ES2202428T3 - Dispositivo de medicion. - Google Patents

Dispositivo de medicion.

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ES2202428T3
ES2202428T3 ES96905750T ES96905750T ES2202428T3 ES 2202428 T3 ES2202428 T3 ES 2202428T3 ES 96905750 T ES96905750 T ES 96905750T ES 96905750 T ES96905750 T ES 96905750T ES 2202428 T3 ES2202428 T3 ES 2202428T3
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN EQUIPO DE MEDICION, EN PARTICULAR A UN SENSOR DE MEDICION ELECTROQUIMICO, CON UN ELEMENTO SENSOR QUE ESTA SITUADO EN UN PUNTO DE MEDICION Y QUE PUEDE SER CONECTADO A UN CIRCUITO DE EVALUACION REMOTO A PARTIR DEL PUNTO DE MEDICION POR MEDIO DE UNA LINEA DE CONEXION ELECTRICA QUE ESTA PROTEGIDA, AL MENOS EN LA VECINDAD DEL PUNTO DE MEDICION, CONTRA INFLUENCIAS EXTERNAS, EN PARTICULAR CONTRA ALTAS TEMPERATURAS. LA INVENCION HA PREVISTO QUE EL DISPOSITIVO (24) DE PROTECCION RECEPCIONE LAS LINEAS (22) DE CONEXION ELECTRICA Y DISPONGA EN SU EXTREMO OPUESTO CON RESPECTO EL ELEMENTO (12) SENSOR UN DISPOSITIVO DE CONTACTO QUE PUEDE SER CONTACTADO CON UNA LINEA (54,56) DE CONEXION AL CIRCUITO DE EVALUACION.

Description

Dispositivo de medición.
La invención se refiere a un dispositivo de medición, en particular a una sonda electroquímica, con las características indicadas en el preámbulo de la reivindicación 1.
Estado de la técnica
Los dispositivos de medición del tipo genérico son conocidos. Unas sondas electroquímicas realizadas en una llamada forma constructiva digitiforme se utilizan, por ejemplo, en automóviles para la determinación del contenido de oxígeno en gases de escape de motores de combustión interna. Estos dispositivos de medición tienen un elemento sensor dispuesto directamente en un punto de medición, que está fijado de forma estanca en una caja metálica.
Como es conocido, el elemento sensor presenta un electrolito de estado sólido dispuesto entre dos electrodos. Según el equipamiento del elemento sensor, está previsto un dispositivo de calefacción adicional. Están previstas líneas de conexión eléctrica, que conectan el elemento sensor con una disposición de circuito correspondiente, para evaluar las señales del sensor detectadas mediante el elemento sensor o para alimentar la tensión de caldeo necesaria al elemento sensor.
Puesto que, por ejemplo para la medición del contenido de oxígeno en gases de escape, los elementos sensores están dispuestos en una zona que está solicitada con una temperatura relativamente alta, es conocido llevar las líneas de conexión eléctrica de forma protegida, al menos cerca del dispositivo de medición. Para ello es conocido llevar las líneas de conexión eléctrica en un tubo metálico, que termina a una distancia determinada del punto de medición. Para realizar la conexión del elemento sensor con el circuito de evaluación, en el extremo de las líneas guiadas en el tubo metálico se empalman líneas aisladas con plástico, generalmente aisladas con PTFE. En uno de sus extremos, las líneas aisladas con plástico están provistas de un dispositivo de conexión, que puede ponerse en contacto con un dispositivo de conexión complementario que se encuentra en el mazo de cables.
Como es conocido, la unión entre las líneas aisladas con plástico y las que se encuentran en el tubo metálico se realiza como unión por soldadura por puntos, engarce a presión y/o por soldadura con estaño no desmontables. Para garantizar la seguridad en el servicio en este punto de unión, es conocido recubrirlo por extrusión de plástico y estanqueizar las líneas aisladas con plástico adicionalmente con arandelas aislantes de goma. El inconveniente de esta solución está en que el mazo de cables de las líneas de conexión eléctrica conectado con el dispositivo de medición es relativamente largo, por ejemplo, tiene una longitud de hasta 2 metros, de modo que es necesario un tendido relativamente complicado en el automóvil.
