플랜지 요소에 부착하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 본 방법은 튜브형 요소 내에 미네랄 절연 케이블을 정렬시키기 위하여 튜브형 요소를 방사상으로 크림핑하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징 및 이점이 실시예의 다양한 특징을 예를 들어 설명하는 첨부된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도면을 참조하여 하기의 설명에 기초하여 위의 그리고 다른 태양, 특성 및 이점이 이하에서 설명될 것이며, 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 온도 센서의 제1 실시예의 개략적인 사시도.
도 2는 제1 실시예의 개략적인 부분 횡단면도.
도 3은 온도 센서의 제2 실시예의 개략적인 부분 횡단면도.
도 4는 크림핑된 영역의 제1 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 5는 크림핑된 영역의 제2 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 6은 크림핑된 영역의 대안적인 실시예의 개략적인 횡단면도.
도 7은 도 2 내의 제1 실시예의 횡단면도의 세부 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 밀봉 요소의 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 밀봉 요소와 튜브형 요소 사이의 연결부의 실시예를 도시한 도면.
본 명세서 내에 개시된 기술의 이점 및 다른 특징은 본 기술의 대표적인 실시예를 설명하는, 도면과 관련하여 취해지는 특정의 바람직한 실시예에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 보다 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 센서(100)의 제1 실시예의 사시도를 나타낸다. 센서(100)는 높은 온도를 갖는 유체의 온도를 감지하기에 적합하다. 본 출원의 문맥에서의 높은 온도는 센서가 -60℃에서 1,000℃ 이상까지의 온도 범위 내의 유체의 물리량 온도를 측정하기 위하여 사용되기에 적합하다는 것을 의미한다. 도시된 센서는 특히 디젤 후처리 시스템 내에서의 배기가스의 흐름의 온도를 측정하도록 설계된다. 이 센서는 자동차 및 대형 차량 적용에서 견뎌낼 수 있다. 또한, 센서는 디젤 후처리 시스템 내에서 겪은 열 충격과 관련하여 개선된 특징을 갖는다.
센서(100)는 공지된 MI-케이블(미네랄 절연 케이블; 102)로 이루어지며, 감지 요소(104)는 MI-케이블의 감지 말단(102D)에 결합된다. 도 4 내지 도 6은 MI-케이블의 횡단면을 나타내고 있다. MI-케이블은 외부 금속 재킷(102A), 외부 금속 재킷(102A) 내에 배치된 2개 이상의 전도체(102B) 그리고 산화마그네슘 절연체(102C)를 포함한다. MI-케이블의 길이는 적용 요구 조건에 좌우된다. 외부 금속 재킷은 적용 요구 조건에 따라 인코넬 외장재(Inconel sheath) 또는 임의의 다른 금속, 예를 들어 스테인리스 스틸 또는 구리일 수 있다.
센서(100)는 밀봉 플랜지 요소(106)를 더 포함한다. 적용 대상 내에 센서를 고정하기 위하여 밀봉 플랜지 요소(106)는 장착 너트(108)와 함께 사용된다. 밀봉 플랜지 요소(106)는, 예를 들어 용접에 의해 MI-케이블의 외부 금속 재킷에 부착된 링형 요소일 수 있다. 링형 용접부는 MI-케이블과 링형 요소 사이에 기밀 밀봉을 형성한다. 감지 요소는 장치의 개구를 통하여 장치의 캐비티 내에 위치되어 유체의 온도를 감지하며, 장착 너트를 장치의 개구 내에 나사 체결함으로써 밀봉 플랜지 요소는 개구의 밀봉 표면으로 눌려져 바람직하게는 센서를 갖는 장치의 개구를 기밀하게 밀폐시킨다.
