BR102014024051A2 - sensor de gás - Google Patents

Abstract

sensor de gás. um sensor de gás (gs) para detectar um componente específico em um gás a ser medido. um elemento de sensor de gás (4) inclui uma porção de detecção ( 40) formada de uma camada de base de eletrólito sólido ( 400), uma camada de eletrodo de referência (401 ), e uma camada de eletrodo de medição (402). um aquecedor (5) se estende de maneira axial e é retangular na forma da seção transversal, e é configurada para aquecer o elemento de sensor de gás (4). um encaixe terminal positivo (1) inclui ·um prendedor de aquecedor (10) para prender o aquecedor (5) dentro do elemento de sensor de gás (4). um alojamento cilíndrico (6) prende a porção de detecção (40) no gás a ser medido. o prendedor de aquecedor (10) inclui um par de superfícies de contato (102) para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor ( 5) tal que pelo menos uma borda de fundo de uma das superfícies lateriais curtas do aquecedor ( 5) está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás (4).

Description

“SENSOR DE GÁS” CONHECIMENTO (Campo técnico) [0001] A presente invenção se refere a um sensor de gás para detectar uma concentração de um componente de gás específico de um gás a ser medido. (Técnica relacionada) [0002] Convencionalmente, um sensor de gás é provido ao longo de uma passagem de fluxo de exaustão de um motor de combustão interna, tal como um motor de automóvel ou semelhantes, para detectar uma concentração de um componente de gás específico, tal como oxigênio ou semelhantes, incluído na exaustão queimada, para controlar uma razão de ar para combustível e uma temperatura de um catalisador de tratamento de gás de exaustão com base na concentração detectada do componente de gás específico do gás a ser medido.

[0003] Sensores de gás comumente usados como os acima incluem um sensor de oxigênio incluindo um elemento de detecção conformado em copo formado de uma base de eletrólito sólido conformado como um cilindro fechado em uma extremidade e formado de um material de eletrólito sólido com cotidutividade de íon oxigênio (tal como zircônia ou semelhantes), uma camada de eletrodo de medição disposta na circunferência externa da base de eletrólito sólido para estar em contato com o gás a ser medido e uma camada de eletrodo de referência disposta na circunferência interna da base de eletrólito sólido para estar em contato com a atmosfera como um gás de referência, para detectar uma diferença potencial entre estas duas camadas de eletrodo causadas através de uma diferença entre uma concentração de oxigênio no gás a ser medido e uma concentração de oxigênio no gás de referência e desta forma detectam a concentração de oxigênio no gás a ser medido, um sensor de razão de ar para combustível para detectar uma concentração de um componente de gás específico na exaustão queimada e desta forma medir uma razão de ar para combustível de uma mistura de ar e combustível introduzido para o motor de combustão interna, e um sensor de amônia para detectar uma concentração de amônia no gás a ser medido usando um eletrólito sólido de condução de íon hidrogênio.

[0004] Para acelerar a ativação destes sensores, estes sensores incluem um aquecedor para produzir calor quando energizado, onde o aquecedor é mantido na posição tal que o eixo central do aquecedor está alinhado com o eixo central da base de eletrólito sólido e uma ponta do aquecedor está em contato com uma porção de fundo da base de eletrólito sólido.

[0005] Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No.2001-305098 divulga um sensor de gás incluindo um prendedor de aquecedor tendo uma porção de crimpagem de aquecedor que é conformada em C na forma da seção transversal para prender um aquecedor conformado como uma haste ou retangular na forma da seção transversal e de maneira axial se estendendo tal que o aquecedor é móvel de maneira axial dentro da base de eletrólito sólido conformado como um cilindro fechado em uma das extremidades (ver a Fig. 4 da Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No.2001-305098).

[0006] O prendedor de aquecedor como divulgado na Publicação de pedido de patente japonês depositado aberto No.2001-305098 é configurado para permitir que o aquecedor se mova de maneira axial, o que pode reduzir a rachadura do elemento causada pelo contato da ponta do aquecedor com a porção de fundo da base de eletrólito sólido.

[0007] Em sensores de gás conformados em copo tradicionais, no entanto, a atmosfera, como um gás de referência, introduzido entre o aquecedor e a circunferência interna do eletrólito sólido deve ser aquecido de maneira direta ou indireta pelo aquecedor.

[0008] Para permitir que o eletrólito sólido alcance mais cedo a temperatura de ativação, é necessário definir a temperatura de aquecimento suficientemente maior do que a temperatura de ativação, o que pode levar a custos de fabricação aumentados e perdas de energia.

