CN109764968A - 含填充型管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含填充型管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器，含填充型管状中间导体的高温连接棒包括中间导体，中间导体为管状结构，沿长度方向分为A段、B段和C段，A段内部中空，B段内部填满绝缘填充物。探测器主要由上述含填充型管状中间导体的高温连接棒和测量元件组成，测量元件的引线***A段内，由A段夹紧，同时引线***A段内的部分与A段焊接。本发明的含填充型管状中间导体的高温连接棒，在中间导体的内部填充绝缘填充物，从而使得其适用于高温的工况要求；本发明的探测器通过中间导体和测量元件间采用夹紧和焊接的方式连接，提高了两者之间连接的牢固性，适用于高频振动的工况要求。

Description

含填充型管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器

技术领域

本发明属于探测器技术领域，涉及一种含填充型管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器。

背景技术

众所周知，机动车辆的尾气排放是大气污染的主要原因之一。中国经济发展进入转型升级阶段，环保治理日益重视，国家出台了更严格的机动车排放标准。相关行业积极推广尾气处理***的研发与应用。排气温度探测器作为尾气处理***的重要配件之一，用于排气温度的测量和控制。排气温度探测器长期在高温环境下工作，同时要承受发动机的振动和车辆整体振动，因此排气温度探测器应该具有耐高温、优异的抗振性、响应灵敏的特点。高温连接棒是排气探测器的重要组成部件，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)。高温连接棒与测量元件连接的可靠性决定产品的使用寿命和稳定性。

最初的技术路径都采用传统的铠装结构，连接的中间导体为实心导体，导体与测量元件PT200焊接。这种结构的探测器经受热胀循环后，焊点在交变应力作用下，因疲劳失效。另外长期处理不同频率的振动环境下，焊接处失效几率也很大。

为了提高探测器抗振性和耐高低温的冲击，工程技术人员对结构进行了改进。专利CN 106323495 A中增加导电管形结构，导电管形结构套在连接棒和测量元件引线外部，有效保护了连接棒导体与测量元件引线间的焊点，增强了导体和引线的强度，提高的产品性能。但该结构中，导电管形结构为异形件，一端内孔为0.3～0.4mm左右，另一端为0.6～0.9mm，制造困难，成本高；专利CN 205079881 U进行技术改进，高温连接棒的内部导体采用中空管，导体为中空的，PT200的引线可以***孔中，铆压后焊接，达到了提高连接棒导体与测量元件引线间的焊点强度的作用。但是该结构中空管加工时受绝缘体挤压，变形不均匀，出现椭圆或粗线不均匀的现象，精度控制难度大，另外中空内部存在空气，如两头密封后，高温下产生热膨胀影响产品性能。

因此，开发一种结构简单、强度高且适用于高温和高频振动工况的探测器极具现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的探测器不适用于高温和高频振动工况且结构复杂、强度低的缺陷，提供一种结构简单、强度高且适用于高温和高频振动工况的含填充型管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器。现有技术的中间导体为内部中空时容易造成强度低、易变形、加工时内径精度控制难度高以及内部存在空气而产生热膨胀等问题，本发明通过在中间导体的内部填充绝缘填充物，一方面，中间导体在加工过程中受到挤压时变形均匀，导体内径精度容易控制，另一方面，中间导体内部在填充填充物后，没有气体以及异物的存在，高温时内部不会因有残余气体或异物而导致热膨胀或氧化和污染，同时填充填充物后的B段中间导体相当于实心结构，其有效截面积较大，在持续高温氧化污染损耗下寿命较长，适用于高温的工况要求，另外，本发明又将中间导体和测量元件之间的连接方式采用夹紧和焊接的方式，提高了两者之间连接的牢固性，适用于高频振动的工况要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

