CN1796991A - 气体测量传感器 - Google Patents
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Abstract
确定被测气体的物理特性、尤其是其温度或气体混合物如内燃机的排气中的气体成分的浓度的气体测量传感器，具有管状的壳体及保持在壳体中的传感元件(11)，它以被测气体侧的端部区段(111)及连接侧的端部区段(112)从壳体伸出并在端部区段(111，112)之间相对壳体密封。为实现端部区段(112)相对被测气体——端部区段(111)暴露于其中——在制造技术上简单且可靠地密封并减小整个传感器的轴向结构高度，传感元件承载一个环形法兰(13)，它设置在端部区段(111，112)之间的区域中并与传感元件气密地连接。壳体中构造有环形的径向肩(123)，环形法兰(13)通过置于径向肩与它之间的密封圈(14)轴向固定夹紧在该径向肩上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定被测气体的物理特性、尤其是其温度或一种气体混合物如内燃机的排气中的气体成分的浓度的气体测量传感器。
背景技术
在公知的气体测量传感器(DE 195 32 090 A1)中，传感元件在壳体中的机械的保持及该传感元件的连接侧的端部区段相对于被测气体侧的端部区段的气密的密封通过两个陶瓷模制件及一个设置在它们之间的密封组件来实现，它们被套在传感元件的位于这两个端部区段之间的一个中间的区段上且靠置在壳体内壁上。密封组件由三个密封盘组成，其中两个外部的密封盘由滑石构成且中间的密封盘由氮化硼构成。一个滑石密封盘位于下陶瓷模制件上，后者本身支撑在一个构造在壳体上的环绕的斜肩上。在上滑石密封盘上座置着陶瓷模制件，后者在其背对该密封盘的端面上由一个金属的保持罩搭接。该保持罩借助轴向的压力套在壳体上，其中所述密封组件被压紧。接着，该保持罩在壳体侧的切槽的区域中被鼓出成形。通过该密封组件的压紧，这三个密封盘在轴向上被挤压，由此，它们一方面压紧在传感元件上，另一方面压紧在壳体内壁上。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于确定被测气体的物理特性、尤其是其温度或一种气体混合物如内燃机的排气中的气体成分的浓度的气体测量传感器，它克服了现有技术中的缺点。
根据本发明，提出了一种气体测量传感器，用于确定被测气体的物理特性、尤其是其温度或一种气体混合物中的气体成分的浓度，该气体测量传感器具有一个壳体及一个离其壳体内壁具有间距地被保持在该壳体中的传感元件，该传感元件以一个被测气体侧的端部区段及以一个连接侧的端部区段从壳体中伸出并且在这些端部区段之间相对壳体内壁密封，其中：该传感元件具有一个环形法兰，该环形法兰被设置在这些端部区段之间的区域中并且与该传感元件对气体密封地相连接，并且该环形法兰被经过一个置入在一个径向肩与环形法兰之间的密封圈轴向固定夹紧在该构造在壳体内壁上的环形的径向肩上。
根据本发明的气体测量传感器具有其优点，即通过传感元件上的环形法兰及壳体中的径向肩，同置入在该环形法兰与该径向肩之间的密封圈相联系地达到传感元件与壳体之间的轴向的密封，该轴向的密封在其密封功能上比在一个包围传感元件的密封部件与壳体的内壁之间的径向的密封无问题得多。可取消在公知的气体测量传感器上为了良好的径向的密封总是具有的由多个密封盘组成的密封组件及挤压这些密封盘的隔离套管。由此一方面简化了制造过程，因为施加在该密封圈上的压紧力可比借助凸模及配合模具施加在密封组件上的压紧力小得多，后者对于设置在所述隔离套管之间的密封组件的挤压是必需的。作用在密封圈上的压紧力还可通过在壳体中引入简单的鼓出成形结构或滚压结构来在环形法兰的背对该密封圈的侧上产生及维持，尤其当该密封圈由金属制造并具有与壳体相同的热膨胀系数时。另一方面，通过取消公知的密封组件可明显地减小气体测量传感器的轴向结构高度。此外，在装配该测量传感器时该环形法兰承担对中功能且在测量传感器工作时承担相对壳体的支撑功能，由此避免了传感元件的固有振动。
根据本发明的一个有利的实施形式，传感元件与环形法兰构成一个装配单元，其中该环形法兰由陶瓷材料组成并且被烧结在该传感元件上。这里该环形法兰可套在处于湿态中的传感元件上并在共烧过程中与传感元件一起烧结。一种置入在传感元件与环形法兰之间的薄膜粘合剂负责烧结时传感元件与环形法兰之间的气密的连接。变换地，将环形法兰套在已烧结的传感元件上及借助薄膜粘合剂粘接并在后烧过程中烧结在该已烧结的传感元件上。在这两种情况下优选在传感元件与环形法兰之间还设置有一个层、例如由玻璃粉末作的层，它减小在烧结过程中在传感元件与环形法兰之间形成的机械应力。