[0009] Em adição, água que entrou pelos orifícios providos na cobertura pode se depositar no eletrólito sólido ativado através de calor pelo aquecedor, o que pode levar a uma maior distribuição de temperatura ou distribuição de temperatura mais larga no eletrólito sólido através do resfriamento local, e assim à rachadura de tensão térmica (rachadura de exposição à água).

[00010] Em consideração do que foi dito anteriormente, portanto pode ser desejável ter um sensor de gás que permite a ativação mais cedo de um eletrólito sólido e é menos susceptível à rachadura de exposição à água do eletrólito sólido.

SUMÁRIO

[00011] De acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção, é provido um sensor de gás (GS) para detectar um componente específico em um gás a ser medido. O sensor de gás inclui: um elemento de sensor de gás conformado como um cilindro fechado em uma das extremidades, o elemento de sensor de gás incluindo uma porção de detecção formada de uma camada de eletrólito sólido com pelo menos condutividade de íon específica, uma camada de eletrodo de referência para estar em contato com um gás de referência, e uma camada de eletrodo de medição para estar em contato com o gás a ser medido; um aquecedor se estendendo de maneira axial e retangular na forma da seção transversal, e configurado para aquecer o elemento de sensor de gás; um encaixe terminal positivo incluindo um prendedor de aquecedor para prender o aquecedor dentro do elemento de sensor de gás; e um alojamento cilíndrico para prender a porção de detecção no gás a ser medido. Na modalidade, o prendedor de aquecedor inclui um par de superfícies de contato para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor tal que pelo menos uma borda de fundo de uma das superfícies laterais curtas do aquecedor está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás.

[00012] No sensor de gás (GS) configurado como dito acima, a borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás. Isto permite que o elemento de sensor de gás seja aquecido diretamente, o que leva à ativação mais cedo do elemento de sensor de gás.

[00013] Em adição, a distância de prevenção de rachadura de exposição à água (GP) é provida entre um trajeto de entrada de água e a borda de fiando do aquecedor, o que pode evitar a rachadura de exposição à água.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00014] A Fig. IA é uma vista de seção transversal longitudinal de um sensor de gás de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[00015] A Fig. 1B é uma vista de seção transversal lateral de uma porção principal do sensor de gás tomada ao longo da linha B-B da Fig. 1 A;

[00016] A Fig. 2A é uma vista lateral de um encaixe terminal positivo como um componente principal do sensor de gás da modalidade;

[00017] A Fig. 2B é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha B-B da Fig. 2A;

[00018] A Fig. 2C é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha C-C da Fig. 2A;

[00019] A Fig. 2D é uma vista de seção transversal do encaixe terminal positivo tomada ao longo da linha D-D da Fig. 2A;

[00020] A Fig. 2E é uma vista de perspectiva do encaixe terminal positivo da Fig. 1 A;

[00021] A Fig. 3A é uma vista de perspectiva de um dos encaixes terminais de aquecedor para o uso no sensor de gás da modalidade;

[00022] A Fig. 3B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do encaixe terminal de aquecedor da Fig. 3A;

[00023] A Fig. 4A é uma vista lateral de um encaixe terminal negativo para o uso no sensor de gás da modalidade;

[00024] A Fig. 4B é uma vista de seção transversal lateral do sensor de gás tomada ao longo da linha B-B da Fig. 4A;

[00025] A Fig. 5 é uma vista de perspectiva de um aquecedor para o uso no sensor de gás da modalidade;

[00026] A Fig. 6A é uma esquemática que explica as vantagens da modalidade;

[00027] A Fig. 6B é um gráfico que ilustra as vantagens da modalidade em comparação com o exemplo comparativo;

[00028] A Fig. 7A é uma vista de seção transversal de uma primeira variação do sensor de gás;

[00029] A Fig. 7B é uma vista de seção transversal de uma segunda variação do sensor de gás;

[00030] A Fig. 7C é uma vista de seção transversal de uma terceira variação do sensor de gás;

[00031] A Fig. 8A é uma vista de seção transversal lateral de uma primeira variação do prendedor de aquecedor;

[00032] A Fig. 8B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do prendedor de aquecedor da Fig. 8 A.

[00033] A Fig. 9 A é uma vista de seção transversal lateral de uma segunda variação do prendedor de aquecedor; e [00034] A Fig. 9B é uma vista de seção transversal lateral da montagem do prendedor de aquecedor da Fig. 9A.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS

[00035] . Um sensor de gás GS, de acordo com uma modalidade da presente invenção, será explicado agora com referência às Figs. 1A e 1B.