含填充型管状中间导体的高温连接棒，包括中间导体，中间导体为管状结构，沿长度方向分为A段、B段和C段，A段内部中空，B段内部填满绝缘填充物。

本发明通过在导体内填充绝缘填充物，提高了中间导体在加工过程中的均匀变形，使得导体内径精度容易控制，且绝缘填充物的填充，有利于排出中间导体内部的气体，防止在高温时气体膨胀带来的性能的影响，有利于避免中间导体内由于中空结构且孔径较小导致的孔内存在的异物对中间导体的污染和氧化作用，有利于提高中空管的有效截面积，从而使得高温连接棒寿命增长，适用于高温和高频振动工况。

作为优选的技术方案：

如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，中间导体为圆柱管状结构，外径为0.5～1.2mm，壁厚为0.1～0.5mm，长度为60～200mm，A段或C段的长度为1.5～6mm。中间导体的形状、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。

如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，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填充物。本发明中间导体、外管与中间导体内的绝缘填充物以及中间导体与外管之间的绝缘填充物均是在装配好后，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。

如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，多根为2、3、4、6或8根，多根中间导体相互平行，多根中间导体的C段位于同一侧，C段内部中空或填满绝缘填充物。

如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，外管为圆柱管，外径为2.0～8.0mm，壁厚为0.2～1.0mm，材质为高温合金；外管形状、尺寸及材质并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择；

中间导体的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310S；中间导体的材质并不仅局限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择不同材质的中间导体；

所有绝缘填充物的形态都为颗粒状、块状或柱状；所有绝缘填充物的材质都为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅或氮化硼。绝缘填充物的形态和材质并不限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择其它形状和材质的绝缘填充物。

如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，高温合金为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S；高温合金的种类不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择；

所有绝缘填充物的形态都为颗粒状，颗粒的粒度为200～1000目。

本发明还提供探测器，主要由如上所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒和测量元件组成，测量元件的引线***A段内，由A段夹紧，同时引线***A段内的部分与A段焊接。本发明通过夹持和焊接双重固定强化中间导体与测量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A段的深度及尺寸可根据实际需求进行设置，A段夹紧引线可以是直接夹紧，也可以是间接夹紧，直接夹紧即A段与引线的接触部变形，使得A段的尺寸缩小，挤压引线并将其夹紧，间接夹紧即将引线***A段内后，向A段内填充物料，A段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。

作为优选的技术方案：

如上所述的探测器，引线与A段采用激光焊的方法焊接。

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。本发明的引线与中间导体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。测量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(PT200或热敏电阻)或测压元件。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，无填充材料，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，中间导体为管状结构，沿长度方向分为A段、B段和C段，A段内部中空，B段内部填满绝缘填充物，B段相当于为实心结构，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***内部中空的A段内，由内部中空的A段的内侧壁进行夹持，同时与A段焊接连接，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)本发明的含填充型管状中间导体的高温连接棒，中间导体A段中空，用于安装测量元件或热敏电阻，铆压后焊接，提高测量元件与中间导体连接的可靠性，提高产品耐高低温冲击性能；

(2)本发明的含填充型管状中间导体的高温连接棒，中间导体B段内有绝缘填充物，而且填充物的热膨胀系数与导体材料相当，与中空管结构相比，导体中间没有气体，高温时内部不会因有残余气体产生的气压；

(3)本发明的含填充型管状中间导体的高温连接棒，中间导体内有绝缘填充物作为支撑，在加工过程中导体的变形均匀，导体内径精度容易控制，强度得到提高；

(4)本发明的探测器，强度好，结构简单，成本低廉，使用寿命长，极具应用前景。

附图说明

图1和图2为本发明的含填充型管状中间导体的高温连接棒的纵截面示意图和横截面示意图；

图3～6为本发明探测器的结构示意图；

其中，100-外管，200-中间导体与外管之间的绝缘填充物，301-中间导体，400-中间导体B段内部的绝缘填充物，401a-中间导体的A段，401b-中间导体的B段，401c-中间导体的C段，500-测量元件，600-焊点，700-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。

含填充型管状中间导体的高温连接棒，如图1～2所示，包括中间导体301，中间导体301为管状结构，沿长度方向分为A段401a、B段401b和C段401c，A段内部中空，B段内部填满绝缘填充物400；