센서(100)는 튜브형 요소(110)를 더 포함한다. 튜브형 요소는 압출 공정에 의하여 얻어진 압출 부품일 수 있다. 튜브형 요소는 외부 금속 재킷에 외부적으로 위치되며, 밀봉 플랜지 요소(106)와 MI-케이블의 감지 말단(102D) 사이에서 MI-케이블(102)의 적어도 일부를 둘러싼다. 튜브형 요소는 임의의 적절한 합금, 예를 들어 인코넬, 스테인리스 스틸 또는 구리로 구성될 수 있다. 튜브형 요소는 MI-케이블의 외부 표면과 튜브형 요소의 내부 표면 사이에 공간을 남겨두고 외부 금속 재킷 위로 끼워지도록 내부 직경을 갖는다. 튜브형 요소(110)의 근위 말단(110A)은, 예를 들어 레이저 용접에 의하여 밀봉 플랜지 요소(106)에 부착된다.
크림핑이 튜브형 요소(110)의 축과 MI-케이블(102)을 정렬시키도록 튜브형 요소(110)는 방사상으로 크림핑된다. 이렇게 하여, 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분은 MI-케이블의 외부 표면과 미리 정해진 거리를 두고 있다. 이 거리는 MI-케이블과 튜브형 요소 사이에 갭을 형성한다. 사용 중에, 갭은 온도가 측정되는 유체로 채워진다. 보다 고가의 실시예에서, 갭은 측정될 유체의 고온에 저항하는 임의의 적절한 가요성 열절연 물질로 채워질 수 있다. 1) 갭 내의 유체를 통한 전도, 2) 튜브형 요소에서 MI-케이블로의 에어 갭을 가로지르는 복사에 의한 열 전달의 조합이 튜브형 요소의 직경에 대하여 최적이 되도록 위의 거리는 바람직하게는 선택된다. 이 거리는 대류를 방지할 만큼 충분히 작아야 하며 갭을 가로지르는 복사를 줄일 만큼 충분히 커야 한다.
센서(100)는 MI-케이블로부터 가요성 하니스(112)로 전기 신호를 전이시키는 후방 하우징(114)을 더 포함한다. 본 발명은 밀봉 플랜지 요소와 감지 요소 사이의 MI-케이블 사이의 상호 작용에 초점을 맞출 것이다.
실시예에서, 감지 요소(104)는 열전쌍 접합부(N-형)(도시되지 않음)에 의하여 형성된다. 열전쌍 접합부는 MI-케이블의 전도체를 용접함으로써 얻어진다. 이 실시예에서, 센서는 접합부의 온도에 따라 전도체 내의 전기 전압 차이를 출력하는 기능을 갖는다. 접합부는 보호 캡에 의하여 감지된 유체로부터 보호되며, 이 보호 캡은 MI-케이블의 외부 금속 재킷에 용접된다.
튜브형 요소(110)의 기능은 하기와 같다. 센서 주위로의 열 에너지의 적용 동안 열은 먼저 외장재 조립체 외부 표면으로 전달되어야 한다. 내부 표면에서의 열은 갭 내의 매체를 통하여 전도될 수 있고, 유체의 경우에 갭을 가로지르는 복사에 의하여 전달될 수 있으며 또는 MI-케이블의 외부 금속 재킷과 기계적으로 접촉하고 있는 크림핑의 영역을 가로질러 전도될 수 있다. 이는 MI-케이블(102)의 전도체와 외부 재킷(102A) 간의 열 구배의 크기를 낮추고 따라서 MI-케이블의 외부 재킷과 전도체의 열팽창 차이를 낮추는 효과를 갖는다. 이는 열 사이클 동안 전도체가 겪는 응력의 크기를 낮추며, 따라서 센서의 열 충격 응답을 개선시킨다.