[00036] O sensor de gás GS é configurado para detectar um componente específico em um gás a ser medido. O sensor de gás GS inclui pelo menos, um elemento de sensor de gás 4, um aquecedor 5 dentro do elemento de sensor de gás 4, que é retangular na forma da seção transversal e de maneira axial se estende, e inclui um elemento de aquecimento 51 no mesmo para produzir calor através de energização, um encaixe terminal positivo 1 que inclui um prendedor de aquecedor 10 na sua extremidade distai para prender o aquecedor.

[00037] O prendedor de aquecedor 10 inclui um par de superfícies de contato 102 para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor 5 tal que pelo menos uma borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás 4. Isto permite que o elemento de sensor de gás 4 seja aquecido diretamente, o que leva à ativação mais cedo do elemento de sensor de gás 4.

[00038] A Fig. 1B mostra uma esquemática de condução térmica do aquecedor 5 indicada pelas setas e pelas linhas isotérmicas.

[00039] O elemento de sensor de gás 4 da presente modalidade, que é um assim chamado elemento de sensor de gás conformado em copo, é conformada com um cilindro fechado em uma das extremidades e formado de um material de eletrólito sólido com condutividade de íon específico (tal como zircônia ou semelhantes).

[00040] Enquanto a invenção será descrita em detalhe nos termos de um exemplo específico, que é, o sensor de gás, a presente invenção não deve ser interpretada como estando limitada a tal sensor de gás.

[00041] O sensor de gás pode ser modificado para ser capaz de detectar uma razão de ar para combustível (A/F) ou um NOx através da modificação da estrutura dos eletrodos e o processo de controle e outros ou detectar uma concentração de amônia no gás a ser medido através do uso do eletrólito sólido de condução de íon hidrogênio.

[00042] O prendedor de aquecedor 10, que é um componente principal da presente invenção, é configurado para pressionar de maneira resiliente contra as superfícies laterais longas do aquecedor 5 com uma carga de contato predeterminada F.

[00043] Como dito acima, pelo menos uma borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás 4, que permite que a porção de detecção 40 do aquecedor 5 seja aquecida diretamente através da condução de calor durante a produção de calor do aquecedor 5.

[00044] Uma liberação CL é provida entre o prendedor 10 e a superfície lateral curta do aquecedor 5 e as superfícies de contato 102 são curvadas de maneira convexa com um raio de retentor predeterminado (ou raio de curvatura) R para desta forma pressionar contra as laterais do aquecedor 5 em pontos opostos na vista de seção transversal. Isto permite que o aquecedor 5 se mova de maneira radial, atenuando desta forma forças de reação em pontos onde a superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás 4.

[00045] Em adição, um ângulo de contato da superfície lateral curta do aquecedor 5 com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás 4 pode ser definido de maneira arbitrária, o que leva a uma maior área onde a porção de detecção 40 pode ser mantida de maneira direta pelo aquecedor 5.

[00046] O elemento de sensor de gás 4 inclui a porção de detecção 40 no lado distai, uma porção alargada 41 em uma porção média do elemento 4, e uma porção de extremidade proximal 42 no lado proximal para se comunicar eletricamente com o exterior.

[00047] A porção de detecção 40 inclui a camada de base de eletrólito sólido 400, a camada de eletrodo de referência 401 provida na superfície interna da camada de base de eletrólito sólido 400 para estar em contato com ar atmosférico como um gás de referência, e a camada de eletrodo de medição 402 provida na superfície externa da camada de base de eletrólito sólido 400 para estar em contato com o gás a ser medido.

[00048] A porção alargada 41 se estende para o fora como uma aba e é presa dentro do alojamento cilíndrico 6 através de meios de vedação predeterminados 7 ou semelhantes.

[00049] Dentro da porção de detecção 40, o encaixe terminal positivo 1 é provido para conectar com o eletrodo de referência 401 e manter o aquecedor 5 dentro do sensor de gás 4. Fora da porção de detecção 40, o encaixe terminal negativo 2 é provido para conectar com o eletrodo de medição 402.

[00050] O encaixe terminal positivo 1 que é um componente principal do sensor de gás 5 da presente modalidade será explicado agora com referência à Fig. 1 A, à Fig. 2A, à Fig. 2B, à Fig. 2C, à Fig. 2D, e à Fig. 2E. O encaixe terminal positivo 1 é formado de um material metálico bem conhecido com uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica. O encaixe terminal positivo 1 inclui, na extremidade distai do mesmo, um prendedor de aquecedor 10 para reter o aquecedor 5, o encaixe terminal positivo 1 inclui adicionalmente, na extremidade proximal do prendedor de aquecedor 10, uma porção de condução de terminal positivo 11 para se comunicar eletricamente com o eletrodo de referência 401, e na extremidade proximal da porção de condução de terminal positivo 11, uma porção intermediária de terminal positivo 12 que é planar e se estende de maneira axial, e adicionalmente na extremidade proximal da porção intermediária de terminal positivo 12, uma porção de crimpagem de terminal positivo 13 para se conectar eletricamente uma linha de sinal positivo Meo exterior.