Por el documento EP 0 624 790 A1, en el que está basado el preámbulo de la reivindicación 1, se conoce una sonda de medición de gas con un elemento sensor que está dispuesto en una carcasa. El elemento sensor está conectado a través de líneas de conexión eléctrica con un circuito de evaluación dispuesto a distancia del punto de medición. Las líneas de conexión están guiadas de forma protegida contra influencias por temperaturas elevadas, por el interior de la carcasa, cerca del punto de medición. En uno de los extremos de la carcasa, las líneas de conexión forman un dispositivo de establecimiento de contacto, en el que puede enchufarse una clavija complementaria.
El documento US 4,560,463 describe un dispositivo de medición con un elemento sensor dispuesto en una carcasa, que puede conectarse mediante líneas de conexión eléctrica con un circuito de evaluación dispuesto a distancia del punto de medición. Directamente junto a la carcasa está dispuesta una línea eléctrica. Un dispositivo de medición similar está descrito en el documento DE 34 10 122 A1.
Por el documento US 4,151,503 se conoce un dispositivo de medición, en el que un elemento sensor está dispuesto en una carcasa de cerámica. En la carcasa de cerámica están pegadas o enmasilladas clavijas de contacto, que están conectadas eléctricamente con el elemento sensor.
Ventajas de la invención
El dispositivo de medición según la invención con las características indicadas en la reivindicación 1 ofrece, por el contrario, la ventaja de que desde unos dispositivos de medición de tamaño reducido, resistentes a temperaturas elevadas, puede establecerse sin gran esfuerzo y de forma sencilla contacto con una línea que conduce a un circuito de evaluación. Puesto que un dispositivo de protección que aloja las líneas de conexión eléctrica presenta en su lado no orientado hacia el elemento sensor un dispositivo de establecimiento de contacto, que puede establecer contacto con una línea de conexión al circuito de evaluación, es posible realizar de forma ventajosa la conexión entre el dispositivo de medición y el circuito de evaluación directamente en el extremo alejado del punto de medición del dispositivo de medición, sin que sea necesaria una disposición o fabricación adicional de una interfaz. El uso de una línea con un revestimiento metálico como dispositivo de protección tiene la ventaja de que una línea con revestimiento metálico se puede doblar, al menos dentro de ciertos límites. De esta forma es posible adaptar la línea de revestimiento metálico a las condiciones de espacio correspondientes en el lugar de montaje del dispositivo de medición.
Puesto que el dispositivo de medición presenta directamente el dispositivo de establecimiento de contacto, éste puede estar construido muy compacto, de modo que sea posible un montaje más sencillo, por ejemplo en el compartimento del motor de un automóvil. Además, es posible crear mediante el dispositivo de establecimiento de contacto conectado directamente con el dispositivo de medición, en particular con el dispositivo de protección del dispositivo de medición, de forma ventajosa una interfaz unificada con las líneas de conexión que conducen al circuito de evaluación, de modo que en conjunto se ha creado un dispositivo de medición que puede utilizarse en una gran cantidad de automóviles distintos.
Otras configuraciones ventajosas de la invención resultan de las demás características indicadas en las reivindicaciones secundarias.
Dibujos
A continuación, la invención se explicará más detalladamente en forma de un ejemplo de realización con ayuda de los dibujos correspondientes. Muestran:
la figura 1, una representación esquemática en corte de un dispositivo de medición según la invención y
la figura 2, una vista en planta desde arriba de un dispositivo de establecimiento de contacto del dispositivo de medición.
Descripción del ejemplo de realización
La figura 1 muestra un dispositivo de medición identificado en su conjunto con 10 en una representación parcialmente en corte. El dispositivo de medición 10 presenta un elemento sensor 12. El elemento sensor 12 puede ser en principio cualquier elemento sensor para la medición de una magnitud física. En el ejemplo mostrado, se parte de que el elemento sensor 12 es una sonda electroquímica 14, una llamada sonda lambda. El elemento sensor 12 tiene una carcasa 16 realizada fundamentalmente digitiforme, que puede fijarse en un tubo de gases de escape no representado. La carcasa 16 está guiada por un orificio de paso del tubo de gases de escape y está inmovilizada con medios de fijación correspondientes, por ejemplo mediante una tuerca de unión 18. La fijación de la carcasa 16 se realiza de tal forma que la misma quede dispuesta en el orificio de paso estanqueizando el mismo.