根据本发明的另一个实施形式，也被烧结的环形法兰借助陶瓷浇注材料或陶瓷粘接剂固定在已烧结的传感元件上。
根据本发明的一个选择的实施形式，至少在环形法兰的背着径向肩的一侧上、优选在该环形法兰的两侧上靠置有密封部件，后者通过优选由陶瓷作的隔离套管压紧在环形法兰上。在此情况下，该压紧力通过在壳体中引入鼓出成形结构或滚压结构来在所述隔离套管的背对密封部件的侧上产生。通过该选择的措施，除了一个附加的密封功能外尤其达到了传感元件在壳体上的纵向支撑及由此达到对于传感元件的振动阻尼的改善。
有利的是，环形法兰在密封圈上的轴向固定夹紧是通过在壳体中引入鼓出成形结构或滚压结构来实现的。
有利的是，壳体上的径向肩被这样地构造，使得该径向肩朝向传感元件的被测气体侧的端部区段。
有利的是，壳体被构造成具有一个直径较大的及一个直径较小的壳体区段的空心圆柱形；在这些壳体区段的过渡部分上构造了所述径向肩。
有利的是，一个以一个径向间距包围传感元件的被测气体侧的端部区段的保护管被套在直径较大的壳体区段上并且通过鼓出成形、滚压或焊接被固定在壳体上。
通过上述技术方案可实现根据本发明的气体测量传感器的进一步构型及改进。
附图说明
以下借助一个在附图中所示的实施例来详细描述本发明。附图示意地表示：
图1部分地示出一个具有传感器单元的气体测量传感器的纵截面，
图2部分地示出图1中传感元件的一个透视图。
具体实施方式
图1中部分地以纵截面视图示出的气体测量传感器被设计成用于确定内燃机的排气中的氧浓度的λ传感器(Lambdasonde)。它具有一个平面型传感元件11，该传感元件具有一个暴露在被测气体中的、对气体敏感的、被测气体侧的端部区段111及一个连接侧的端部区段112，该连接侧的端部区段用于使传感元件11电连接到一个电连接导线上。在连接侧的端部区段112上以公知的方式设置有一些接触面，这些接触面一方面通过一些印制导线(Leiterbahn)与一些设置在被测气体侧的端部区段111上的电极相连接，另一方面通过一个连接插接件与连接导线的连接导体相连接。传感元件11离壳体内壁124具有间距地被保持在管状的或空心圆柱形的壳体12中并以其两个端部区段111及112在壳体12的端面上伸出。壳体12在直径上被构造有阶梯并且具有一个直径较小的上壳体区段121及一个直径较大的下壳体区段122，其中在这两个壳体区段121、122的过渡区域中通过壳体内壁124的这里给出的偏移而形成一个环形的径向肩123，该径向肩朝向传感元件11的被测气体侧的端部区段111。通常由陶瓷层、优选由薄膜组成的平面型传感元件11在其位于被测气体侧的端部区段111与连接侧的端部区段112之间的区域中承载一个环形法兰13，该环形法兰对气体密封地被固定在传感元件11上。环形法兰13由陶瓷材料构成并且被烧结在传感元件11上，使得该传感元件与该环形法兰13构成一个装配单元。为此，环形法兰13被置于处于湿态中的传感元件11上并且与该传感元件一起在所谓的共烧(Cofiring)过程中烧结。变换地，该环形法兰13也可套在已烧结的传感元件11上并且在所谓的后烧(Postfiring)过程中烧结在该传感元件11上。在这两种情况下，在环形法兰13与传感元件11之间置入一种薄膜粘合剂，该薄膜粘合剂在烧结过程中在环形法兰13与传感元件11之间形成气密的连接。为了减小在烧结时在环形法兰13与传感元件11之间的界面上可能出现的机械应力，还可在环形法兰13与传感元件11之间设置一个减小应力的层、例如由玻璃粉末组成的层。
作为另一个变型方案也可借助一种陶瓷浇注材料(keramischeVergussmasse)或一种陶瓷粘接剂将被烧结的环形法兰13固定在也被烧结的传感元件11上。
环形法兰13被这样地定尺寸，使得该环形法兰可基本上精确配合地插在直径较大的壳体区段122中且可靠置在壳体12中的平的径向肩123上。在环形法兰13与径向肩123之间置入一个密封圈14，后者优选是一个金属环。在环形法兰13的背着密封圈14的背面上，在壳体12中这样地引入一个优选环绕的、钩住该环形法兰13的鼓出成形结构23，使得该环形法兰13以一个确定的压紧力轴向地被压在密封圈14上。也可进行滚压来取代该鼓出成形。这里在鼓出成形(Verstemmen)或滚压期间例如借助一个导入到直径较大的壳体区段122中的挤压凸模将一个使环形法兰13压紧在密封圈14及径向肩123上的轴向力施加到环形法兰13上。