[00051] O prendedor de aquecedor 10 da presente modalidade inclui porções de dobra 101 em ambos os lados de uma porção de base semelhante à placa plana 100, e porções de contato 102 que são conectadas, ao longo das porções de dobra 101, para as porções de base semelhantes à placa plana 100.

As porções de contato 102 são curvadas de maneira convexa 5 nas direções de preensão para dentro (como indicado pelas setas F na Fig. 1B) com um raio de retentor predeterminado (ou raio de curvatura) R para pressionar contra as laterais do aquecedor 5. As porções de contato 102 possuem, como um grampo triangular, extremidades abertas 103 se estendendo para fora, que é, em direções opostas às direções de preensão.

[00052] No prendedor de aquecedor 10, uma liberação CL é provida entre a porção de base 100 do prendedor de aquecedor 10 e um dos lados do aquecedor 5 (o aquecedor 5 que é retangular na forma da seção transversal). A liberação CL provê um espaço dentro do qual o aquecedor 5 pode se mover de maneira radial até algum grau.

[00053] A porção de condução de terminal positivo 11 é formado de uma placa dobrada em um anel a ser conformado em C na forma da seção transversal, e é polarizada para produzir uma força de pressionamento para fora a partir do interior do elemento de sensor de gás 4.

[00054] A montagem da porção de condução de terminal positivo 11 dentro da porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 pode ser implementada através da inserção da porção de condução de terminal positivo 11 para a porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 com um raio reduzido.

[00055] A porção de crimpagem 13 inclui, em ambos os lados do mesmo, suspensões conformadas em lingueta. Um núcleo condutor 140 da linha de sinal positivo 14 é preso à porção de crimpagem 13 através do dobramento e da crimpagem das suspensões conformadas em lingueta para dentro, estabelecendo desta forma conexão elétrica com o exterior.

[00056] O encaixe terminal de aquecedor 2 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. 1 A, 3A e 3B. O encaixe terminal de aquecedor 2, que é formado usando um material de placa plana de metal tendo uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica, é configurado para se conectar eletricamente com um par de linhas que transportam corrente de aquecedor 24 retirado para a porção de extremidade proximal do aquecedor 5 para conectar eletricamente um par de eletrodos 52 e uma fonte de energia externa (não mostrada).

[00057] O encaixe terminal de aquecedor 2 inclui uma porção de condução térmica de aquecedor 20, uma porção de dobra terminal de aquecedor 21, uma porção de base terminal de aquecedor 22, e uma porção de crimpagem terminal de aquecedor 23.

[00058] Uma porção de base terminal de aquecedor 22 é conformada como uma placa plana que se estende de maneira axial. A porção de dobramento terminal de aquecedor 21 é formada através do dobramento da porção de extremidade distai do aquecedor terminal porção de base 22 de volta para a porção de extremidade proximal do aquecedor terminal porção de base 22.

[00059] A porção de dobramento terminal de aquecedor 21 é configurada tal que a porção de contato terminal 20 provida na porção de extremidade distai do aquecedor terminal porção de base 22 pode ser polarizada para o eletrodo de aquecedor 52 provido na superfície do aquecedor 5.

[00060] A porção de contato terminal de aquecedor 20 contata de maneira resiliente o eletrodo de aquecedor 52, provendo desta forma a continuidade elétrica.

[00061] A porção de crimpagem 23 é provida na extremidade proximal do aquecedor terminal porção de base 22 para ser crimpado ao núcleo condutor 240 da linha que transporta corrente 24.

[00062] A superfície de contato terminal do aquecedor 20 é curvada de maneira convexa como uma esfera para o eletrodo 52. Isto permite que a superfície de contato terminal do aquecedor 20 sempre contate o aquecedor 5 no ponto, em qualquer ângulo com a direção axial do elemento de sensor de gás 4 que o aquecedor 5 está inclinado. Isto permite que a carga de contato F seja mantida constante, garantindo desta forma continuidade elétrica confiável. Deve ser notado que, quando uma porção distai da superfície lateral no sentido da largura do aquecedor 5 está em contato com a superfície interna do elemento de sensor de gás 4, o aquecedor 5 é mantido em um ângulo com a direção axial do elemento de sensor de gás 4.

[00063] Um encaixe terminal negativo 3 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. 1 A, 4A e 4B.