Dentro de la carcasa 16 están dispuestos electrodos aquí no representados, un electrolito de estado sólido, así como un dispositivo de calefacción, mediante los cuales puede medirse de una forma, que aquí no se considerará más detalladamente, una concentración de oxígeno en unos gases de escape de un automóvil. Los electrodos y el dispositivo de calefacción salen mediante líneas de conexión eléctrica 22 de la carcasa 16 del elemento sensor 12. En el ejemplo se parte de que están previstas un total de cuatro líneas de conexión 22. Según otros ejemplos de realización no representados, el número de líneas de conexión puede variar, no obstante, en función del equipamiento del elemento sensor 12, es decir, el número puede ser mayor o menor de cuatro.
Las líneas de conexión 22 sirven, por un lado, para la toma de señales del sensor y, por el otro, para proporcionar una tensión de caldeo.
A continuación de la carcasa 16 del elemento sensor 12 está dispuesto un dispositivo de protección 24 para las líneas de conexión 22. El dispositivo de protección 24 puede ser, por ejemplo, una línea de revestimiento metálico 26, en la que se guían las líneas de conexión 22. La línea de revestimiento metálico 26 está unida de forma estanca con la carcasa 16 del elemento sensor 12, de modo que las influencias externas, por ejemplo suciedad, gases de combustible, aire o calor no puedan entrar de forma incontrolada en la carcasa 16. Puesto que el elemento sensor 12 está dispuesto, por regla general, en una zona en la que existen temperaturas elevadas, por ejemplo de varios 100ºC, la línea de revestimiento metálico 26 forma una protección para las líneas de conexión eléctrica 22 ante un calentamiento inadmisible.
En el extremo 28 no orientado hacia el elemento sensor 12 de la línea de revestimiento metálico 26 está dispuesto un dispositivo de establecimiento de contactos 30, que forma junto con el elemento sensor 12 y el dispositivo de protección 24 una unidad constructiva que constituye el dispositivo de medición 10. El dispositivo de establecimiento de contactos 30 tiene una carcasa 32, que está unida fijamente con la línea de revestimiento metálico 26. La carcasa 32 forma para ello una brida 34, a través de la cual la línea de revestimiento metálico 26 pasa al interior de la carcasa 32. La carcasa 32 puede estar hecha, por ejemplo, de un plástico, que se ha moldeado por inyección en la línea de revestimiento metálico 26. Según otro ejemplo de realización, la carcasa 32 puede ser una carcasa metálica, que está unida fijamente con la línea de revestimiento metálico 26, por ejemplo mediante soldadura por puntos o con estaño. Según otro ejemplo de realización no representado, la carcasa 32 está realizada en una pieza con la línea de revestimiento metálico 26, es decir, el revestimiento metálico exterior de la línea de revestimiento metálico 26 se ensancha formando la carcasa 32. En cualquier caso está garantizado que la carcasa 32 está unida de forma fija y estanca con la línea de revestimiento metálico 26. La unión entre la carcasa 32 y la línea de revestimiento metálico 26 se elige aquí de tal forma que resista a las temperaturas existentes en el punto de unión. Según la longitud de la línea de revestimiento metálico 26, que puede variar según distintos ejemplos de realización, por ejemplo, entre cinco y veinte cm, en el lugar de unión entre la carcasa 32 y la línea de revestimiento metálico 26 existen temperaturas de aproximadamente 150ºC.
Dentro de la carcasa 32, las líneas de conexión eléctrica 22 están conectadas de forma eléctricamente conductora con clavijas de contacto 36. Una unión entre las líneas de conexión eléctrica 22 y las clavijas de contacto 36 puede realizarse, por ejemplo, mediante unión por soldadura. No obstante, además de esta técnica también son posibles otras técnicas de unión habituales, por ejemplo, enchufar, arrollar, soldadura con estaño, etc.
