ES2304823A1 - Sensor de medicion de gas. - Google Patents
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Abstract
Sensor de medición de gas (10), que sirve especialmente para la verificación de una propiedad física de un gas de medición, con preferencia para la verificación de la concentración de un componente del gas o de una concentración de partículas en un gas de escape de un motor de combustión interna o para la determinación de la temperatura de un gas de escape de un motor de combustión interna. El sensor de medición de gas (10) comprende un elemento sensor (31) dispuesto en una carcasa (21), que presenta al menos una superficie de contacto (32), que está conectada eléctricamente con un conductor (43). El conductor (43) está dispuesto entre la superficie de contacto (32) y una cáscara de contacto (41). La cáscara de contacto (41) está rodeada por una empaquetadura de polvo (61). La empaquetadura de polvo (61) ejerce una fuerza sobre la cáscara de contacto (41), de tal forma que el conductor (43) es presionado a través de la cáscara de contacto (41) sobre la superficie de contacto (32).
Description
Sensor de medición de gas.
La invención parte de un sensor de medición de
gas según el preámbulo de la reivindicación independiente.
Un sensor de medición de gas de este tipo se
conoce, por ejemplo, a partir de los documentos DE 195 42 650 A1 o
DE 41 26 378 A1. El sensor de medición de gas comprende un elemento
sensor alargado plano, cuya estructura se describe en el documento
DE 199 41 051 C2. El elemento sensor está fijado y cerrado
herméticamente en una carcasa del sensor de medición de gas. Para la
obturación, está previsto un paquete de obturación de un material
en polvo, que está dispuesto entre dos piezas moldeadas cerámicas.
Las piezas moldeadas cerámicas presentan en cada caso en el centro
escotaduras, en las que está guiado el elemento sensor. El paquete
de obturación rellena la zona entre el elemento sensor y la carcasa
y está prensado entre las dos piezas moldeadas cerámicas de tal
forma que el material del paquete de obturación se apoya con efecto
de obturación en el elemento sensor y en la pared interior de la
carcasa. En su sección del lado de la conexión, el elemento sensor
presenta, además, superficies de contacto para el establecimiento
del contacto eléctrico. Las superficies de contacto están
conectadas eléctricamente con elementos conductores, a través de
los cuales se conduce la señal de medición del elemento sensor
hacia una electrónica de evaluación que está colocada fuera del
sensor de medición de gas. Los elementos conductores son
presionados por medio de dos cáscaras de contacto opuestas sobre
las superficies de contacto. A tal fin, las cáscaras de contacto
están rodeadas por un elemento de resorte, que comprime las dos
cáscaras de contacto y de esta manera presiona los elementos
conductores por medio de las cáscaras de contacto con la fuerza
necesaria sobre las superficies de contacto.
A este respecto, es desfavorable que el contacto
del elemento sensor es costoso desde el punto de vista de la
técnica de fabricación debido a un elemento de resorte, que abraza
las cáscaras de contacto. Además, un contacto de este tipo requiere
una alta exactitud de fabricación con respecto al elemento sensor y
a las cáscaras de contacto así como con respecto a la posición en
la carcasa y, por lo tanto, es caro y propenso a errores. Además,
es un inconveniente que a altas temperaturas en la zona por encima
de 400 grados Celsius, la tensión elástica del elemento de resorte
cede, de manera que los elementos conductores no son presionados ya
con la presión necesaria sobre las superficies de contacto.
El sensor de medición de gas según la invención
con los rasgos característicos de la reivindicación independiente
tiene, en cambio, la ventaja de que se realiza un contacto fiable
con reducida tendencia a errores, también a altas temperaturas.
A tal fin, está previsto que la cáscara de
contacto esté rodeada por una empaquetadura de polvo, que la
empaquetadura de polvo esté prensada y que ejerza una fuerza sobre
la cáscara de contacto de tal forma que el conductor sea presionado
a través de la cáscara de contacto sobre la superficie de contacto.
Puesto que la empaquetadura polvo puede fluir durante el prensado
dentro de ciertos límites, se compensan las inexactitudes con
respecto a las cáscaras de contacto y a la posición del elemento
sensor y de las cáscaras de contacto en la carcasa, de manera que
la empaquetadura de polvo rodea de una manera uniforme la cáscara de
contacto o bien las cáscaras de contacto, se apoya de forma
hermética en las cáscaras de contacto y en la pared interior de la
carcasa y ejerce una fuerza uniforme sobre las cáscaras de
contacto.
Por medio de las medidas indicadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles desarrollos ventajosos
del sensor de medición de gas indicado en la reivindicación
independiente.
De una manera especialmente ventajosa, están
previstas dos cáscaras de contacto opuestas, entre las cuales están
dispuestos los conductores y la zona del elemento sensor con las
superficies de contacto. Por medio de la disposición simétrica se
pueden tomar un número alto de señales. Al mismo tiempo, se reduce
al mínimo la fuerza total que actúa a través del contacto sobre el
elemento sensor.