[00064] O encaixe terminal negativo 3, que é formado usando um material de placa plana de metal tendo uma boa elasticidade e uma boa condutividade elétrica, é provida na porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4 para conectar eletricamente com uma linha de sinal negativo 34 para conectar eletricamente o eletrodo de medição 402 e o exterior.

[00065] O encaixe de terminal negativo (contato) 3 inclui uma porção de condução térmica negativa 30, uma porção de base de terminal negativo 31, e uma porção de crimpagem de terminal negativo 33.

[00066] A porção de condução térmica negativa 30 é formada de uma placa plana semelhante ao membro resiliente dobrado em um anel com um diâmetro menor do que um diâmetro externo da porção de extremidade proximal 42 a ser conformado em C na forma da seção transversal, e é polarizado para produzir uma força de pressionamento em direção ao centro da porção de extremidade proximal 42 do elemento de sensor de gás 4.

[00067] A porção de crimpagem de terminal negativo 33 possui um núcleo condutor 340 de uma linha de sinal negativo 34 presa ao mesmo.

[00068] O aquecedor 5 da presente modalidade será explicado agora com referência às Figs. 1 A, 1B, e 5.

[00069] O aquecedor 5, que é um assim chamado aquecedor cerâmico empilhado, é retangular na forma da seção transversal e conformado como uma placa planar alongada.

[00070] O aquecedor 5 inclui um par de camadas de isolamento 50 que são formadas de um material isolante, tal como alumina ou semelhantes, e I. conformado como uma placa plana, um elemento de aquecimento 51 que é incorporado dentro das camadas de isolamento 50 e formado de um material de elemento de aquecimento resistivo bem conhecido, tal como tungstênio, siliceto de molibdênio, rutênio ou semelhantes, produzindo desta forma calor através de energização, um par de eletrodos 52 para conectar eletricamente o elemento de aquecimento 51 e o exterior, leva 520 para conectar eletricamente o elemento de aquecimento 51 e os eletrodos 52, e através dos eletrodos 521.

[00071] O aquecedor 5 é mantido pelo prendedor de aquecedor 10 provido na extremidade distai do encaixe terminal positivo 1 que pressiona de maneira resiliente contra as superfícies laterais longas do aquecedor 5, onde pelo menos uma borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás 4.

[00072] O alojamento 6 será explicado agora com referência à Fig. 1 A.

[00073] O alojamento 6 é formado de um material de metal bem conhecido, tal como aço inoxidável ou semelhantes, e conformado de maneira cilíndrica, e retém no mesmo o elemento de sensor de gás 4, onde a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4 é presa em uma posição fixa ao longo de uma passagem de fluxo de gás do gás a ser medido.

[00074] O alojamento 6 inclui uma porção de base de alojamento 60 para conter o elemento de sensor de gás 4, uma porção de travamento de elemento 61 para travar e segurar a porção alargada 4Ido elemento de sensor de gás 4, uma porção de saliência 62 para prender o revestimento 86 que cobre a extremidade proximal do alojamento 6, uma porção de crimpagem de elemento 63 para prender o elemento de sensor de gás 4 sendo crimpado ao mesmo mesmo, uma porção conformada de maneira cilíndrica 64 para prover um espaço para introduzir no mesmo o gás a ser medido, uma porção de parafuso 65 para prender o sensor de gás 5 em uma posição fixa ao longo da passagem de fluxo de gás do gás a ser medido, uma porção hexagonal 66 para apertar a porção de parafuso 65, e uma porção de crimpagem de cobertura 67 para prender uma cobertura 9 que cobre a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4.

[00075] O sensor de gás inclui meios de vedação 7 entre o alojamento 6 e o elemento de sensor de gás 4 para a vedação entre os mesmos.

[00076] Os meios de vedação 7 incluem um anel de vedação metálico 70 provido entre a porção alargada 41 e a porção de travamento de elemento 61, um pó empacotado 71 provido entre a porção alargada 41 e a porção de crimpagem de elemento 63, conformado de maneira cilíndrica, e formado de um filtro de pó bem conhecido, tal como talco ou semelhantes, isolante cilíndrico 72 formado de alumina ou semelhantes e que pressiona contra o pó empacotado 71, e um anel de vedação metálico 73.

[00077] Meios de fixação lateral proximal 8 serão explicados agora com referência à Fig. IA. Os meios de fixação lateral proximal 8, que são comumente usados em tal sensor de gás como foi descrito acima, é configurado para prender o lado proximal do sensor de gás GS com o encaixe terminal positivo 1, o encaixe terminal de aquecedor 2, o encaixe terminal negativo 3, a linha de sinal positivo 14, o par de linhas que transportam corrente do aquecedor 24, a linha de sinal negativo 34 mantida isolada eletricamente, evitando desta forma a entrada de água, mas permitindo a introdução da atmosfera como um gás de referência.