Las clavijas de contacto 36 están fijadas en su posición en un zócalo 28, que está hecho de un material aislante, por ejemplo de plástico. Las clavijas de contacto 36, por ejemplo, pueden estar fundidas en bloque después del establecimiento del contacto con las líneas de conexión eléctrica 22 en el zócalo 38, introduciéndose a través de un orificio 40 de la carcasa 32 una masa correspondiente de plástico. Gracias a la fijación de la posición de las clavijas de contacto 36 en el zócalo 38 se consigue al mismo tiempo una disposición de las clavijas de contacto 36 en una dimensión de trama determinada. Como muestra la figura 2 la vista en planta desde arriba del orificio 40 del dispositivo de establecimiento de contactos 30 según la línea A-A de la figura 1, en el ejemplo elegido están dispuestas un total de cuatro clavijas de contacto 36 en los vértices de un cuadrado. Por supuesto, es posible cualquier otra disposición de las clavijas de contacto 36, si se cumple la condición de que las clavijas de contacto 36 pueden introducirse en un dispositivo de enchufe complementario correspondiente, que se explicará más adelante. Las clavijas de contacto 36 se asoman con sus extremos libres a la carcasa 32, de modo que el dispositivo de establecimiento de contactos 30 constituye en su conjunto un acoplamiento de conector 44.
Como puede verse en la figura 2, en el ejemplo mostrado, la carcasa 32 está configurada fundamentalmente de forma redonda. Según otros ejemplos de realización no representados, la carcasa 32 puede presentar también cualquier otra forma geométrica, por ejemplo, una forma ovalada, rectangular, etc. Condición previa es, a su vez, que una clavija complementaria correspondiente se adapte a la forma de la carcasa 32 y la disposición de las clavijas de contacto 36. En su extremo orientado hacia el orificio 40, la carcasa 32 presenta un reborde 48, que facilita la introducción de una clavija complementaria.
El zócalo 38 puede presentar un orificio de paso 50, que conecta un espacio interior de la línea de revestimiento metálico 26 con un espacio interior de la carcasa 32.
A través de este orificio de paso 50, del que pueden estar previstos, dado el caso, también varios, está realizada una conexión de gas de referencia al elemento sensor 12. Por lo tanto, puede utilizarse también un elemento sensor 12 que requiere una referencia de aire para su funcionamiento gracias al dispositivo de establecimiento de contactos 30 fijamente unido con la línea de revestimiento metálico 26. El dispositivo de establecimiento de contactos 30 puede utilizarse, por lo tanto, visto de una forma global, de manera muy variable en distintos tipos de elementos sensores 12.
A través de la línea de revestimiento metálico 26, que conecta el elemento sensor 12 con el dispositivo de establecimiento de contactos 30, se ha creado una conexión resistente a temperaturas elevadas entre el punto de medición del dispositivo de medición, el elemento sensor 12 y la interfaz con un circuito de evaluación, el dispositivo de establecimiento de contactos 30. No es necesario prever adicionalmente aislamientos, estanqueidad, etc. de ningún tipo.
En la figura 1 se muestra, además, una representación en corte de una clavija complementaria 52. La clavija complementaria 52 está conectada con líneas eléctricas 54, que, por ejemplo, forman parte de un mazo de cables 56 instalado fijo en un automóvil. La clavija complementaria 52 tiene una carcasa de toma de corriente 58, cuyo contorno exterior está adaptado a la carcasa 32 del dispositivo de establecimiento de contactos 30. Tanto la carcasa 32 como la carcasa de toma de corriente 58 pueden presentar medios, por ejemplo salientes y escotaduras correspondientes, aquí no representados, que permitan que la carcasa de toma de corriente 58 sólo pueda introducirse en una posición determinada en la carcasa 32.
