KR20000071440A - 기체 매질을 위한 센서 배치 - Google Patents

기체 매질을 위한 센서 배치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 1개의 센서 요소를 갖는 기체 매질을 위한 센서 배치에 관한 것으로, 그것의 전기 접속부는 1개의 접속 도선과 각각 연결되며, 적어도 1개의 보호 케이싱은 상기 센서 요소 및 전기 접속부를 둘러싸고, 적어도 1개의 와이어 형성부는 보호 케이싱에서 상기 센서 요소를 지지하고 기계적 충격을 흡수하는 센서 배치에 관한 것이다. 본 발명은 측정 가스 공간에서 기밀하고 액체로 차 있는 전기 접속부의 밀폐는 심지어 오랜 사용 기간에 걸쳐서도 확실히 보장되는 센서 배치를 만들어내는 것이 제 1 목적이다. 상기 목적은 와이어 형성부가 세라믹 주조 화합물로 적어도 부분적으로 주입되며, 상기 세라믹 주조 화합물을 갖는 상기 와이어 형성부는 센서 요소 및 보호 케이싱 사이의 개방 단면적을 채우는 것으로 달성된다.

Description

기체 매질을 위한 센서 배치{SENSOR ARRANGEMENT FOR GASEOUS MEDIA}
본 발명은 적어도 1개의 센서 요소를 갖는 기체 매질을 위한 센서 배치에 관한 것으로, 그것의 전기 접속부는 1개의 접속 케이블과 각각 연결되며, 적어도 1개의 보호 케이싱은 상기 센서 요소 및 전기 접속부를 둘러싸고, 적어도 1개의 와이어 형성부는 보호 케이싱에서 상기 센서 요소를 지지하고 기계적 충격을 흡수하는 센서 배치에 관한 것이다.
이러한 방법으로 배치된 센서 배치 예를 들면 기체 센서 또는 온도 센서가 국제 공개 번호 95/18965에 공지되어 있으며, 그것은 자동차의 배기 장치에 설치된다. 짧은 응답 시간 및 고감도를 유지하기 위해, 이러한 방법으로 측정되는 배기가스는 센서 요소로 직접 통과된다. 여기에서, 상기 센서 요소의 전기 접속부 및 접속 도선이 배치되어 있는 영역은 결점을 나타낸다. 이러한 센서 배치의 동작동안, 측정되는 배기 가스(이하 "측정 가스)로 가져다 주는 먼지 입자 또는 유체는 전기 접촉부 사이에 축적될 수 있고 이러한 것들 사이에 전도 접속부를 생기게 한다. 이것은 측정 신호에 영향을 미칠 수 있으며, 접속 도선과 양극 부식이 되고 그것을 통해 전류가 흐르고, 결국 센서의 고장이 발생된다. 센서 요소 및 충격을 흡수하기 위한 전기 접속부 사이의 보호 케이싱에서 와이어 형성부의 배치는 배기가스에 대해 필터로 확실히 작용하며, 매우 굵은 공기 입자가 걸리게 된다. 그럼에도 불구하고, 카본 블랙 및 습기와 같은 미세 입자가 통과되고 전기 접속부 사이에서 침전된다.
독일특허 제 44 15 938 A1호에 있어서, 전기 접속부에 대해 기밀하고 액체로 차 있는 밀폐를 달성하기 위해, 밀봉 요소를 갖는 원뿔 형태의 주형 세라믹 부분에 사용된다. 생산하기에 매우 비싼 이러한 실시예는 주형 세라믹 부분 및 밀봉하기 위한 금속 하우징 사이의 잠금 형식을 사용한다. 항상 발생하는 온도 변화에 있어서, 자동차의 배기 장치에서 이러한 센서 배치로 작동할 때, 금속 및 세라믹의 다른 열 팽창계수는 느슨해져서 누출되며, 그것은 다시 한번 전기 접속부를 결과적으로 부식시킨다.
독일특허 제 43 30 447 C2호로부터, 온도 센서에 대한 주조 화합물의 사용이 공지되어 있으며, 그 내부에 측정 저항 및 그것의 전기 접속부는 주조 화합물에 의해 금속 재킷에 함께 주조된다. 여기에서, 상기 측정 저항 및 전기 접속부의 부식을 방지하기 위해, 상기 주조 화합물은 기밀하고 액체로 차 있는 상기 금속 재킷의 개구부를 밀폐시킨다.
