CN109752112A - 一种耐高温抗振排气温度传感器 - Google Patents
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Abstract
发明涉及一种耐高温抗振排气温度传感器，包括依次连接的测量端、连接棒和冷端，测量端含测温元件，连接棒内含线条状中间导体，冷端含导线，中间导体的两端分别为a端和b端；a端设有盲孔，测温元件的引脚***盲孔内，由盲孔的孔壁夹紧，同时，测温元件的引脚***盲孔内的部分与盲孔的孔壁焊接；b端与导线焊接，且焊接处位于管状的连接端子内，由连接端子铆接固定，测温元件的引脚与盲孔的孔壁以及中间导体与导线采用激光焊的方法焊接。本发明的耐高温抗振排气温度传感器，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，结构简单，制造成本低廉，应用前景好。
Description
技术领域
本发明属于温度传感器技术领域，涉及一种耐高温抗振排气温度传感器。
背景技术
机动车的排放物是气体污染物的重要组成，对机动车尾气进行处理是必然的要求。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。
尾气测温用的温度传感器是尾气处理***中的重要元件。由于尾气测温用温度传感器的测温对象是机动车排放出的高温尾气，这要求尾气测温用温度传感器能够长期耐高温。同时，机动车在作业时处于高频振动状态，这还要求尾气测温用温度传感器具有较高的抗振性。而目前尾气测温用温度传感器大多采用传统RTD传感器的制造工艺，其并不适用于高温和高频振动工况。虽然也有对RTD传感器结构进行改进以使得其适用于高温和高频振动工况的，但其结构较为复杂，加工难度较大，成本较高，这极大地限制了其应用。
因此，开发一种结构简单且适用于高温和高频振动工况的排气温度传感器极具现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的排气温度传感器不适用于高温和高频振动工况且结构复杂的缺陷，提供一种结构简单且适用于高温和高频振动工况的排气温度传感器，现有技术的排气温度传感器中的中间导体与导线和引线一般都是通过焊接的方式连接的，在长时间高温冲击和高频振动的作用下中，焊接结构容易被破坏，导致排气温度传感器丧失其功能，本发明一方面在中间导体与测量端的测温元件的引脚的焊接位置增加夹持作用力，提高了中间导体与测量端连接结构的稳定性，另一方面在中间导体与导线的焊接位置增加夹持作用力，提高了中间导体与冷端连接结构的稳定性，使得排气温度传感器在高温和高频振动工况下的使用寿命延长。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温抗振排气温度传感器，包括依次连接的测量端、连接棒和冷端，测量端含测温元件，连接棒内含线条状中间导体，冷端含导线，中间导体的两端分别为a端和b端；
a端设有盲孔，测温元件的引脚***盲孔内，由盲孔的孔壁夹紧，同时测温元件的引脚***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测量端与连接棒之间的连接强度，以提高传感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，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；
b端与导线焊接，且焊接处位于管状的连接端子内，由连接端子铆接固定，本发明通过焊接和夹持双重固定强化冷端与连接棒之间的连接强度，以提高传感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，提高产品的稳定性，其中连接端子的形状不限于管状，还可根据实际情况进行调整，只要其能够夹持固定中间导体与导线的焊接处即可。
本发明在中间导体a端设置盲孔，通过盲孔夹持固定测温元件的引脚，同时将测温元件的引脚深入盲孔部分与盲孔孔壁焊接，通过盲孔对其进行夹持，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，此外将中间导体b端与导线在连接端子内焊接，焊接处由连接端子铆接固定，本发明通过夹持和焊接双重固定，提高了连接棒与测量端和冷端的连接强度，进而提升了本发明温度传感器的耐高温抗振性能。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，测温元件的引脚与盲孔的孔壁以及中间导体与导线采用激光焊的方法焊接。本发明的引脚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。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，连接棒主要由外管、中间导体和绝缘粉体组成，中间导体贯穿外管且两端位于外管外，绝缘粉体填充在外管与中间导体之间的空间。连接棒的结构并不仅限于此，此处仅给出一种可行的结构形式。连接棒并不仅限于条形棒状，其可根据安装方式弯曲成不同角度。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。中间导体的数量并不限于1个，可根据实际使用情况设置多个，来满足多设备的检测。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，外管的材质为Inconel600、Inconel601或310S，中间导体的材质为Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601、310S或镍，绝缘粉体为氧化镁、氧化铝或二氧化硅粉体。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。