De una manera ventajosa, la empaquetadura de
polvo está dispuesta en la dirección del eje longitudinal de la
carcasa entre una primera pieza moldeada y una segunda pieza
moldeada y a través de una combinación adecuada de la primera y de
la segunda pieza moldeada se ejerce una fuerza sobre la
empaquetadura de polvo, de tal forma que la empaquetadura de polvo
presiona las cáscaras de contacto en la dirección de las
superficies de contacto y de esta manera realiza el contacto entre
los conductores y las superficies de contacto. La segunda pieza
moldeada está prevista en el extremo del sensor de medición de gas
en el lado de la conexión, y la primera pieza moldeada está
dispuesta, con respecto a la segunda pieza moldeada, en la
dirección del extremo del sensor de medición de gas del lado de
medición del gas.
De una manera especialmente ventajosa, entre la
primera y la segunda pieza moldeada está dispuesta adicionalmente
una empaquetadura de obturación, que está prensada entre las dos
piezas moldeadas, de tal manera que la empaquetadura de obturación
se apoya con efecto de obturación en el elemento sensor y en la
pared interior de la carcasa. La empaquetadura de obturación se
conecta en la dirección longitudinal de la carcasa, de una manera
ventajosa en la dirección del extremo del elemento sensor del lado
del gas de medición en la empaquetadura de polvo. Con una
disposición de este tipo, no se separan ya el contacto y la
obturación del elemento sensor uno del otro, sino que se realizan
en un grupo estructural común.
De manera ventajosa, la primera pieza moldeada
presenta una escotadura para el alojamiento del elemento sensor, y
la segunda pieza moldeada contiene escotaduras, que corresponden al
número de los conductores, en las que está alojado en cada caso un
conductor y se guía desde el sensor de medición de gas.
Para el prensado de la empaquetadura de polvo y,
dado el caso, de la empaquetadura de obturación está previsto de
una manera ventajosa que la carcasa presente en su extremo del lado
de la conexión un collar, a través del cual está fijada la segunda
pieza moldeada en la dirección del eje longitudinal del sensor de
medición de gas, y que la carcasa presente en su pared lateral una
zona de rehundido, en la que el diámetro interior de la carcasa
está reducido y sobre la que se apoya la primera pieza moldeada, de
manera que a través del collar y la zona de rehundido de la
carcasa, la primera y la segunda pieza moldeada están dispuestas de
tal forma que la empaquetadura de polvo, dispuesta entre la primera
y la segunda pieza moldeada, y/o la empaquetadura de obturación
dispuesta entre la primera y la segunda pieza moldeada son
prensadas en la dirección longitudinal del sensor de medición de
gas. Por medio del rehundido de la carcasa se puede generar de una
manera sencilla en cuanto a la técnica de fabricación una fuerza
alta entre las dos piezas moldeadas. El collar de la carcasa se
puede generar, por ejemplo, a través de moleteado.
La empaquetadura de polvo y/o la empaquetadura
de obturación presentan con preferencia un polvo cerámico. De una
manera especialmente preferida, la empaquetadura de polvo es
esteatita y/o nitruro de boro y la empaquetadura de polvo es óxido
de magnesio.
La empaquetadura de polvo y/o la empaquetadura
de obturación son prensadas previamente, por ejemplo, combinación y
forman una unidad bien manejable, que se puede insertar de una
manera sencilla desde el punto de vista de la técnica de
fabricación en el sensor de medición del gas. De una manera
alternativa, el polvo se puede introducir también como producto a
granel. La empaquetadura de polvo previamente prensada o la
empaquetadura de polvo introducida como producto a granel y/o la
empaquetadura de obturación son prensadas entonces dentro del
elemento sensor, de tal manera que las empaquetaduras se apoyan en
los componentes circundantes y actúan con efecto de obturación o
bien ejercer una fuerza de prensado suficiente para el contacto.
Un ejemplo de realización de la invención se
representa en el dibujo y se explica en detalle en la descripción
siguiente. La figura 1 muestra una sección longitudinal del sensor
de medición de gas, la figura 2 muestra una sección a lo largo de
la línea II-II en la figura 1, la figura 3 muestra
una sección a lo largo de la línea III-III en la
figura 1.
