ES2202428T3 - Dispositivo de medicion. - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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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