TW201447294A

TW201447294A - 用於檢測氣體含量的感測器

Info

Publication number: TW201447294A
Application number: TW103109844A
Authority: TW
Inventors: Johannes Ante; Philippe Grass; Markus Hien
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-12-16
Also published as: DE102013204943A1; WO2014147113A1

Abstract

本發明涉及一種於感測器(S)的環境中用於檢測氣體含量的感測器(S)，此感測器(S)包含：感測器主體(SK)；電極室(EK)，其形成在該感測器主體(SK)中；加熱元件，其埋置於該感測器主體(SK)中；縱軸(L)和該感測器主體(SK)之一基本上垂直於該縱軸(L)而延伸之正面(SF)；入口通道(EAK)，其是與該電極室(EK)相耦接且在該感測器主體(SK)之表面上具有一入口(EA)；以及該感測器主體(SK)上之熱隔離套筒(IH)，其至少在軸向上在該縱軸(L)的方向中在該電極室(EK)的區域上延伸。

Description

用於檢測氣體含量的感測器

本發明涉及一種於感測器之環境中用於檢測氣體含量的感測器。

氣體感測器(特別是氧感測器)使用在內燃機(例如，鄂圖(Otto)馬達或笛塞爾(Diesel)馬達)之吸氣側翼或廢氣側翼中。此種氧感測器例如是線性藍博德(Lambda)感測器。此種感測器當然對熱衝擊是敏感的。例如，若一水滴觸及該感測器之敏感部份，則該部份在大部份情況下將受損。

本發明的目的是提供一種感測器，其具有良好的熱衝擊安全性。

上述目的藉由申請專利範圍獨立項之特徵來達成。有利的構成顯示在申請專利範圍的附屬項中。

本發明的特徵為一種於感測器之環境中用於檢測氣體含量的感測器。此種感測器包含一感測器主體。此感測器另包含一電極室，其形成於該感測器主體中。該感測器包含一加熱元件，其埋置於該感測器主體中，藉此可使該電極室周圍的預設區加熱至一預設的操作溫度。該感測器包含一縱軸和該感測器主體之一基本上垂直於該縱軸而延伸之正面。此外，該感測器包含一入口通道，其是與該電極室相耦接且在該感測器主體之表面上具有一入口。又，該感測器包含一在該感測器主體上之熱隔離套筒，其至少在軸向上在該縱軸的方向中在該電極室的區域上延伸。

該入口特別是形成在該正面上。或是，該入口亦可形成在一與該正面相鄰的面上。

藉由該電極室之區域中的熱隔離，該感測器獲得一種很好的熱衝擊耐久性且不會因此使測量速率改變。此外，由於該隔離而使熱傳送大部份都不需藉由對流來進行。於是，可在感測器上接收更多的流量，這樣可使該感測器之反應速率獲得改善。