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，连接棒上套有定位环和螺母，定位环与连接棒焊接，螺母与连接棒活动连接，定位环相对于螺母距离测量端更近，其中定位环用于确定安装位置，螺母用于安装传感器。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，测温元件的引脚为测温电阻的引线，测量端主要由锥帽、导热胶和测温电阻组成，测温电阻通过导热胶灌封在锥帽内。本发明采用导热胶固定测温电阻，相比于普通胶能够提高测温的响应速度。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，锥帽由圆柱筒I、圆台筒I、圆柱筒II、圆台筒II、圆柱筒III依次连接而成，圆柱筒I、圆柱筒II和圆柱筒III的直径递增，测温电阻位于圆柱筒I内，圆柱筒III套在外管上，且与外管焊接连接。本发明的锥帽的结构并不仅限于此，此处仅给出一种可行的锥帽结构。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，测温电阻为PT200铂电阻。本发明的测温电阻的型号并不仅限于此，其他型号的测温电阻也可适用于本发明。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，冷端主要由导线、高温密封胶、波纹管、铁氟龙套管和冷端套管组成，导线贯穿铁氟龙套管和波纹管；
冷端套管沿直线方向分为第一区段、第二区段和第三区段，第一区段内套铁氟龙套管，铁氟龙套管从第一区段内伸出；从铁氟龙套管穿出的导线、从外管一端穿出的中间导体和连接端子通过高温密封胶灌封在第二区段内；第三区段内套外管，且与外管焊接连接；波纹管的一端部一部分套在铁氟龙套管上，另一部分套在冷端套管上。本发明的冷端的具体组成及其结构并不仅限于此，此处仅给出一可行的方案。
如上所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，高温密封胶为玻璃粉；从波纹管穿出的导线与插件连接，插件为机动车上的通用接插件，其用于连接传感器与机动车上的控制器以使得机动车上的控制器能够接收到传感器的信号。
发明机理：
现有技术的排气温度传感器中中间导体与测量端测温元件的引脚和冷端的导线一般都是焊接连接的，在极大多数情况下，测量端测温元件的引脚(或冷端的导线)与中间导体的材料并不相同，热膨胀系数存在较大的差异，在高温的条件下，二者会发生不同程度的膨胀，导致测量端测温元件的引脚(或冷端的导线)与中间导体的接触面积减小，甚至发生悬空，即测量端(或冷端)与连接棒断开连接，伴随着高频振动的发生，测量端(或冷端)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端测温元件的引脚(或冷端的导线)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，最终导致测量端测温元件的引脚(或冷端的导线)脱离中间导体。因而，现有技术的排气温度传感器的使用寿命较短。
本发明在中间导体a端设置盲孔，通过盲孔夹持固定测温元件的引脚，同时将测温元件的引脚深入盲孔部分与盲孔孔壁焊接，同时本发明还将中间导体b端与导线在连接端子内焊接，焊接处由连接端子铆接固定，即中间导体与测温元件的引脚和冷端的导线的连接都有焊接和夹持双重固定保障，相对于单一的焊接方式，夹持+焊接的连接方式能够提高传感器的稳定性、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，增大了焊接点处测温元件的引脚(或冷端的导线)与中间导体的接触面积，保证了测量端(或冷端)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端测温元件的引脚(或冷端的导线)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端测温元件的引脚(或冷端的导线)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(或连接端子的管壁)与测温元件的引脚(或冷端的导线)和焊点接触的点，固定点的增加增强了连接强度；(4)夹持+焊接对测温元件的引脚(或冷端的导线)起到了一定的固定作用，削弱了测温元件的引脚(或冷端的导线)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，进而延缓传感器在高低温膨胀收缩下的疲劳，提高抗振能力。
有益效果：
(1)本发明的耐高温抗振排气温度传感器，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；
(2)本发明的耐高温抗振排气温度传感器，结构简单，制造成本低廉，应用前景好。
附图说明
图1是本发明的一种耐高温抗振排气温度传感器的结构示意图；
图2是本发明的连接棒不同弯曲角度的结构示意图；
图3是本发明的测量端的结构示意图；
图4是本发明的冷端的结构示意图；
其中：1-测量端，2-连接棒，3-定位环，4-螺母，5-冷端，6-插件，101-锥帽，102-导热胶，103-测温电阻，201-外管，202-绝缘粉体，203-引线，203a-盲孔，501-冷端套管，502-连接端子，503-导线，504-高温密封胶，505-铁氟龙套管，506-波纹管。
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。
本发明的一种耐高温抗振排气温度传感器，如图1所示，包括依次连接的测量端1、连接棒2和冷端5，连接棒2上套有定位环3和螺母4，定位环3与连接棒2焊接，螺母4与连接棒2活动连接，定位环相对于螺母距离测量端更近；
连接棒2如图2所示，主要由外管201、中间导体203和绝缘粉体202组成，中间导体203贯穿外管201且两端位于外管201外，绝缘粉体202填充在外管201与中间导体203之间的空间，中间导体203的两端分别为a端和b端，a端设有盲孔203a，连接棒2可根据安装要求加工成90°、150°、180°等不同角度，外管的材质为Inconel600、Inconel601或310S，中间导体的材质为Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601、310S或镍，绝缘粉体为氧化镁、氧化铝或二氧化硅粉体；