[00078] Os meios de fixação lateral proximal 8 inclui um isolante 80 para reter os encaixes terminais, formado de um material isolante bem conhecido, tal como alumina ou semelhantes, um retentor de isolante 81 que retém de maneira resiliente o isolante 80, um filtro repelente à água bem conhecido 82 formado de uma fibra de flúor ou semelhantes para bloquear a umidade, mas introduz a atmosfera, uma entrada 83 para introduzir a atmosfera, uma borracha de vedação 84 formado de uma borracha resistente ao calor bem conhecida para vedar o lado proximal do sensor de gás GS, e uma porção de crimpagem de revestimento 85 que é frisada na borracha de vedação 84, e um revestimento 86 formado de um material de metal, tal como aço inoxidável ou semelhantes, para cobrir o lado proximal do alojamento 6 para desta forma vedar o lado proximal do sensor de gás GS.

[00079] A cobertura 9 será explicado agora com referência à Fig. IA. A cobertura 9 é formada de um material de metal bem conhecido, tal como aço inoxidável, e conformada de maneira cilíndrica para cobrir ou englobar a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, protegendo desta forma a porção de detecção 40.

[00080] Na presente modalidade, a cobertura 9 inclui uma cobertura porção de base 90 conformado como um cilindro fechado em uma das extremidades e tendo, nas suas superfícies lateral e de fundo, orifícios 91 para introduzir e evacuar o gás a ser medido para o interior e a partir do interior da cobertura porção de base 90, e na extremidade proximal da cobertura porção de base 90, um colar de cobertura 92 preso à porção de friso 67 provida na extremidade distai do alojamento 6.

[00081] Na presente modalidade, uma distância a partir de uma extremidade proximal do orifício lateral na cobertura porção de base 90 como projetado para o elemento de sensor de gás 4 para a borda de fundo de uma superfície lateral curta do aquecedor 5, em que o aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada GP (por exemplo, GP >0,17 mm), distância predeterminada a qual pode evitar a região aquecida de maneira direta Rdir de ser exposta de maneira direta à água. A distância de prevenção de rachadura GP pode ser modificada, como for apropriado, como uma função da condutividade térmica do eletrólito sólido da porção de detecção 40 e uma durabilidade e resistência às tensões térmicas.

[00082] Várias vantagens da presente modalidade serão explicadas agora com referência à Fig. 6A e 6B. Como mostrado na Fig. 6A, uma temperatura de uma região aquecida de maneira direta RDir da porção de detecção 40 aumenta rapidamente, região na qual uma temperatura máxima Tmax (por exemplo, 1000 a 1400 °C) do aquecedor 5 com o elemento de aquecimento 51 incorporado no mesmo pode ser alcançado através da condução térmica direta a partir dos pontos de contato da porção de detecção 40 em que a porção de extremidade distai do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40. A temperatura da porção de detecção 40 diminui gradualmente com o aumento da distância da região aquecida de maneira direta RDIR como uma função a condutividade térmica do eletrólito sólido.

[00083] Na Fig. 6A, a condução térmica direta é indicada pelas setas sólidas grossas e finas, e a transferência térmica indireta causada pela radiação térmica é indicada pelas setas pontilhadas.

[00084] Na Fig. 6B, o exemplo comparativo indicado pela linha pontilhada mostra uma distribuição de temperatura com um eixo central do aquecedor 5z e um eixo central da porção de detecção 40z do elemento de sensor de gás mantido coincidente. Um primeiro exemplo indicado pela linha pontilhada mostra uma distribuição de temperatura com a temperatura máxima do aquecedor 5 da presente modalidade que é a mesma que a temperatura máxima do exemplo comparativo. Um segundo exemplo indicado pela linha sólida mostra uma distribuição de temperatura com a temperatura máxima do aquecedor 5 da presente modalidade é definida baixa com a temperatura da região aquecida de maneira direta TDIR que é maior do que a temperatura de ativação Tact.

[00085] No exemplo comparativo, como a energia produzida pelo aquecedor 5z é usada para aquecer a atmosfera introduzido, como um gás de referência, em um espaço entre o sensor de gás e a porção de detecção 40, a temperatura da porção de detecção 40 é diminuída.

[00086] No primeiro exemplo, como o calor produzido pelo aquecedor 5 pode ser transferido de maneira direta para um lado da porção de detecção 40 que o aquecedor 5 está diretamente em contato sem cair da superfície temperatura do aquecedor 5, a temperatura da lateral da porção de detecção 40 é muito maior do que a temperatura de ativação Tact e a temperatura da outra lateral da porção de detecção 40 que o aquecedor 5 não está diretamente em contato com seu inferior se comparado com o exemplo comparativo.