一種預設的操作溫度例如是指一種介於600℃和850℃之間的溫度。

依據一有利的形式，該正面未設有該隔離套筒且該隔離套筒預先與該正面相隔開。

該正面例如須預先相隔開，使得該感測器可輕易地由該隔離套筒突出。以此方式，若該入口形成在該感測器主體之正面上，則氣體的進入將與該隔離套筒不相關。

依據另一有利的形式，該隔離套筒具有陶瓷纖維及/或金屬纖維。

這些纖維具有高溫耐久性且因此使導熱性儘可能小。該隔離套筒例如是由大約2毫米厚的陶瓷纖維毛線構成。

依據另一有利的形式，所述陶瓷纖維及/或金屬纖維配置在金屬套筒中。

該金屬套筒例如固定地與該感測器焊接著，這樣可實現一儘可能穩定的隔離套筒。

依據另一有利的形式，所述陶瓷纖維及/或金屬纖維藉由氣隙而與該金屬套筒相隔開。

於是，可藉由該氣隙來達成另一隔離作用。

本發明的實施例以下將依據圖式來詳述。

S‧‧‧感測器

SK‧‧‧感測器主體

EK‧‧‧電極室

BB‧‧‧預設區

H‧‧‧支件

K‧‧‧接觸層

L‧‧‧縱軸

SF‧‧‧正面

DB‧‧‧擴散位障

EA‧‧‧入口

EAK‧‧‧入口通道

IH‧‧‧隔離套筒

P-‧‧‧第一電極

P+‧‧‧第二電極

YSZ‧‧‧釔-穩定化的氧化鋯

第1圖係一用於檢測氣體含量的感測器。

第2圖係該用於檢測氣體含量的感測器。

以下將依據圖式來詳述本發明的實施例。相同構造或功能之元件在各圖式中以相同的參考符號來表示。

第1圖係一於感測器S的環境中用於檢測氣體含量的感測器S。感測器S特別是形成為氧感測器，其在感測器S的環境中可確定氧含量。感測器S包含一感測器主體SK。感測器主體SK例如包含一由釔-穩定化的氧化鋯YSZ構成的基板。電極室EK形成於該感測器主體SK中。此外，感測器主體SK中埋置著一加熱元件，藉此可使該電極室EK周圍之一預設區BB加熱至一預設的操作溫度。此預設的操作溫度例如介於600℃和850℃之間或大約為700℃。

此外，感測器S具有一縱軸L和該感測器主體SK之一基本上垂直於該縱軸L而延伸之正面SF。

又，感測器主體SK具有一入口通道EAK，其是與該電極室EK相耦接且在該感測器主體SK之表面中具有一入口EA，該入口EA形成在該感測器主體SK之正面SF上。

在該入口EA和該電極室EK之間形成一擴散位障DB，氧可經由此擴散位障DB而擴散至電極室EK中。

此外，感測器S具有熱隔離套筒IH，其形成在感測器主體SK上且至少在軸向上在該縱軸L的方向中在該電極室EK的區域上延伸。

第2圖顯示該感測器S之第二種視圖。第2圖說明了感測器S之層形式的構造。第一電極P-係與電極室EK相連接且亦可稱為陰極。在第一電極P-和亦可稱為陽極的第二電極P+之間形成一固體電解質層，其例如藉由釔-穩定化的氧化鋯YSZ來形成。

感測器S另具有多個接觸層K(請參閱第1圖)，其例如用來控制各加熱元件及用來施加電壓以操作該感測器S。

此外，感測器S具有一支件H(請參閱第1圖)，其亦可用來排熱。此支件H因此例如是由鋁形成且藉由黏合劑而固定在感測器主體SK上。

以下將說明該感測器S之作用方式。

為了檢測該感測器S之周圍的氣體含量，須在第一電極P-和第二電極P+之間施加一種例如0.8伏(V) 之電壓差。當陰極下方氧含量調整至0且感測器S安裝在含氧的環境中時，由於環境和陰極(其中幾乎無氧氣存在)下方區域之間的濃度差或分壓差，則氧原子經由擴散位障DB和陰極而擴散至感測器主體SK之基板中。氧原子擴散至感測器主體SK之基板中成為雙倍負充電之離子，其中氧原子離子化所需的電子係由可導電的陰極所提供。在各電極之間所施加的電壓中測量一種差動擴散極限電流(limiting current)。此種電流在含氧的測量氣體中係與氧分壓有關。氧離子在陽極上又轉換成氧原子且經由陽極又擴散至含氧的環境中。就足夠的離子導電性而言，感測器主體SK需要增高的溫度。因此，感測器主體SK藉由該加熱元件而在電極室EK之可加熱區BB中加熱至一預設的操作溫度，例如，此操作溫度介於600℃和850℃之間。

為了達成保護作用使不受熱衝擊的影響，感測器S具有上述隔離套筒IH。藉由電極室EK之區域中的熱隔離，該感測器S獲得很好的熱衝擊耐久性且不會因此使測量速率改變。此外，由於該隔離而使熱傳送大部份都不需藉由對流來進行。於是，可在感測器S上接收更多的流量，這樣可使該感測器S之反應速率獲得改善。

該隔離套筒IH例如具有陶瓷纖維及/或金屬纖維。所述陶瓷纖維及/或金屬纖維例如配置在金屬套筒中。或是，所述陶瓷纖維及/或金屬纖維藉由氣隙而與該金屬套筒相隔開。例如，該隔離套筒IH大致上具有2毫米的厚度。

該感測器S之正面SF例如未設有該隔離套筒IH且該隔離套筒IH預先與該正面SF相隔開。該正面SF例如須預先相隔開，使得該感測器S可輕易地由該隔離套筒IH突出。於是，該入口EA與該隔離套筒IH不相關，這樣就可使測量不會受影響。