CN109738080A - 端部盲孔的高温连接棒及由其制得的探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种端部盲孔的高温连接棒及由其制得的探测器,端部盲孔的高温连接棒包括中间导体,中间导体为棒状结构,端部设有盲孔,实心的中间导体避免了导体内部污染,使其内部无膨胀压力。探测器主要由端部盲孔的高温连接棒和测量元件组成,测量元件的引线***中间导体的盲孔内,由盲孔的孔壁夹紧,同时引线***盲孔内的部分与盲孔的孔壁焊接,引线与盲孔采用激光焊的方法焊接。本发明的端部盲孔的高温连接棒使用寿命长,通过夹持和焊接的方式将其与测量元件连接形成的探测器可适用于高温和高频振动工况,耐高温性能及抗振性能优良,响应灵敏,极具应用前景。
Description
技术领域
本发明属于探测器技术领域,涉及一种端部盲孔的高温连接棒及由其制得的探测器。
背景技术
随着社会的发展,探测器的应用越来越广泛,特别地,随着经济的日益发展,机动车数量急剧增长,同时低碳环保的理念越来越深入人心,政府出台的排放标准日益严苛,机动车尾气处理***是目前研究的热点,探测器越来越多地应用在尾气探测领域,探测器按功能分为多种,常见的如温度探测器、压力探测器等,当其应用在尾气探测时,需要满足较高的要求,因为其探测对象是机动车排放出的高温尾气,这要求探测器能够长期耐高温,同时,机动车在作业时处于高频振动状态,这还要求探测器具有较高的抗振性。
探测器主要由测量元件和连接棒组成,连接棒一端与测量元件相连接,长时间在高温环境下工作;另一端作为冷端,连接补偿导线及接插件(或信号转换器)。连接棒的结构以及连接棒与测量元件连接的可靠性直接决定探测器的使用寿命和稳定性。
现有技术的连接棒内部的中间导体多为实心或中空结构,其由于内孔较小以及内部中空导致难以加工成型,还导致高温连接棒的使用寿命较短。现有技术中连接棒与测量元件常采用焊接方式连接,在受热胀冷缩循环后,焊点在交变应力作用下易因疲劳而失效,此外在高频振动环境下长期作业,焊点也极易因高频振动而失效。为克服这一缺陷,本领域开展了许多相关研究。专利CN 106323495A提供了一种套在连接棒和测温元件引线外部的导电管形结构,保护连接棒导体与测温元件引线间的焊点,增强了导体和引线的强度,提高了产品的稳定性,但导电管形结构为异形件且尺寸较小,加工精度高,这增大了制造难度和安装难度,此外,第三部件的加入必然增多了故障点,降低了产品的可靠性。
因此,开发一种结构简单且使用寿命较长的高温连接棒进而由其制得一种耐高温和高频振动且使用寿命较长的探测器极具现实意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的探测器存在的缺陷,提供一种结构简单且使用寿命较长的高温连接棒进而由其制得一种耐高温和高频振动且使用寿命较长的探测器。现有技术的连接棒内的中间导体一般为实心或中空结构,本发明的连接棒内的中间导体为端部盲孔的实心结构,不仅容易加工成型,还具有较长的使用寿命。现有技术的探测器中测量元件的引线与中间导体一般是通过焊接连接的,焊接结构容易在高温和高频振动的作用下发生破坏,导致探测器丧失使用功能,探测器的使用寿命较短;本发明通过在中间导体的端部设置盲孔,将引线***盲孔后夹紧,提高了焊接结构的稳定性,减缓了高温和高频振动对焊接结构的冲击,延长了探测器的使用寿命。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
端部盲孔的高温连接棒,包括中间导体,中间导体为棒状结构(即其为实心结构,不同于现有技术中间导体的实心或中空结构),端部设有盲孔。本发明的高温连接棒相比于现有技术的中空管状中间导体设计,盲孔内径较大,加工难度低,中间导体为实心结构,无需孔内清洗,不会因孔内异物影响其使用寿命,有效截面积更大,耐高温氧化性能更佳,此外,为单一金属材质相比于中空的空气及外层的金属,热膨胀产生的应力较小,因此能够显著延长其使用寿命。