[00087] De maneira vantajosa, o sensor de gás GS usando o eletrólito sólido pode detectar o componente específico do gás a ser medido quando pelo menos uma porção do eletrólito sólido é ativada. Isto ocorre pois, na presença de uma diferença na concentração de oxigênio entre o gás de referência e o gás a ser medido, uma diferença na voltagem entre o eletrodo de referência 401 e o eletrodo de medição 402 pode ser detectada.

[00088] Portanto, no primeiro exemplo, a ativação pode ser alcançada mais cedo do que no exemplo comparativo.

[00089] Em adição, como, quando a temperatura de pelo menos uma porção da porção de detecção 40 excede a temperatura de ativação, o sensor de gás pode trabalhar, a temperatura máxima do aquecedor 5 pode ser diminuída como no segundo exemplo, o que leva a custos reduzidos e distribuição de temperatura reduzida dentro da porção de detecção 40, atenuando desta forma tensões térmicas e evitando assim a rachadura de exposição à água.

[00090] Várias variações da cobertura 9a-9c serão explicadas agora com referência às Figs. 7A, 7B, e 7C.

[00091] A Fig. 7A mostra uma primeira variação da cobertura 9a que é projetada com múltiplos copos (tendo uma pluralidade de coberturas 90a), onde uma distância mínima a partir de uma projeção de a extremidade mais proximal do orifício proximal 91a na cobertura mais interna 90a para o elemento de sensor de gás 4 para a borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor 5, em que o aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4 é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada GP1. Isto pode evitar a exposição direta da região aquecida de maneira direta RDIR para a água ou a umidade.

[00092] A Fig. 7B mostra uma segunda variação da cobertura 9b que é projetada com dois copos e possui orifícios 91b apenas nas superfícies de fundo das coberturas 90b, onde uma distância mínima dentre as distâncias a partir das posições das projeções dos orifícios 91a nas superfícies de fundo das coberturas 90b para o elemento de sensor de gás 4 para a borda de fundo da superfície lateral curta do aquecedor 5, em que o aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada GP2.

[00093] Com esta configuração, mesmo quando a umidade ou a água que entro no sensor de gás através de um trajeto de intrusão é fixado ao fundo da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás, a temperatura do fundo da porção de detecção 40 é menor do que a temperatura da região aquecida de maneira direta Rdir em alguns graus, o que reduz as tensões térmicas. Assim, o sensor de gás se toma menos susceptível à rachadura de exposição à água do eletrólito sólido.

[00094] A Fig. 7C mostra uma terceira variação da cobertura 9c que é livre de cobertura e provida com a conformado de maneira cilíndrica mortalha 67c que se estende (ou está em protrusão) de maneira axial a partir da extremidade distai do alojamento 6 para englobar a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, onde uma distância mínima a partir de uma projeção de a extremidade distai da mortalha 67c para a porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4 para a borda de fundo do aquecedor 5, em que a superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada GP3.

[00095] A porção de detecção 40 pode ser exposta à umidade ou água até uma posição da projeção da extremidade distai da mortalha 67c para o elemento de sensor de gás 4.

[00096] Com esta configuração, como a posição da projeção da extremidade distai da mortalha 67c para o elemento de sensor de gás 4 é a distância GP3 separada da borda de fundo do aquecedor 5, em que a superfície lateral curta do aquecedor 5 está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção 40 do elemento de sensor de gás 4, a temperatura da porção de detecção 40 na posição da projeção da extremidade distai da mortalha 67c para o elemento de sensor de gás 4 é menor do que a temperatura da região aquecida de maneira direta RDIR em alguns graus, o que reduz tensões térmicas. Assim, o sensor de gás se toma menos susceptível a rachadura de exposição à água do eletrólito sólido.

[00097] A forma (ou perfil) do prendedor de aquecedor 10 do encaixe terminal positivo 1 da presente invenção não está limitada à forma como foi definida acima, mas pode ser modificada para as formas, como for apropriado, como mostrado na Fig. 8A, 8B, 9A, e 9B.

[00098] Uma primeira variação do prendedor de aquecedor 10 a será explicado agora com referência às Figs. 8A e 8B.

[00099] Na presente variação, as superfícies de contato para pressionar contra os lados opostos do aquecedor 5 são conformados em onda, retendo desta forma o aquecedor 5 em vários pontos.