测量端1如图3所示，主要由锥帽101、导热胶102和测温电阻103组成，测温电阻为PT200铂电阻，测温电阻通过导热胶灌封在锥帽内，锥帽由圆柱筒I、圆台筒I、圆柱筒II、圆台筒II、圆柱筒III依次连接而成，圆柱筒I、圆柱筒II和圆柱筒III的直径递增，测温电阻位于圆柱筒I内，圆柱筒III套在外管201上，且与外管201焊接连接，测温电阻的引线***盲孔203a内，由盲孔203a的孔壁夹紧，同时测温电阻的引线***盲孔203a内的部分与盲孔203a的孔壁采用激光焊的方法焊接；
冷端5如图4所示，主要由导线503、高温密封胶504、波纹管506、铁氟龙套管505和冷端套管501组成，导线503贯穿铁氟龙套管505和波纹管506；
冷端套管501沿直线方向分为第一区段、第二区段和第三区段，第一区段内套铁氟龙套管505，铁氟龙套管505从第一区段内伸出；从铁氟龙套管505穿出的导线503、从外管201一端穿出的中间导体203和连接端子502通过高温密封胶504灌封在第二区段内，其中导线503与中间导体的b端采用激光焊的方法焊接，焊接处位于管状的连接端子502内，由连接端子铆接固定；第三区段内套外管201，且与外管201焊接连接；波纹管506的一端部一部分套在铁氟龙套管505，另一部分套在冷端套管501上，从波纹管506穿出的导线与插件6连接，其中高温密封胶504为玻璃粉。
将本发明的耐高温抗振排气温度传感器与对比样1～3在温度为800℃、振动频率为200MHz的工况下使用一段时间，对比样1与本发明的耐高温抗振排气温度传感器的结构基本相同，不同之处在于中间导体的a端未设盲孔，测温电阻的引线与中间导体的a端直接焊接连接，对比样2与本发明的耐高温抗振排气温度传感器的结构基本相同，不同之处在于中间导体的b端与导线的焊接处未设置在管状的连接端子内，即中间导体的b端与导线仅通过焊接的方式连接，对比样3与对比样2的结构基本相同，不同之处在于中间导体的a端未设盲孔，测温电阻的引线与a端直接焊接连接，结果表明，对比样3最先失效，即丧失使用功能，对比样2和对比样1在对比样3失效后的一段时间失效，本发明的耐高温抗振排气温度传感器在对比样1～3都失效时仍未失效，本发明的耐高温抗振排气温度传感器的使用寿命为对比样2的1.5倍，为对比样3的1.6倍，为对比样1的1.8倍，由此可以看出本发明的耐高温抗振排气温度传感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，应用前景好。
Claims (10)
1.一种耐高温抗振排气温度传感器，包括依次连接的测量端、连接棒和冷端，测量端含测温元件，连接棒内含线条状中间导体，冷端含导线，其特征是：中间导体的两端分别为a端和b端；
a端设有盲孔，测温元件的引脚***盲孔内，由盲孔的孔壁夹紧，同时测温元件的引脚***盲孔内的部分与盲孔的孔壁焊接；
b端与导线焊接，且焊接处位于管状的连接端子内，由连接端子铆接固定。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，测温元件的引脚与盲孔的孔壁以及中间导体与导线采用激光焊的方法焊接。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，连接棒主要由外管、中间导体和绝缘粉体组成，中间导体贯穿外管且两端位于外管外，绝缘粉体填充在外管与中间导体之间的空间。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，外管的材质为Inconel600、Inconel601或310S，中间导体的材质为Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601、310S或镍，绝缘粉体为氧化镁、氧化铝或二氧化硅粉体。
5.根据权利要求3所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，连接棒上套有定位环和螺母，定位环与连接棒焊接，螺母与连接棒活动连接，定位环相对于螺母距离测量端更近。
6.根据权利要求3所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，测温元件的引脚为测温电阻的引线，测量端主要由锥帽、导热胶和测温电阻组成，测温电阻通过导热胶灌封在锥帽内。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，锥帽由圆柱筒I、圆台筒I、圆柱筒II、圆台筒II、圆柱筒III依次连接而成，圆柱筒I、圆柱筒II和圆柱筒III的直径递增，测温电阻位于圆柱筒I内，圆柱筒III套在外管上，且与外管焊接连接。
8.根据权利要求6所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，测温电阻为PT200铂电阻。
9.根据权利要求3所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，冷端主要由导线、高温密封胶、波纹管、铁氟龙套管和冷端套管组成，导线贯穿铁氟龙套管和波纹管；
冷端套管沿直线方向分为第一区段、第二区段和第三区段，第一区段内套铁氟龙套管，铁氟龙套管从第一区段内伸出；从铁氟龙套管穿出的导线、从外管一端穿出的中间导体和连接端子通过高温密封胶灌封在第二区段内；第三区段内套外管，且与外管焊接连接；波纹管的一端部一部分套在铁氟龙套管上，另一部分套在冷端套管上。
10.根据权利要求9所述的一种耐高温抗振排气温度传感器，其特征在于，高温密封胶为玻璃粉；从波纹管穿出的导线与插件连接。
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