독일특허 제 38 12 178 A1호로부터, 장치는 마모되기 쉬운 구성 부분을 조정하기 위해 공지되며, 그 내부에 있는 센서는 고온에 잘 견디는 전기 도선과 접촉된다. 상기 도선은 동축 도선으로 구성되며, 그것은 내부 도관으로 구성되며, 열에 견디는 절연재는 같은 것으로 둘러싸고, 외부 도관은 절연재에 놓이고 밀폐관으로 구성된다. 센서의 하우징내에 모든 빈 공간은 세라믹을 근거로 한 충전재로 채워질 수 있으므로, 습기는 통과할 수 없다.
독일특허 제 197 14 203 A1호는 가스 센서의 센서 요소에 대해 온도에 잘 견 디는 밀봉 요소를 나타내며, 그것은 질화물 붕소의 잘 변형할 수 있는 육각 동소체 및 산화물 세라믹 성분의 혼합으로 구성되며, 스테아타이트(steatite)로 바람직하게 구성된다.
미국특허 제 4, 597, 850호는 센서 요소 및 센서 하우징을 갖는 내연 전동기 배기 장치에 사용하기 위한 산소 센서를 나타낸다. 상기 센서 요소 및 센서 하우징 사이의 기밀한 밀봉은 알루미늄 산화물 파우더, 탤컴 파우더 또는 무기물 결합제에 의해 생성된다.
독일특허 제 197 06 208 A1호로부터, 접속 장치는 2개의 멀티 스트랜드 도선 단부의 습기 보호 전기 접속부에 공지된다. 여기에서, 케이싱 요소는 접속부의 영역에서 도선 단부를 둘러싼다. 상기 케이싱 요소 및 도선 단부 사이의 빈 공간은 경화될 수 있으며, 열에 잘 견디고 전기적으로 절연 밀봉 화합물로 채워진다.
본 발명의 제 1목적은 측정 가스 공간에서 전기 접속부의 기밀하고 액체로 차 있는 밀폐는 심지어 오랜 사용 기간에 걸쳐 확실히 보장되고, 그것의 제작은 가능한 한 빠르며, 간단하고 그것에 의해 경제적으로 처리될 수 있는 센서 배치를 만들어내는 것이다.
본 발명에 따른 상기 목적은 와이어 형성부가 세라믹 주조 화합물로 적어도 부분적으로 주입되고 상기 세라믹 주조 화합물을 갖는 상기 와이어 형성부는 센서 요소 및 보호 케이싱 사이의 개방 단면적을 채우는 것으로 달성된다. 여기에서, 상기 와이어 형성부는 주형, 금속성의 직물, 금속성의 모직 또는 탄성적으로 변형할 수 있는 같은 구조로 프레스된 금속 골격일 수 있다. 상기 세라믹 주조 화합물은 실내온도에서 몇 분내에 이상적으로 경화되고, 센서 배치의 특히 빠른 처리가 가능하다. 경화 단계동안, 상기 주조 화합물은 이상적으로 전혀 수축되지 않거나 거의 수축되지 않고, 어떠한 균열도 형성하지 않는다. 상기 경화된 질량은 약 1650 ℃ 까지 열에 잘 견딜 수 있으며 기밀하고 습기로 차 있는 것이 바람직하다.
와이어 형성부 및 경화된 주조 화합물로 구성된 "접속 재료"는 이상적인 방법으로 개개의 재료에 대해 양의 특성을 겸하게 된다. 상기 와이어 형성부의 충격 흡수 작용이 유지되는 동안, 상기 경화된 세라믹 주조 화합물은 가장 미세한 먼지 입자 및 습기에 대해 심지어 장벽을 형성한다. 상기 와이어 형성부의 열팽창 계수와 상기 경화된 질량의 열 팽창 계수의 결합으로, 화학적으로 및 기계적으로 내구력이 있는 접속이 센서 요소 및 보호 케이싱 사이에 형성되고, 그것은 손상없이 더욱 자주 있는 온도 변화를 없게 한다.
본 발명의 특히 유리한 배치는 청구항 제 2항 내지 청구항 제 5항에 나타아 있다. 따라서, 세라믹 주조 화합물은 전기 접속부 및 접속 도선의 부분을 심지어 직접 덮는 것이 가능하고, 그것은 보호 케이싱 내에 배치된다. 이것은 1가지를 위해 개개의 전기 접속부 사이에 상기 주조 화합물을 사용함으로써 가능하며, 어떠한 브리지도 상기 세라믹 주조 화합물에 형성되지 않는다. 그 대신에, 상기 보호 케이싱 및 전기 접속부 사이의 전체 개방 단면적은 상기 세라믹 주조 화합물로 채울 수 있다. 이것은 깔때기 또는 다른 주입 기구의 도움으로 생길 수 있다. 여기에서, 전기 접속부 및 주입된 와이어 형성부 사이의 보호 케이싱은 세라믹 주조 화합물로 채울 수 있다. 따라서, 보호 케이싱내에서 세라믹 주조 화합물의 주입 높이는 와이어 형성부까지 이러한 변화로 도달할 수 있다.