El sensor de medición de gas 10 representado en
las figuras sirve, por ejemplo, para la determinación de la
concentración de oxígeno (sonda de salto Lambda o sonda de banda
ancha Lambda), de hidrocarburos o de NOx en un gas de escape de un
motor de combustión interna, o para la determinación del contenido
de negro de carbón o la temperatura del gas de escape. El sensor de
medición de gas 10 presenta una sección loa en el lado del gas de
medición y una sección 10b en el lado de la conexión y comprende
una carcasa metálica 21 de forma tubular, que presenta en su lado
exterior un hexágono 22 así como una rosca 22a para el montaje del
sensor de medición de gas 10 en un conducto de gas de medición no
representado. En la sección loa de la carcasa en el lado del gas de
medición está fijado un tubo de protección 23, que presenta
orificios 24, a través de los cuales el gas de medición puede
llegar al interior de la carcasa 21.
En la carcasa 21 del sensor de medición de gas
10 está dispuesto un elemento sensor 31 alargado plano, que
presenta en la zona del tubo de protección 23 una sección 31a en el
lado del gas de medición. En su sección 31b en el lado de la
conexión, que está opuesta a la sección 31a del lado del gas de
medición, están previstas superficies de contacto 32 sobre la
superficie exterior opuesta del elemento sensor 31. Sobre las
superficies de contacto 32 se encuentra en cada caso un conductor
43, que está conectado eléctricamente con la superficie de contacto
32. A través de los conductores 43, el elemento sensor 31 está
conectado con un circuito de evaluación externo, a través del cual
se evalúa, por ejemplo, la señal de medición del elemento sensor y
se acondiciona una tensión para la calefacción del elemento
sensor.
En la carcasa 21 están dispuestas una primera
pieza moldeada cerámica 51 y una segunda pieza moldeada cerámica
52. Entre la primera y la segunda pieza moldeada 51, 52 están
previstas una empaquetadura de obturación 62, una empaquetadura de
polvo 61 y dos cáscaras de contacto 41 opuestas. La primera pieza
moldeada 51 se encuentra sobre una zona de rehundido 71 de la
carcasa 21. La primera pieza moldeada 51 presenta una escotadura
central 51a, en la que está dispuesto el elemento sensor 31. La
escotadura 51a está configurada en forma de embudo, para facilitar
la entrada del elemento sensor 31 en la escotadura 51a. En la
primera pieza moldeada 51 se conecta la empaquetadura de obturación
62, que se extiende en un plano perpendicularmente al eje
longitudinal de la carcasa 21 desde el elemento sensor 31 hasta la
pared interior de la carcasa 21 y cierra herméticamente la sección
10b del lado de la conexión frente a la sección 10a del sensor de
medición de gas 10 en el lado del gas de medición.
En la empaquetadura de obturación 62 se conectan
las dos cáscaras de contacto 41a, 41b, que rodean el extremo 31b
del elemento sensor 31 del lado de la conexión con las superficies
de contacto 32 y los conductores 43 que se apoyan sobre las
superficies de contacto 32. Las cáscaras de contacto 41 están
rodeadas por una empaquetadura de polvo 61, que se extiende hasta la
pared interior de la carcasa 21. En la empaquetadura de polvo 61 y
en las cáscaras de l contacto 41 se conecta la segunda pieza
moldeada 52, que se apoya en el collar 72 de la carcasa 21 y que se
proyecta con una sección desde el orificio formado a través del
collar 72. La segunda pieza moldeada 52 presenta escotaduras 52a, a
través de las cuales son guiados los conductores 43 desde la carcasa
21 del sensor de medición de gas 10.
A través del rehundido de la carcasa 21 en la
zona de rehundido 71 y/o a través del moleteado del collar 72 se
ejerce una fuerza sobre la primera y la segunda pieza moldeada 51,
52, de tal forma que la empaquetadura de polvo 61 y la empaquetadura
de obturación 62 son pensadas fuertemente. De esta manera, por una
parte, se cierra herméticamente la empaquetadura de obturación 62 y
se presiona contra la carcasa 21 y el elemento sensor 31, de manera
que la empaquetadura de obturación se apoya de forma hermética en
la carcasa 21 y en el elemento sensor 31 y de esta manera se impide
que el gas de escape pueda penetrar desde la sección loa del sensor
de medición de gas 10 del lado del gas de medición hasta la zona
l0b del lado de la conexión. Por otra parte, la empaquetadura de
polvo 61 se comprime de tal manera que las superficies de contacto
41 son presionadas a través de la empaquetadura de polvo 61 en la
dirección de las superficies de contacto 32. De esta manera, los
conductores 43, que están dispuestos entre las superficies de
contacto 32 y las cáscaras de contacto 41, son presionados con
fuerza suficiente sobre las superficies de contacto 32, de manera
que se realiza un contacto eléctrico fiable del elemento sensor
31.
Las cáscaras de contacto 41, 41a, 41b presentan
cavidades, en las que están dispuestos los conductores y desde las
que se proyectan los conductores aproximadamente con la mitad de la
superficie de su sección transversal.