En la carcasa de toma de corriente 58 están insertadas, por ejemplo enclavadas, hembrillas de contacto 60, en las que pueden introducirse las clavijas de contacto 36 del dispositivo de establecimiento de contactos 30. Las hembrillas de contacto 60 están conectadas con las líneas 54 de forma eléctricamente conductora, por ejemplo mediante engarce a presión. Dentro de la carcasa de toma de corriente 58 están realizadas escotaduras 62, por las que se conducen las líneas 54 y en las que éstas establecen contacto con las hembrillas de contacto 60. Para estanqueizarlas, las líneas 54 están provistas de una junta 64 que, por un lado, realiza una estanqueización del lugar de conexión de las clavijas de contacto 38 con las hembrillas de contacto 60 y, por el otro, una descarga de tracción para las líneas 54. En el contorno exterior de la carcasa de toma de corriente 58 está prevista otra junta 68 continua, que garantiza una colocación estanca de la carcasa de toma de corriente 58 en la carcasa 32.
En resumen, se ha creado con el dispositivo de medición 10, que está formado por el elemento sensor 12, el dispositivo de protección 24 y el dispositivo de establecimiento de contactos 30 conectado con el dispositivo de protección 24, una unidad compacta y robusta, que garantiza que se cumplan todos los requisitos de un mantenimiento de contacto seguro y continuo del elemento sensor 12, incluso en condiciones de montaje extremas, por ejemplo en el compartimento del motor de un automóvil. Una unión del mazo de cables 56 con el dispositivo de medición 10 mediante la clavija complementaria 52, simplifica el montaje.

Claims (14)

1. Dispositivo de medición, en particular sonda electroquímica, con un elemento sensor dispuesto en un punto de medición que está dispuesto en una carcasa metálica y que puede conectarse con un circuito de evaluación dispuesto a distancia del punto de medición mediante líneas de conexión eléctrica, alojando un dispositivo de protección las líneas de conexión eléctrica, de modo que las líneas de conexión eléctrica estén guiadas al menos cerca del punto de medición de forma protegida contra influencias externas, en particular, influencias por temperaturas elevadas, siendo el dispositivo de protección (24) una línea de revestimiento metálico (26), estando conectada la línea de revestimiento metálico (26) con la carcasa (16) del elemento sensor (12) y estando previsto en el extremo no orientado hacia el elemento sensor (12) de la línea de revestimiento metálico (26) un dispositivo de establecimiento de contactos (30), que puede establecer contacto con una línea de conexión (54, 56) que conduce al circuito de evaluación, caracterizado porque la línea de revestimiento metálico presenta una curvatura en ángulo recto.
2. Dispositivo de medición según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de establecimiento de contactos (30) está formado por un acoplamiento de conector (44), que está conectado fijamente con el dispositivo de protección (24).
3. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el extremo de la línea de revestimiento metálico (26) alejado del punto de medición desemboca en el acoplamiento de conector (44).
4. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acoplamiento de conector (44) presenta una carcasa (32) que está conectada fijamente con la línea de revestimiento metálico (26).
5. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se obtiene moldeándose la carcasa (32) por inyección en la línea de revestimiento metálico (26).
6. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unión entre la carcasa (32) y la línea de revestimiento metálico (26) es una unión por soldadura.
7. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa (32) está configurada en una sola pieza con la línea de revestimiento metálico (26).
8. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las líneas de conexión eléctrica (22) están conectadas con clavijas de contacto (36) dispuestas en el interior de la carcasa (32).
9. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las clavijas de contacto (38) están moldeadas por inyección en un zócalo de material aislante (38) dispuesto en el interior de la carcasa (32).
10. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el zócalo de material aislante (38) presenta al menos un orificio de paso (50), que conecta un espacio interior de la línea de revestimiento metálico (26) con la atmósfera o una línea de alimentación conectada con la atmósfera.
11. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa (32) presenta medios que requieren obligatoriamente un establecimiento de contacto de las clavijas de contacto (38) exacto en cuanto a los polos.
12. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de protección (24) está conectado de forma estanca con la carcasa (16) del elemento sensor (12).
13. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa (16) del elemento sensor (12) está dispuesta en un orificio de paso de un tubo de gases de escape y está fijada con un medio de fijación, en particular una tuerca de unión (18).
14. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el interior de la carcasa (16) del elemento sensor (12) están dispuestos electrodos, un electrolito de estado sólido, así como un dispositivo de calefacción.
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