作为优选的技术方案:
如上所述的端部盲孔的高温连接棒,中间导体为圆柱棒状结构,直径为0.5~1.2mm,长度为60~200mm,或者为长方体棒状结构、椭圆体棒状结构或三棱柱棒状结构;盲孔为圆柱孔、圆台孔或圆锥孔,盲孔的形状不限于此,具体可根据实际需求进行调整,盲孔的孔深为1.5~6mm。中间导体的形状及尺寸并不仅局限于此,本领域技术人员可根据实际需求选择不同形状尺寸的中间导体。
如上所述的端部盲孔的高温连接棒,中间导体的数量为多根,位于同一外管内,沿外管的长度方向排列,中间导体与外管之间填充有绝缘粉体。中间导体的数量可为一根也可为多根,本发明的保护范围并不仅限于此,此处仅给出一种可行的技术方案。本发明的连接棒是在中间导体、外管及绝缘粉体在装配好后,通过压缩或拉拔工艺加工成一高致密性棒体,再通过校直、切割、去壳等工艺加工而成的。
如上所述的端部盲孔的高温连接棒,多根为2、3、4、6或8根,多根中间导体相互平行,多根中间导体仅一端部设有盲孔,且盲孔位于同一侧,或者多根中间导体的两端部都设有盲孔。本发明盲孔的加工属于成品后加工,加工不会引入其他原料。
如上所述的端部盲孔的高温连接棒,外管为圆柱管,外径为2.0~10.0mm,壁厚为0.1~1.0mm,材质为高温合金;中间导体的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310S;绝缘粉体的材质为氧化硅、氧化镁或氧化铝。外管、中间导体及绝缘粉体的材质并不仅限于此,本领域技术人员可根据实际需求选择其材质。
如上所述的端部盲孔的高温连接棒,高温合金为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S。
本发明还提供一种探测器,主要由如上所述的端部盲孔的高温连接棒和测量元件组成,测量元件的引线***中间导体的盲孔内,由盲孔的孔壁夹紧,同时引线***盲孔内的部分与盲孔的孔壁焊接。本发明通过夹持和焊接双重固定强化中间导体(高温连接棒)与测温元件之间的连接强度,以提高探测器经受高温和低温时热膨胀收缩的疲劳强度,提高抗振能力,其中盲孔的深度及尺寸可根据实际需求进行设置,盲孔的孔壁夹紧引线可以是直接夹紧,也可以是间接夹紧,直接夹紧即中间导体设置盲孔的端部变形,使得盲孔尺寸缩小,挤压引线并将其夹紧,间接夹紧即将引线***盲孔内后,向盲孔内填充物料,盲孔通过物料传递夹持力至引线后将其夹紧,具体可根据实际需求进行设置。
本发明的探测器在温度为800℃、振动频率为200MHz的工况下的使用寿命相比于普通探测器(即中间导体与测量元件的引线仅为焊接、无夹持的探测器)长50~60%。
作为优选的技术方案:
如上所述的探测器,引线与盲孔采用激光焊的方法焊接。本发明的引线与盲孔的焊接形式并不仅限于激光焊,其他焊接形式也可适用于本发明。
如上所述的探测器,一测量元件含2根引线,每根引线各与一根中间导体连接。测温元件的导线数量及其与中间导体的具体连接形式本领域技术人员可根据实际需求进行选择。
如上所述的探测器,测量元件为测温元件(例如PT200或热敏电阻)或测压元件,即探测器可以是温度探测器,也可以是压力探测器,还可以是其他探测器。
发明机理:
现有技术中高温连接棒内部的中间导体多为中空管,导致高温连接棒的寿命较短,故障率较高,主要原因是:(1)中空管内孔较小无法进行孔内清理或清理不净,孔内的异物和空气在高温连接棒使用过程中加速了中间导体内孔壁的氧化和污染;(2)中间导体的中空结构使其有效截面积较小,在持续高温氧化污染损耗下寿命较短;(3)中空管内部存在空气,如两头密封后,高温下热膨胀产生的应力会对高温连接棒产生不利影响。此外,中空管还存在加工精度控制难度较大的问题,不利于工业化生产。