실험은 배기 시스템 내에서의 배기가스 흐름의 온도가 흐름의 단면에서 균등하게 분산되지 않고 개별적인 적용 대상에 크게 의존한다는 것을 보여주고 있다. 본 출원에서, 용어 "핫 스폿(hot spot) 영역"은 적절한 사용 기간을 보장하도록 본 명세서 내에서 청구된 개선 사항을 필요로 하는 높은 온도 변화를 갖는 흐름 내의 영역을 나타내기 위해 사용된다. 또한, 테스트는 튜브형 요소의 설계가 공진에 의해 유발된 고장을 방지하기 위해 적용 대상의 진동 특성을 고려하는 것이 중요하다는 것을 나타내고 있다. 튜브형 요소의 상대적인 길이를 변경함으로써 공진 주파수가 변경될 수 있으며, 따라서 진동의 진폭이 감소되어 제품 수명이 개선될 수 있다. 변화하는 열의 위치 및 진동 특성을 고려함으로써, 튜브형 요소의 길이는 밀봉 플랜지 요소와 감지 요소 사이의 MI-케이블의 길이보다 짧을 수 있다. 도 2는 제1 실시예의 부분 횡단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 이 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소(106)와 감지 요소(104) 사이의 MI-케이블의 일부만이 튜브형 요소(110)에 의하여 형성된 열 차폐부에 의해 차폐된다. 이 특정 적용에서 가장 높은 온도 변화를 갖는 핫 스폿 영역이 참조 부호 120으로 표시된다.
도 2는 튜브형 요소(110)가 3개의 방사상으로 크림핑된 영역(130)을 포함하고 있다는 것을 더 보여준다. 2개의 좌측 크림핑된 영역의 횡단면도가 도 4에 주어져 있으며, 감지 요소에 가장 가까운 크림핑된 영역의 횡단면도가 도 5에 주어져 있다. 테스트는 MI-케이블 주위의 보호 튜브의 근위 말단에 2개의 크림핑된 영역을 갖는 것이 진동에 관하여 밀봉 요소(106)와 튜브형 요소(110)의 결합부의 저항을 개선하는 것임을 보여주고 있다. 바람직하게는, 방사상으로 크림핑된 영역은 핫 스폿 영역에 존재하지 않아 열 전달을 감소시킨다.
도 3은 온도 센서의 제2 실시예의 부분 횡단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 이 실시예는 튜브형 요소(110)가 밀봉 플랜지 요소와 감지 요소 사이에서 MI-케이블의 길이를 따라 완전히 연장된다는 점에서 도 2의 실시예와 다르다. 이는 핫 스폿 영역(122)이 유체와 접촉하고 있는 MI-케이블의 길이에서 상대적으로 작은 부분으로 제한되지 않을 때 필요하다. 또한, 감지될 유체에 삽입된 MI-케이블의 길이가 길고 핫 스폿 영역이 넓은 경우, 밀봉 요소 측에 위치된 하나 또는 2개의 크림핑와 감지 요소 측에 위치된 크림핑 사이에 하나 이상의 크림핑된 영역을 갖는 것이 필요할 수도 있다. 예를 들어, MI-케이블의 축에 수직인 흐름의 속도가 높고 중간에 크림핑이 사용되지 않는 경우, 튜브형 요소는 흐름에 의하여 변형될 수 있어 모든 위치에서 갭 폭은 동일하지 않다. 결과적으로, 튜브형 요소와 갭을 통한 유체로부터 MI-케이블로의 열전달 특성은 MI-케이블 주위에서 동일하지 않으며, MI-케이블은 일 측에서 반대 측보다 빠르게 가열되고 다른 열팽창으로 인하여 굽어질 것이다. 부가적인 크림핑된 영역은 튜브형 요소(110)의 중심축과 MI-케이블(102)의 중심축의 정렬을 개선한다. 이는 크림핑되지 않은 영역의 튜브형 요소와 MI-케이블 사이의 미리 한정된 일정한 갭 폭을 야기하며, 결과적으로 MI-케이블의 몸체 축에 수직인 열원의 각도 방향과는 관계없는 감지 장치의 열 민감성을 야기한다.