[000100] Isto permite que o aquecedor 5 seja mantido radialmente móvel. Em adição, isto pode dispersar forças de pressionamento, atenuando desta forma tensões residuais dentro do aquecedor 5, e evitando assim a rachadura de exposição à água.

[000101] Uma segunda variação do prendedor de aquecedor 10b será explicado agora com referência às Figs. 9A e 9B.

[000102] Na presente variação, uma placa plana de material resiliente é dobrada, conformada em C na forma da seção transversal, e então porções de extremidade opostas da placa conformada em C são adicionalmente dobradas de volta para dentro.

[000103] Assim, as porções de contato 102 b para pressionar contra os lados opostos do aquecedor 5 são dobradas conformadas em R com um raio predeterminado R.

[000104] Com as superfícies de contato 102b curvadas de maneira convexa, mesmo tal forma (ou perfil) do prendedor de aquecedor 10 do encaixe terminal positivo 1 pode pressionar de maneira resiliente contra os lados opostos do aquecedor 5 enquanto permite que o aquecedor se mova de maneira radial, o que pode prover vantagens similares como na modalidade acima.

[000105] Muitas modificações e outras modalidades da invenção serão pensadas por um perito na técnica a qual esta invenção pertence tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Portanto, deve ser entendido que a invenção não está limitada às modalidades específicas divulgadas e que modificações e outras modalidades são intencionadas de estar incluídas dentro do escopo das reivindicações anexas. Apesar de os termos específicos serem empregados aqui, eles são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para propósitos de limitação.

REIVINDICAÇÕES

Claims (6)

1. Sensor de gás (GS) para detectar um componente específico em um gás a ser medido, o sensor de gás caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de sensor de gás (4) conformado como um cilindro fechado em uma das extremidades, o elemento de sensor de gás incluindo uma porção de detecção (40) formada de uma camada de base de eletrólito sólido (400) com pelo menos condutividade de íon específica, uma camada de eletrodo de referência (401) para estar em contato com um gás de referência, e uma camada de eletrodo de medição (402) para estar em contato com o gás a ser medido; um aquecedor (5) se estendendo de maneira axial e retangular na forma da seção transversal, e configurado para aquecer o elemento de sensor de gás (4); um encaixe terminal positivo (1) incluindo um prendedor de aquecedor (10) para prender o aquecedor (5) dentro do elemento de sensor de gás (4); e um alojamento cilíndrico (6) para prender a porção de detecção (40) no gás a ser medido, em que o prendedor de aquecedor (10) inclui um par de superfícies de contato (102) para pressionar de maneira resiliente contra superfícies laterais longas do aquecedor (5) tal que pelo menos uma borda de fundo de uma das superfícies laterias curtas do aquecedor (5) está em contato com a parede circunferencial interna do elemento de sensor de gás (4).

2. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as superfícies de contato (102) são curvadas de maneira convexa em direção a uma direção de preensão do aquecedor com um raio de retentor predeterminado (R),

3. Sensor de gás (GS) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma liberação (CL) é provida entre uma porção de base (100) do prendedor de aquecedor (10) e uma das superfícies laterias curtas do aquecedor (5).

4. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma cobertura conformada de maneira cilíndrica (9) na extremidade distai do alojamento (6), para englobar a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4), a cobertura (9) tendo um orifício (91) no interior para introduzir o gás a ser medido, a cobertura (9) que é configurada tal que uma distância a partir de uma projeção de uma extremidade proximal do orifício para a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4) para a borda de fundo de uma das superfícies laterias curtas do aquecedor (5), em que o aquecedor (5) está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4), é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada (GP).

5. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma pluralidade de coberturas conformadas de maneira cilíndrica (9a) arranjadas em um projeto de múltiplos copos, na extremidade distai do alojamento (6), para englobar a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4), as coberturas (9a) que são configuradas tal que uma distância mínima a partir de uma projeção da extremidade mais proximal do orifício proximal (91a) na cobertura mais interna (90a) para a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4) para a borda de fundo de uma das superfícies laterias curtas do aquecedor (5), em que o aquecedor (5) está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4) é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada (GP1).

6. Sensor de gás (GS) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma mortalha (67c) que é conformada de maneira cilíndrica e se estende de maneira axial a partir da extremidade distai do alojamento (6) para englobar a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4), a mortalha que é configurada tal que uma distância mínima a partir de uma projeção de a extremidade distai da mortalha (67c) para a porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4) para a borda de fundo de uma das superfícies laterias curtas do aquecedor (5), em que o aquecedor (5) está em contato com a parede circunferencial interna da porção de detecção (40) do elemento de sensor de gás (4), é definido para uma distância de prevenção de rachadura de exposição à água predeterminada (GP3).