在壳体12的直径较大的壳体区段122上套上一个保护管15，该保护管以一个径向间距包围着传感元件11的被测气体侧的端部区段111。在该保护管15中可开设一些用于被测气体或排气的气体穿通孔16。在此情况下，保护管15的端面也可通过一个管底——该管底必要时具有其它一些气体穿通孔——来封闭。保护管15也是通过滚压或鼓出成形固定在壳体12上，但也可与壳体2相焊接。
选择地在壳体12中还可设置两个密封部件17、18，这两个密封部件中的每一个分别靠置在环形法兰13的彼此背对的端面中的一个上。在每个密封部件17、18上置有一个由陶瓷材料作的隔离套管19或20。在这些隔离套管19、20上施加一个轴向的压力，该压力使密封部件17、18压在环形法兰13上及压在壳体内壁124上。为了维持该压力，在隔离套管19、20的背对密封部件17、18的侧上在壳体12中各引入一个钩住隔离套管19、20的鼓出成形结构(Ver-stemmung)21或22。也可分别进行滚压来取代所述鼓出成形结构21、22。
如这里未进一步示出地，通常传感元件11的从壳体12伸出的连接侧的端部区域112及安装在其上的连接插接件由一个套在壳体12的直径较小的壳体区段121上的保护套管包围，该保护套管在背对壳体12的端面上以一个用于连接导线的电缆套管作为终端。
本发明可用同样有利的方式使用在这样一些气体测量传感器中：这些气体测量传感器例如作为氮氧化物传感器来检测发动机或内燃机的排气中的氮氧化物的浓度或被构造为温度传感器用于检测排气温度。
Claims (12)
1.气体测量传感器，用于确定被测气体的物理特性、尤其是其温度或一种气体混合物中的气体成分的浓度，具有一个壳体(12)及一个离其壳体内壁(124)具有间距地被保持在该壳体(12)中的传感元件(11)，该传感元件以一个被测气体侧的端部区段(111)及以一个连接侧的端部区段(112)从壳体(12)中伸出并且在这些端部区段(111，112)之间相对壳体内壁(124)密封，其特征在于：该传感元件(11)具有一个环形法兰(13)，该环形法兰被设置在这些端部区段(111，112)之间的区域中并且与该传感元件(11)对气体密封地相连接；该环形法兰(13)被经过一个置入在一个径向肩(123)与环形法兰(13)之间的密封圈(14)轴向固定夹紧在该构造在壳体内壁(124)上的环形的径向肩(123)上。
2.根据权利要求1的气体测量传感器，其特征在于：传感元件(11)与环形法兰(13)构成一个装配单元。
3.根据权利要求2的气体测量传感器，其特征在于：环形法兰(13)由陶瓷材料组成并且被烧结在该传感元件(11)上。
4.根据权利要求3的气体测量传感器，其特征在于：烧结是在处于湿态中的传感元件(11)与通过薄膜粘合剂置于其上的环形法兰(13)的共烧过程中进行的。
5.根据权利要求3的气体测量传感器，其特征在于：烧结是在已烧结的传感元件(11)上的后烧过程中进行的。
6.根据权利要求3～5中一项中的气体测量传感器，其特征在于：在传感元件(11)与环形法兰(13)之间设置有一个减小应力的层、例如由玻璃粉末作的层。
7.根据权利要求2的气体测量传感器，其特征在于：环形法兰(13)由陶瓷材料组成并被粘接在传感元件(11)上，优选借助陶瓷浇注材料或陶瓷粘接剂粘接在传感元件(11)上。
8.根据权利要求1～7中一项中的气体测量传感器，其特征在于：环形法兰(13)在密封圈(14)上的轴向固定夹紧是通过在壳体(12)中引入鼓出成形结构或滚压结构来实现的。
9.根据权利要求1～8中一项中的气体测量传感器，其特征在于：壳体(12)上的径向肩(123)被这样地构造，使得该径向肩朝向传感元件(11)的被测气体侧的端部区段(111)。
10.根据权利要求1～9中一项中的气体测量传感器，其特征在于：壳体(12)被构造成具有一个直径较大的及一个直径较小的壳体区段(122，121)的空心圆柱形；在这些壳体区段(122，121)的过渡部分上构造了所述径向肩(123)。
11.根据权利要求1～10中一项中的气体测量传感器，其特征在于：至少在径向法兰(13)的背着径向肩(123)的一侧上、优选在环形法兰(13)的两侧上，在环形法兰(13)上靠置有优选由滑石作的密封部件(17，18)；在密封部件(17，18)上靠置有优选由陶瓷作的隔离套管(19，20)，所述隔离套管通过在壳体(12)中引入鼓出成形结构(21，22)或滚压结构而被轴向地压在所述密封部件(17，18)上。
12.根据权利要求10或11的气体测量传感器，其特征在于：一个以一个径向间距包围传感元件(11)的被测气体侧的端部区段(111)的保护管(15)被套在直径较大的壳体区段(122)上并且通过鼓出成形、滚压或焊接被固定在壳体(12)上。
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