도 4는 크림핑된 영역의 제1 실시예의 횡단면도를 개략적으로 보여주고 있다. 외부 금속 재킷(102A) 내에, 한정되지는 않으나 산화마그네슘과 같은 절연 물질(102C) 내의 2개의 전도체(102B)가 배치된다. 크림핑된 영역은 8개의 넓은 딤플(dimple; 130A)을 포함한다. 이 크림핑된 영역에서, 튜브형 요소(110)의 내측의 대부분은 MI-케이블의 외부 표면에 눌려진다. 또한 갭이 거의 없다. 이러한 유형의 크림핑은 튜브형 요소와 금속 재킷 사이에 강한 기계적 고정을 제공하여 강성과 내진동성을 개선시킨다는 이점을 갖는다. 이러한 유형의 크림핑의 단점은 이 영역 내의 튜브형 요소로부터 MI-케이블로의 열전달이 매우 양호하다는 것, 즉 내열성이 매우 낮다는 것이다. 따라서, 이러한 유형의 크림핑은 밀봉 플랜지 요소에 결합된 튜브형 요소의 말단에서 사용된다. 이 영역에서, 기계적인 고정이 핫 스폿 영역 밖에 있고 그리고 센서의 핵심을 이룬다는 것이 가장 중요한 특징이다.
도 5는 크림핑된 영역의 제2 실시예의 횡단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 이 실시예는 크림핑된 영역이 4개의 좁은 딤플(130A)을 포함하고 있다는 점에서 이전의 실시예와 다르다. 이 크림핑된 영역에서, 튜브형 요소(110)의 내측의 작은 부분은 MI-케이블의 외부 표면으로 눌려진다. 또한, 튜브형 요소(110)와 재킷(102A) 사이의 공간은 갭을 형성한다. 이러한 유형의 크림핑은 이 영역 내의 튜브형 요소로부터 MI-케이블로의 열전달이 도 4에 도시된 크림핑된 영역보다 훨씬 작다는, 즉 내열성이 크다는 이점을 갖는다. 이러한 유형의 크림핑된 영역의 단점은 이 영역이 적은 기계적 강성을 제공하고 크림핑된 영역의 일 측에서 크림핑된 영역의 외측으로의 튜브형 요소의 상대적인 진동에 대하여 더 적은 저항을 제공한다는 것이다. 따라서, 이러한 유형의 크림핑은 튜브형 요소의 원위 말단 부분(110B)에서, 그리고 필요하다면 핫 스폿 영역 내에서 사용된다. 도 6은 3개의 딤플을 갖는 크림핑된 영역의 대안적인 실시예의 횡단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 방사형 크림핑 공정 중에 3개 이상의 딤플을 생성함으로써 MI-케이블과 튜브형 요소 모두의 중심축을 정렬하는 것이 쉽다. 바람직하게는, 방사상으로 크림핑된 영역의 3개 이상의 딤플은 서로로부터 동일한 거리를 두고 위치된다.
도 7은 도 2의 제1 실시예의 횡단면도의 세부 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 본 도면은 튜브형 요소(110)와 밀봉 플랜지 요소(106) 간의 결합을 나타내고 있다. 이 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소는 레이저 용접에 의하여 MI-케이블의 금속 재킷(102A)에 부착된 밀봉 링이다. 튜브형 요소의 말단(110A)은 밀봉 링에 레이저 용접된다. 더욱이, 2개의 방사상으로 크림핑된 영역의 함몰부(130A)를 볼 수 있다. 이 실시예에서, 크림핑된 영역은 튜브형 요소에 위치된다.