Además, una de las cáscaras de contacto 41b
presenta escotaduras 44, en las que encaja en cada caso un saliente
45 previsto en la otra cáscara de contacto 41a. Las cáscaras de
contacto 41 presentan, además, en sus lados, dirigidos hacia la
segunda pieza moldeada 52, pivotes 42, que encajan en escotaduras
configuradas de forma correspondiente en la segunda pieza moldeada
52.
La empaquetadura de polvo 61 está constituida
por óxido de magnesio, la empaquetadura de o obturación 62 está
constituida por esteatita. De una manera alternativa, la
empaquetadura de obturación puede estar constituida por tres capas
con la secuencia de capas esteatita -nitruro de boro- esteatita.
Claims (8)
1. Sensor de medición de gas (10), especialmente
para la verificación de una propiedad física de un gas de medición,
con preferencia para la verificación de la concentración de un
componente del gas o de una concentración de partículas en un gas
de escape de un motor de combustión interna o para la determinación
de la temperatura de un gas de escape de un motor de combustión
interna, con un elemento sensor (31) dispuesto en una carcasa (21),
presentando dicho elemento sensor (31) al menos una superficie de
contacto (32), que está conectada eléctricamente con un conductor
(43), en el que el conductor (43) está dispuesto entre la superficie
de contacto (32) y una cáscara de contacto (41),
caracterizado porque el sensor de medición de gas (10)
dispone de una empaquetadura de (61) que apoya en la superficie de
la cáscara de contacto (41) opuesta a la de contacto con la
superficie de contacto (32) del sensor (31), de tal foque el
conductor (43) está presionando a través de la cáscara de contacto
(41) sobre la superficie de contacto (32);
y porque la empaquetadura de polvo (61) está
dispuesta en la dirección del eje longitudinal de la carcasa (21)
entre una primera pieza moldeada (51) y una segunda pieza moldeada
(52), y porque la empaquetadura de polvo (61) está prensada entre
primera y la segunda pieza moldeada (51, 52), estando prevista la
segunda pieza moldeada (52) en el extremo (10b) del lado de la
conexión del sensor de medición de gas (10), y estando dispuesta la
primera pieza moldeada (51) con respecto a la segunda pieza
moldeada (52) en la dirección del extremo (10a) del sensor de
medición de gas (10) del lado del gas de medición.
2. Sensor de medición de gas según la
reivindicación 1, caracterizado porque está prevista una
cáscara (41) formada por dos porciones de carcasa (41a, 41b) que
apoyan, cada una, sobre al menos una superficie de contacto.
3. Sensor de medición de gas según cualquiera de
las reivindicaciones 1-2, caracterizado
porque sobre el lado de la empaquetadura de polvo (61) y/o de la
cáscara de contacto (41), que está opuesto a la sección (31b) del
elemento sensor (31) del lado de la conexión, está dispuesta una
empaquetadura de obturación (62), que a su vez está dispuesta entre
la primera pieza moldeada (51) y la empaquetadura de polvo (61), y
porque la empaquetadura de obturación (62) se apoya en el elemento
sensor (31).
4. Sensor de medición de gas según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, caracterizado
porque la primera pieza moldeada (51) presenta una escotadura (51a)
especialmente en forma de embudo para el alojamiento del elemento
sensor (31), y/o porque la segunda pieza moldeada (52) presenta al
menos una escotadura (52a) para el alojamiento del conductor (43),
estando guiado el conductor (43) a través de la escotadura (52a) de
la segunda pieza moldeada (52) desde el sensor de medición de gas
(10).
5. Sensor de medición de gas según cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, caracterizado
porque la carcasa (21) presenta en su extremo del lado de la
conexión un collar (72), a través del cual está fijada la segunda
pieza moldeada (52) en la dirección del eje longitudinal del sensor
de medición de gas (10), y porque la carcasa (21) presenta en su
pared lateral una zona de rehundido (71), en la que el diámetro
interior de la carcasa (21) está reducido y sobre la que se apoya la
primera pieza moldeada (51), estando la primera y la segunda pieza
moldeada (51, 52) dispuestas para prensar la empaquetadura de polvo
(61) y/o la empaquetadura de obturación (62) en la dirección
longitudinal del sensor de medición de gas (10).
6. Sensor de medición de gas según la
reivindicación 3 o cualquiera de las reivindicaciones,
4-5 cuando dependen de la 3, caracterizado
porque la empaquetadura de polvo (61) y/o la empaquetadura de
obturación (62) presentan un polvo cerámico, especialmente óxido de
magnesio y/o esteatita y/o nitruro de boro.
7. Sensor de medición de gas según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
empaquetadura de polvo (61) presenta óxido de magnesio y/o
mica.
8. Sensor de medición de gas según la
reivindicación 3 o cualquiera de, las reivindicaciones
4-7 cuando dependen de la 3, caracterizado
porque la empaquetadura de obturación (62) presenta esteatita y/o
nitruro de boro.
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