本发明通过对高温连接棒的结构进行改进解决了上述问题,本发明的高温连接棒内的中间导体为棒状结构,即为实心结构,端部设有盲孔,其相对于中空管由于内径较大,容易加工,有利于工业化生产;其相对于中空管由于为实心结构,无需进行孔内清理,不会由于异物和空气的存在缩短其使用寿命;其相对于中空管由于为实心结构,其有效截面积较大,在持续高温氧化污染损耗下寿命较长;其相对于中空管由于为实心结构,如两头密封后,高温下热膨胀产生的应力较小,影响较弱。因而本发明的高温连接棒使用寿命较长。
采用本发明的高温连接棒能够制得结构稳定、使用寿命较长的探测器,采用现有技术的高温连接棒制备探测器时,中间导体与测量元件的引线一般都是焊接连接的,在极大多数情况下,测量元件的引线和中间导体二者的材料并不相同,热膨胀系数存在较大的差异,在高温的条件下,测量元件的引线和中间导体二者会发生不同程度的膨胀,导致测量元件的引线与中间导体的接触面积减小,甚至发生悬空,即测量元件与连接棒断开连接,伴随着高频振动的发生,测量元件与连接棒时而接触,时而断开,无法正常使用,即丧失使用功能,同时不同材料的测量元件的引线和中间导体组装后,在高温和高频振动下,二者会发生应力不平衡,随着使用时间的延长,应力不平衡现象逐渐加重,最终导致测量元件的引线脱离连接棒。因而,现有技术由高温连接棒制得的探测器的使用寿命较短。
本发明对测量元件的引线与中间导体的连接方式进行调整,延长了探测器的使用寿命,调整方式即将测量元件的引线***中间导体的盲孔内,由盲孔的孔壁进行夹持,同时与盲孔的孔壁焊接连接,即测量元件的引线与中间导体采用了夹持+焊接的连接方式,相对于单一的焊接方式,夹持+焊接的连接方式能够提高探测器的稳定性、耐用性和可靠性的主要原因是:(1)夹持+焊接使得焊接点处能够发生小幅度弯曲,增大了焊接点处测量元件的引线与中间导体的接触面积,保证了测量元件与连接棒始终处于接触状态,不随高温和高频振动发生改变;(2)夹持+焊接削弱了不同材料的测量元件的引线和中间导体发生应变的能力,降低了由于应力不平衡导致测量元件脱落的可能性;(3)夹持+焊接增加了固定点,增加夹持结构之前,固定点仅指焊点,增加夹持结构之后,固定点还包括盲孔的孔壁与引线和焊点接触的点,固定点的增加增强了连接强度;(4)夹持+焊接对引线起到了一定的固定作用,削弱了引线在高温和高频振动作用下的活动能力,进而减少了其活动对焊接结构造成的不利影响,在一定程度上缓解了高温和高频振动对焊点的直接冲击,进而延缓探测器在高低温膨胀收缩下的疲劳,提高抗振能力。
有益效果:
(1)本发明的端部盲孔的高温连接棒,端部盲孔实心结构的设计,既降低了加工难度,又延长了高温连接棒的使用寿命;
(2)本发明的探测器,适用于高温和高频振动工况,耐高温性能及抗振性能优良,响应灵敏;
(3)本发明的探测器,通过盲孔对引线进行夹持,一方面其连接处的有效截面积大,连接强度大,另一方面,避免了导体内部污染,中间导体内部无膨胀压力;
(4)本发明的探测器,无第三部件的加入,减少了故障点,结构简单,制造成本低廉,应用前景好。
附图说明
图1和2分别为本发明的端部盲孔的高温连接棒的纵截面和横截面示意图;
图3和4为探测器未完成连接时的示意图;
图5和6为本发明的探测器连接完成后的示意图;
其中,100-外管,200-绝缘体,302-中间导体,302a-盲孔,303-焊点,400-测温元件或测压元件,401-引线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种端部盲孔的高温连接棒,如图1~2所示,包括中间导体302、外管100及填充在两者之间的绝缘粉体200;