도 8은 밀봉 요소의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소는 하나의 금속편으로 만들어지며 링 부분(106A)과 튜브 부분(106B)을 포함한다. 튜브형 요소의 말단(110A)은 튜브 부분(106B)의 원위 말단(106B1)에 부착된다. 또한, 튜브 부분(106B)은 2개의 위치에서 방사상으로 크림핑된다. 테스트는 본 실시예에서 밀봉 플랜지 요소(106)와 튜브형 요소(110) 사이의 용접된 연결부가 진동으로 인한 응력에 덜 민감하다는 것을 보여 주고 있다. 튜브 부분(106B)은 그 원위 말단에 하나의 크림핑된 영역을 포함하고 튜브형 요소(110)의 근위 말단은 크림핑된 영역을 포함하는 것이 더 가능할 수도 있다. 이 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소와 튜브형 요소 사이의 연결부는 상기 2개의 크림핑된 영역 사이에 있다.
도 9는 밀봉 플랜지 요소(106)와 튜브형 요소(110) 사이의 연결부의 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서, 밀봉 플랜지 요소는 링 부분(106A)과 튜브 부분(106B)을 포함하는 단일 부재이다. 정렬 특징부(106B2)는 튜브형 요소(110)를 향하는 밀봉 플랜지 요소(106)의 측부에 제공된다. 정렬 특징부(106B2)는 플랜지 요소(106)와 동축인 튜브 부분(106B)의 원위 말단(106B1)에서의 삼각형 돌출부이다. 삼각형 돌출부는 튜브형 요소(110)의 말단(110A)에서 개구에 끼워진다. 본 실시예에서 튜브 부분(106B)과 튜브형 요소(110)의 외경은 유사하다. 마찬가지로, 튜브 부분(106B)의 내경은 튜브형 요소(110)의 내경보다 작다. 삼각형 돌출부(106B2)의 외경은 튜브형 요소(110)의 내경과 일치한다. 튜브형 요소를 튜브 부분(106B)의 원위 말단(106B1)에 대하여 위치시킬 때, 삼각형 돌출부는 밀봉 요소(106)의 중심축과 튜브형 요소(110)를 정렬시킨다. 그 후, 튜브형 요소(110)는 원둘레 용접에 의해 밀봉 요소(106)에 부착된다.
밀봉 플랜지 요소의 관통 구멍의 직경이 MI-케이블의 직경에 대응하는 경우, 삼각형 돌출부(106B2)는 바람직하게는 MI-케이블(도 9에 도시되지 않음)과 튜브형 요소(110) 사이의 원하는 갭 폭과 동일한 폭을 갖는다. 이렇게 하여, 튜브형 요소(110)의 근위 말단(110A)에 가까운 튜브형 요소의 방사상 크림핑은 필요하지 않다.
플랜지 요소(106)의 관통 구멍과 튜브형 요소(110)의 직경이 유사하다면, 튜브형 요소(110)의 근위 말단(110A)은 삼각형 돌출부(106B2)를 수용하기 위한 원형 요부를 포함한다는 점에 주의해야 한다. 또한, 튜브 부분(106B)의 원위 말단에서의 방사상으로 크림핑된 영역은 튜브 부분의 중심축과 MI-케이블(102)을 정렬시킨다. 결과적으로, 삼각형 돌출부(106B2)는 튜브형 요소(110)의 적어도 근위 말단부의 중심축을 정렬시킨다.
위에서 설명된 실시예는 다음 동작을 포함하는 방법으로 조립될 수 있다. 외부 금속 재킷, 외부 금속 재킷 내에 배치된 전도체 및 산화마그네슘 절연체를 갖는 미네랄 절연 케이블을 포함하는 구성 요소를 마련. 선택적으로, 물리량을 감지하도록 구성된 감지 요소는 이미 광물 절연 케이블의 감지 말단에 결합되어 있다. 밀봉 플랜지 요소를 마련. 원둘레 용접 공정에 의하여 밀봉 플랜지 요소를 미네랄 절연 케이블에 부착. 이어서, 튜브형 요소가 마련된다. 원위 말단은 튜브형 요소 내에 및/또는 튜브형 요소를 통해 삽입되어 밀봉 플랜지 요소와 감지 말단 사이의 미네랄 절연 케이블의 적어도 일부는 튜브형 요소 내에 위치되고 튜브형 요소로 둘러싸인다. 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분이 미네랄 절연 케이블과 미리 정해진 거리를 두고 있어 미네랄 절연 케이블과 튜브형 요소 사이에 갭을 형성하도록 튜브형 요소가 위치된다.