기본적으로, 가능성은 이미 주입된 와이어 구성 또는 그 대신에 초기에 주입되지 않은 와이어 형성부를 사용하여 공개되므로 그것을 세라믹 주조 화합물로 덮으며, 측정 가스면으로 나아가고, 그것을 완전히 또는 부분적으로 주입한다. 여기에서, 상기 주입되지 않은 와이어 형성부를 주입된 세라믹 주조 질량으로 프레스하고 따라서 주조 질량과 완전히 또는 부분적으로 형성부에 주입하는 가능성이 특히 있으며, 전기 접속부의 면으로 나아간다. 다른 실시예는 세라믹 주형체가 전기 접속부 및 주입된 와이어 형성부 사이의 보호 케이싱에 배치되어 그것에 의해 형성된다. 여기에서, 센서 요소 및 주형체 사이에서 뿐만 아니라 보호 케이싱 및 주형체 사이에서 나머지 간극은 세라믹 주조 화합물의 도움으로 닫혀질 수 있다. 상기 세라믹 주형체는 이미 언급된 모든 실시예에 결합될 수 있고 센서 배치의 부가적인 안정화에 적당하다.
본 발명은 도 1 내지 도 3을 바탕으로 실시예에 의해 설명될 것이다.
도 1은 주입된 와이어 형성부를 갖는 센서 배치이다
도 2는 부분적으로 주입된 와이어 형성부를 갖는 센서 배치이다
도 3은 세라믹 주형체 및 주입된 와이어 형성부를 갖는 센서 배치이다
도 1은 센서 배치의 가능한 실시예를 도시하며, 그 내부에 감도 층(2)을 갖는 센서 요소(1)는 광물로 절연된 접속 도선(4)을 갖는 전기 접속부(3)에 의해 연결되며, 상기 광물로 절연된 접속 도선(4)은 이하에 MI 도선(4)이라 명한다. 보호 케이싱(5)은 상기 MI 도선(4)의 일부분, 전기 접속부(3), 감도 층(2)을 제외한 센서 요소(1) 및 와이어 형성부(6)를 둘러싸며, 그것은 세라믹 주조 화합물(7)로 완전히 주입된다. 여기에서, 상기 세라믹 주조 화합물(7)로 주입된 상기 와이어 형성부(6)는 상기 전기 접속부(3) 및 상기 센서 요소(1)의 주위에 있는 상기 감도 층(2) 사이에 배치되고 상기 센서 요소(1) 및 상기 보호 케이싱(5) 사이의 개방 단면적을 채운다. 상기 감도 층(2)의 영역에서 상기 센서 요소(1)의 보호를 위해, 보호 캡(8)이 제공되며, 기체 입구 개구부(9)를 포함한다. 상기 보호 케이싱(5)을 둘러싸는 칼라(collar)(11)를 배치함으로써, 센서 배치의 마운팅 깊이가 변화될 수 있다. 끼움쇠테(12)는 MI 도선(4) 및 보호 케이싱(5) 사이의 트랜지션을 형성하며, 상기 트랜지션은 예를 들면 납땜 또는 용접에 의해 기밀하게 형성된다.
도 2는 도 1에서 실시예로서 나타낸 바와 같이 센서 배치를 도시하지만, 세라믹 주조 화합물(7)은 MI 도선(4)의 부분, 센서 요소(1)의 부분 및 보호 케이싱(5) 사이의 개방 단면적을 채우며, 그것은 전기 접속부(3) 사이 뿐만 아니라 보호 케이싱(5) 내에 배치된다. 상기 전기 접속부(3)를 향하는 면상에, 와이어 형성부(6)는 세라믹 주조 화합물(7)로 여기에 단지 부분적으로 주입된다.
도 3은 세라믹 주형체(10)로 추가된 도 1로부터의 센서 배치를 도시하며, 그것은 전기 접속부(3) 및 세라믹 주조 화합물(7)로 주입된 와이어 형성부(6) 사이에 배치된다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 주형체(10)는 센서 요소(1)에 미끄러져 장착되고 상기 센서 요소(1) 및 보호 케이싱(1) 사이의 개방 단면적을 채운다.