中间导体302为直径为0.5~1.2mm、长度为60~200mm的实心圆柱棒状结构,还可以为实心的长方体棒状结构、椭圆体棒状结构或实心的三棱柱棒状结构,其两端部设有孔深为1.5~6mm的圆柱形的盲孔302a,两中间导体302相互平行且盲孔位于同一侧,其均位于同一外管100内且均沿外管100的长度方向排列,外管100为外径为2.0~10.0mm、壁厚为0.1~1.0mm的圆柱管,材质为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S,中间导体的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310,绝缘粉体的材质为氧化硅、氧化镁或氧化铝;盲孔302a的形状并不仅限于圆柱形,其他如圆台形、圆锥形等形状也可适用于本发明,一外管内中间导体的根数也不仅限于两根,也可为3根、4根、6根或8根。
实施例2
一种端部盲孔的高温连接棒,其结构与实施例1基本相同,不同仅在于其中间导体仅一端开有盲孔,且多根中间导体的盲孔位于同一侧。
实施例3
一种探测器,如图3~6所示,主要由与实施例2相同的端部盲孔的高温连接棒和测量元件组成,测量元件为热敏电阻,其含2根引线401,每根引线401各与一中间导体连接,其引线401***盲孔内,由盲孔的孔壁夹紧,从图中可以看出,连接前后,外管由圆柱形变为扁形,说明外管与引线连接的部分已经被压扁,同时引线***盲孔内的部分与盲孔的孔壁采用激光焊的方法焊接,其焊点303如图5和图6所示。
对比例1
一种探测器,其结构与实施例3基本相同,不同在于其高温连接棒的中间导体的端部未设有盲孔,引线与中间导体直接焊接的。
将如对比例1所述的探测器和如实施例3所述的探测器同时置于温度为800℃、振动频率为200MHz的工况下,本发明的探测器即如实施例3所述的探测器的使用寿命较如对比例1所述的探测器长50~60%。这主要是因为本发明增设了夹持结构,夹持结构能够提高焊接结构的稳定性,提高探测器的使用寿命,由此可以看出本发明的探测器适用于高温和高频振动工况,其耐高温性能及抗振性能优良,响应灵敏,结构简单,制造成本低廉,可靠性高,应用前景好。
实施例4
一种探测器,其结构与实施例3基本相同,不同仅在于其端部盲孔的高温连接棒与实施例1相同,且测量元件为测压元件。
Claims (10)
1.端部盲孔的高温连接棒,包括中间导体,其特征是:中间导体为棒状结构,端部设有盲孔。
2.根据权利要求1所述的端部盲孔的高温连接棒,其特征在于,中间导体为圆柱棒状结构,直径为0.5~1.2mm,长度为60~200mm,或者为长方体棒状结构、椭圆体棒状结构或三棱柱棒状结构;盲孔为圆柱孔、圆台孔或圆锥孔,盲孔的孔深为1.5~6mm。
3.根据权利要求1所述的端部盲孔的高温连接棒,其特征在于,中间导体的数量为多根,位于同一外管内,沿外管的长度方向排列,中间导体与外管之间填充有绝缘粉体。
4.根据权利要求3所述的端部盲孔的高温连接棒,其特征在于,多根为2、3、4、6或8根,多根中间导体相互平行,多根中间导体仅一端部设有盲孔,且盲孔位于同一侧,或者多根中间导体的两端部都设有盲孔。
5.根据权利要求3所述的端部盲孔的高温连接棒,其特征在于,外管为圆柱管,外径为2.0~10.0mm,壁厚为0.1~1.0mm,材质为高温合金;中间导体的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310S;绝缘粉体的材质为氧化硅、氧化镁或氧化铝。
6.根据权利要求5所述的端部盲孔的高温连接棒,其特征在于,高温合金为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S。
7.探测器,其特征是:主要由如权利要求1~6任一项所述的端部盲孔的高温连接棒和测量元件组成,测量元件的引线***中间导体的盲孔内,由盲孔的孔壁夹紧,同时引线***盲孔内的部分与盲孔的孔壁焊接。
8.根据权利要求7所述的探测器,其特征在于,引线与盲孔采用激光焊的方法焊接。
9.根据权利要求7所述的探测器,其特征在于,一测量元件含2根引线,每根引线各与一根中间导体连接。
10.根据权利要求7所述的探测器,其特征在于,测量元件为测温元件或测压元件。
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