방사상 크림핑 공정에 의하여, 3개 이상의 딤플을 갖는 크림핑된 영역이 튜브형 요소에 형성될 수도 있다. 딤플의 깊이는 바람직하게는 갭의 미리 정해진 폭보다 약간 크다. 이렇게 하여, 튜브형 요소의 몸체 축은 MI-케이블의 몸체 축과 정렬되는 반면에, 금속 재킷은 최소한으로 변형되고 튜브형 요소는 클램핑 력에 의하여 MI-케이블에 축 방향으로 부착된다. 이러한 방식으로, 튜브형 요소가 한 말단에서 밀봉 플랜지 요소에 부착되지 않아 축 방향으로의 튜브형 요소의 이동을 방지하는 감지 장치의 실시예를 갖는 것이 가능하다. 이 실시예에서, 축 방향으로 튜브형 요소와 MI-케이블 사이에 일정한 갭 폭을 얻기 위하여 튜브형 요소는 적어도 2개의 크림핑된 영역, 즉 양쪽 말단에 크림핑된 영역을 포함해야 한다. 감지 장치의 적용은 이 실시예가 적합한지 여부를 결정한다.
도면에 나타나 있는 실시예를 얻기 위해, 본 방법은 튜브형 요소의 근위 말단을 밀봉 플랜지 요소에 부착하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 이점은 열 충격시 열전쌍 성능의 근본적인 개선, 열 사이클 동안의 제품 수명 증가, 및 주어진 유체 온도를 위한 더 낮은 전체적인 전도체 온도를 포함한다. 본 출원은 밀폐 플랜지 요소와 감지 요소 사이에서 MI-케이블을 사용하는, 긴 프로브 길이 또는 확장된 온도 작동 온도 감지 범위를 갖는 센서를 설명한다. 이 센서는 자동차 환경에서 장기간 동안 견뎌 낸다.
설명된 실시예 모두 온도 감지 요소로서 N형의 고온 열전쌍을 포함하고 있다는 것을 주목해야 한다. N형 고온 열전쌍이 넓은 범위의 급격하게 변하는 온도를 갖는 유체의 물리적 특성을 감지하기 위한 임의의 다른 감지 요소로 대체되어 설명된 이점을 얻을 수 있다는 점이 명백할 수 있다. 다른 감지 요소의 예는; 다른 유형의 고온 열전쌍, PTC- 또는 NTC-서미스터, 및 산소 감지 요소 (또는 람다 센서)에 제한되지 않는다.
여러 실시예에 관하여 본 발명이 설명되었지만, 명세서를 읽고 도면을 검토할 때 본 발명의 대안, 수정, 치환 및 등가물이 당업자에게는 명백해질 것이라는 것이 고려된다. 본 발명은 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지하기 위한 감지 장치로서,
    외부 금속 재킷, 상기 외부 금속 재킷 내에 배치된 전도체 그리고 산화마그네슘 절연체를 갖는 미네랄 절연 케이블;
    물리량을 감지하도록 구성되며, 상기 미네랄 절연 케이블의 감지 말단에 결합된 감지 요소;
    상기 미네랄 절연 케이블의 상기 외부 금속 재킷에 결합된 밀봉 플랜지 요소; 및
    상기 밀봉 플랜지 요소와 상기 미네랄 절연 케이블의 상기 감지 말단 사이에서 상기 미네랄 절연 케이블의 적어도 일부를 둘러싸는 튜브형 요소
    를 포함하며, 상기 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분은 상기 미네랄 절연 케이블의 외부 표면으로부터 미리 정해진 거리를 두고 위치하여, 상기 미네랄 절연 케이블과 상기 튜브형 요소 사이에 갭을 형성하는 것인 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 갭은 에어 갭인 것인 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브형 요소의 근위 말단은 상기 밀봉 플랜지 요소에 부착된 것인 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 튜브형 요소는 상기 밀봉 플랜지 요소에 용접된 것인 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 미네랄-절연 케이블을 상기 튜브형 요소 내에서 정렬하도록 상기 튜브형 요소는 적어도 하나의 방사상으로 크림핑(crimping)된 영역을 포함하는 것인 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 튜브형 요소의 방사상으로 크림핑된 영역은 상기 튜브형 요소의 원위 말단 부분에 위치된 것인 감지 장치.
