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.
Estado de la técnica
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.
Ventajas de la invención
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.
Dibujo
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.
Descripción del ejemplo de realización
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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