中间导体301的数量为2、3、4、6或8根，位于同一外管100内，沿外管100的长度方向相互平行排列，多根中间导体的C段位于同一侧，C段401c内部中空或填满绝缘填充物，中间导体301与外管100之间填充有绝缘填充物200。

中间导体B段401b内部的绝缘填充物400以及中间导体301与外管100之间的绝缘填充物200的形态都为粒度为200～1000目的颗粒状，也可为块状或柱状，所有绝缘填充物的材质都为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅或氮化硼。

中间导体301为圆柱管状结构，外径为0.5～1.2mm，壁厚为0.1～0.5mm，长度为60～200mm，A段401b或C段401c的长度为1.5～6mm，中间导体301的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310S。

外管100为圆柱管，外径为2.0～8.0mm，壁厚为0.2～1.0mm，材质为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S。

探测器，如图3～4所示，由上述含填充型管状中间导体的高温连接棒和测量元件500组成，测量元件500的引线700***A段401a内，由A段夹紧，同时引线700***A段内的部分与A段焊接。

测量元件500为PT200、热敏电阻或测压元件，含2根引线700，每根引线700各与一根中间导体301连接，即引线***A段内并由A段夹紧，即通过铆压的方式将中间导体A段压扁，引线包裹在压扁的中间导体A段内，同时引线***A段内的部分与A段采用激光焊的方法焊接，其焊点600如图5～6所示。

将本发明的探测器与对比样在同样工况(温度为800℃、振动频率为200MHz的工况)下使用一段时间，对比样与本发明的探测器的结构基本相同，不同之处在于中间导体内部中空，并未填充绝缘填充物，且测量元件与引线直接焊接并无夹紧，结果表明，使用一段时间后，对比样即失效，丧失使用功能，这主要是因为在加工的过程中，中间导体易受绝缘体挤压，变形不均匀，内径精度控制难度大，在高温和高频振动作用下，中间导体内部的空气易产生热膨胀，结构强度差，另外，焊点在高温和高频振动作用下极易被破坏导致的，而本发明的探测器在对比样失效后的较长时间内仍未失效，这主要是因为本发明在中间导体内部填充绝缘填充物，提高了结构的强度，又在中间导体和引线之间增设了夹持结构，夹持结构能够提高焊接结构的稳定性，延长了探测器的使用寿命，本发明的探测器的使用寿命较对比样延长了50～60％，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。

Claims (10)

1.含填充型管状中间导体的高温连接棒，包括中间导体，其特征是：中间导体为管状结构，沿长度方向分为A段、B段和C段，A段内部中空，B段内部填满绝缘填充物。

2.根据权利要求1所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，其特征在于，中间导体为圆柱管状结构，外径为0.5～1.2mm，壁厚为0.1～0.5mm，长度为60～200mm，A段或C段的长度为1.5～6mm。

3.根据权利要求1所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，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填充物。

4.根据权利要求3所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，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，多根中间导体的C段位于同一侧，C段内部中空或填满绝缘填充物。

5.根据权利要求4所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，其特征在于，外管为圆柱管，外径为2.0～8.0mm，壁厚为0.2～1.0mm，材质为高温合金；中间导体的材质为镍、Cr20Ni80、Inconel600、Inconel601或310S；所有绝缘填充物的形态都为颗粒状、块状或柱状；所有绝缘填充物的材质都为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅或氮化硼。

6.根据权利要求5所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒，其特征在于，高温合金为Inconel600、Inconel601、Inconel718或310S；所有绝缘填充物的形态都为颗粒状，颗粒的粒度为200～1000目。

7.探测器，其特征是：主要由如权利要求1～6任一项所述的含填充型管状中间导体的高温连接棒和测量元件组成，测量元件的引线***A段内，由A段夹紧，同时引线***A段内的部分与A段焊接。

8.根据权利要求7所述的探测器，其特征在于，引线与A段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。