실시예로 나타낸 3개의 도면은 센서 배치를 도시하고 그것은 온도 센서 또는 가스 센서에 바람직하게 사용될 수 있다. 여기에서, 와이어 형성부(6) 뿐만 아니라 보호 케이싱(5), 보호 캡(8), MI 도선(4)의 외벽, 칼라(11), 끼움쇠테(12)를 위해, 금속 재료는 예를 들면 온도에 견디는 스틸에 바람직하게 사용된다. 센서 요소(1)를 위해, 불활성, 부전도의 캐리어 예를 들면 알루미늄 산화물이 바람직하게 사용된다. 세라믹 주조 화합물은 원하는 특징을 갖는 종래의 상업품에서 얻을 수 있다. 그것은 파우더 성분 및 액체 결합제를 바로 사용하기 전에 일반적으로 우선 제조되며, 혼합 비율은 포러블 화합물(pourable compound)이 생기도록 조정된다. 따라서, 크벳 또는 깔때기와 같은 포러블 기구가 사용될 때 주조 화합물이 넘칠 경우 상기 혼합 비율이 적당하다. 여기에서, 고체 및 결합제의 어떠한 분리도 발생하지 않는다.
특히 알루미늄 산화물 또는 마그네슘 산화물을 근거로 한 세라믹 주조 화합물(7)이 여기에 적당하고 그것은 예를 들면 규산염을 근거로 한 결합제를 포함한다. 도 1 내지 도 3에서 실시예로 나타낸 센서 배치를 위한 세라믹 주조 화합물(7)의 사용으로, 질량의 성분이 선택되므로 응고 상태에서 그것은 3 x 10-6내지 9 x 10-61/K 범위의 열 팽창 계수 및 상당히 기계적이고 열적 안정도를 이상적으로 갖는다. 또한, 실내온도에서 그것은 예를 들면 1010Ωm 범위의 낮은 전기 전도율을 갖는다. 그러나 500 ℃ 이상의 온도에서 이러한 값은 세라믹 주조 화합물(7)에 사용된 재료에 의존하여 감소될 수 있다. 알루미늄 산화물 또는 마그네슘 산화물을 근거로 한 경화된 주조 화합물은 화학적으로 잘 견디며, 특히 산을 포함하는 Cl-또는 Sox에 대해서는 상대적이다. 특히, 이것은 자동차의 배기 가스 또는 연소 설비에서 센서 배치의 사용에 관하여 유리하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 기체 매질을 위한 센서 배치는 측정 가스 공간에 관하여 기밀하고 액체로 차 있는 전기 접속부의 밀폐는 오랫동안 사용해도 되며, 제작이 빠르며, 간단하고 경제적으로 처리될 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 적어도 1개의 센서 요소를 가지며, 그것의 전기 접속부는 1개의 접속 도선과 각각 연결되며, 적어도 1개의 보호 케이싱은 상기 센서 요소 및 전기 접속부를 둘러싸고, 적어도 1개의 와이어 형성은 보호 케이싱에서 상기 센서 요소를 지지하고 기계적 충격을 흡수하는 기체 매질을 위한 센서 배치에 있어서,
    상기 와이어 형성부(6)는 세라믹 주조 화합물(7)로 적어도 부분적으로 주입되며, 상기 세라믹 주조 화합물(7)을 갖는 상기 와이어 형성부(6)는 센서 요소 및 보호 케이싱(5) 사이의 개방 단면적을 채우는 것을 특징으로 하는 센서 배치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 세라믹 주조 화합물(7)은 상기 전기 접속부(3) 및 접속 도선(4)의 부분을 덮으며, 그것은 상기 보호 케이싱(5) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 배치.
  3. 제 1항 내지 제 2항 중 한 항에 있어서,
    상기 보호 케이싱(5) 및 전기 접속부(3) 사이의 개방 단면적은 상기 세라믹 주조 화합물(7)로 채워지는 것을 특징으로 하는 센서 배치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 한 항에 있어서,
    상기 전기 접속부(3) 및 세라믹 주조 화합물(7)에 주입된 와이어 형성부(6) 사이의 상기 보호 캡(5)은 상기 세라믹 주조 화합물(7)로 채워지는 것을 특징으로 하는 센서 배치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 한 항에 있어서,
    세라믹 주형체(10)는 상기 전기 접속부(3) 및 세라믹 주조 화합물(7)에 주입된 와이어 형성부(6) 사이의 보호 캡(5)에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 배치.
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