  7. 제5항에 있어서, 방사상으로 크램프된 영역은 서로로부터 동일한 거리를 두고 위치된 3개 이상의 딤플을 포함하는 것인 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 플랜지 요소는 링 부분과 튜브 부분을 포함하며, 상기 튜브형 요소는 상기 튜브 부분의 원위 말단에 부착된 것인 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 밀봉 플랜지 요소의 상기 튜브 부분의 상기 원위 말단은 상기 밀봉 플랜지 요소의 몸체 축과 상기 튜브형 요소의 몸체 축을 정렬시키도록 구성된 정렬 특징부(feature)를 포함하는 것인 감지 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 밀봉 플랜지 요소의 상기 튜브 부분은 적어도 하나의 방사상으로 크림핑된 영역을 포함하는 것인 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 튜브 부분의 방사상으로 크림핑된 영역은 상기 튜브 부분의 원위 말단 부분에 위치된 것인 감지 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 감지 요소는 온도를 감지하도록 구성된 것인 감지 장치.
  13. 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지하기 위한 감지 장치를 조립하는 조립 방법으로서,
    외부 금속 재킷, 상기 외부 금속 재킷 내에 배치된 전도체 그리고 산화마그네슘 절연체를 갖는 미네랄 절연 케이블 및 물리량을 감지하도록 구성되고 상기 미네랄 절연 케이블의 감지 말단에 결합된 감지 요소를 포함하는 구성 요소를 마련하는 단계;
    밀봉 플랜지 요소를 마련하는 단계;
    상기 밀봉 플랜지 요소를 상기 미네랄 절연 케이블에 부착하는 단계;
    튜브형 요소를 마련하는 단계; 및
    상기 튜브형 요소의 내부 표면의 대부분이 상기 미네랄 절연 케이블의 외부 표면과 미리 정해진 거리를 두고 위치하여, 상기 미네랄 절연 케이블과 상기 튜브형 요소 사이에 갭을 형성하도록, 상기 미네랄 절연 케이블의 적어도 일부를 튜브형 요소 내에서 상기 밀봉 플랜지 요소와 상기 감지 요소 사이에 위치시키는 단계
    를 포함하는 조립 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 튜브형 요소의 근위 말단을 상기 밀봉 플랜지 요소에 부착하는 단계를 더 포함하는 조립 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 튜브형 요소 내에 상기 미네랄-절연 케이블을 정렬시키기 위하여 상기 튜브형 요소를 방사상으로 크림핑하는 단계를 더 포함하는 조립 방법.
  16. 높은 온도를 갖는 유체의 물리량을 감지하기 위한 감지 장치로서,
    외부 금속 재킷; 상기 외부 금속 재킷 내에 배치된 전도체; 그리고 절연체를 포함하며, 감지 말단을 갖는 케이블;
    물리량을 감지하도록 구성되며 상기 감지 말단에 결합된 감지 요소;
    상기 케이블의 상기 외부 금속 재킷에 결합된 밀봉 플랜지; 및
    상기 케이블과의 사이에 갭을 형성하기 위하여 상기 밀봉 플랜지와 상기 감지 말단 사이에서 상기 케이블의 적어도 일부를 둘러싸는 튜브형 요소
    를 포함하며, 상기 갭은 측정을 위한 유체로 채워져 있는 것인 감지 장치.
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