專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中以控制內(nèi)燃機(jī)的燃燒的氣體傳感器。
背景技術(shù)：
用于控制內(nèi)燃機(jī)的燃燒的現(xiàn)有氣體傳感器包括一個(gè)圓柱形殼體、設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件、設(shè)置在殼體基端的大氣側(cè)蓋以及設(shè)置在殼體末端的被測(cè)氣體側(cè)蓋。
氣體感測(cè)元件的前端(即，末端)被容納在被測(cè)氣體側(cè)蓋中并且暴露在被測(cè)氣體中。氣體感測(cè)元件的末端被大氣側(cè)蓋封閉。氣體感測(cè)元件的輸出端子從基端側(cè)從氣體傳感器伸出。
密封部件、絕緣體、填料等設(shè)置在氣體感測(cè)元件和殼體之間的間隙中以氣密地封閉該間隙。
換句話(huà)說(shuō)，設(shè)置在氣體感測(cè)元件和殼體之間的密封部件起一個(gè)分隔物的作用，用于使大氣側(cè)蓋中的空氣環(huán)境與被測(cè)氣體側(cè)蓋中的被測(cè)氣體環(huán)境分隔開(kāi)。如果被測(cè)氣體從被測(cè)氣體環(huán)境泄露到空氣環(huán)境中，氣體濃度的測(cè)量精確度將受到影響。因此，理想的是使氣體感測(cè)元件與殼體之間保持高度氣密性。
但是，被測(cè)氣體可能包含汽油或者其它液化成分。由于其液體特性，汽油或者其它液化成分能夠順利地滲透到密封部件中(更具體地，滲透到位于密封部件中的微孔和間隙中)。因此，汽油(液態(tài)或氣態(tài)形式)可能泄露到空氣環(huán)境中。汽油或者其它液化成分的這種泄露在測(cè)量氣體濃度時(shí)也降低了精確度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種氣體傳感器，該氣體傳感器具有良好的密封特性，以防止包含在被測(cè)氣體中的汽油或者其它液化成分穿國(guó)密封部件泄露到空氣環(huán)境中。
作為研究開(kāi)發(fā)的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了將要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)并且本發(fā)明就是用于實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。
更具體地，當(dāng)粉末填料包含大量的排除以下將描述的具體范圍的細(xì)顆粒時(shí)，甚至在粉末填料在施加到粉末填料上的壓力作用下塞滿(mǎn)填料空間之后，相對(duì)大量的空氣可能位于顆粒之間的間隙中。粉末填料的比重不能增大很多。
另一方面，當(dāng)粉末填料包含大量的排除以下將描述的具體范圍的粗顆粒時(shí)，粗顆粒不能充分地塌陷，所施加的壓力相應(yīng)地不能均勻地施加到粉末填料中的每個(gè)顆粒上。因此，粉末填料的比重不能局部地增大。氣體感測(cè)元件可能損壞。
為了實(shí)現(xiàn)上述或者其它相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種第一氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為80μm到5,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。
本發(fā)明的第一氣體傳感器具有形成在殼體和氣體感測(cè)元件之間的填料空間。填料空間填充有包含其尺寸在上述具體范圍內(nèi)的相對(duì)大的顆粒。
主要由相對(duì)大直徑的顆粒組成的粉末填料在其內(nèi)部不包含太多的殘余空氣。這種粉末填料的比重可以通過(guò)在將粉末填料填塞在填料空間中時(shí)簡(jiǎn)單地增大作用在粉末填料上的壓力來(lái)很容易地增大。這樣，在已經(jīng)被填塞在填料空間中之后，粉末填料具有高的密度和更高的比重，因此粉末填料能夠確保更高的密封性能。
而且，第一氣體傳感器的粉末填料不包含十分大的顆粒。在填塞粉末填料時(shí)不需要在粉末填料上增加非常大的壓力。
總之，粉末填料顆粒之間的間隙體積隨著粉末填料密度的增大以及比重的增大而減小。高度密集的粉末填料有效地抑制由毛細(xì)管作用導(dǎo)致的液體浸入。
本發(fā)明提供一種第二氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第二氣體傳感器的粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)顆粒的顆粒。
第二氣體傳感器的粉末填料的特征在于，具有十分小的直徑的細(xì)顆粒預(yù)先通過(guò)分級(jí)被去除。
總之，在將粉末填料填塞在填料空間的過(guò)程中，粉末填料變形或者塌陷，而在顆粒之間形成間隙。當(dāng)粉末填料由相對(duì)大的顆粒模制時(shí)，間隙沒(méi)有直地或者依次地布置以形成從被測(cè)氣體環(huán)境到空氣環(huán)境穿過(guò)粉末填料的浸入通道。這有效地阻止了包含在被測(cè)氣體中的汽油或者其它液體泄露到空氣環(huán)境中。即使間隙串聯(lián)連接以形成一個(gè)曲徑，通道的總長(zhǎng)度將足夠的長(zhǎng)以抑制汽油或者其它液體泄露到空氣環(huán)境中。
但是，如果粉末填料包含具有十分小的直徑的細(xì)顆粒，細(xì)顆粒將沿著大顆粒的接觸表面擴(kuò)散。這有可能損害顆粒之間的接觸或結(jié)合，并可能形成容易使汽油或其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，細(xì)顆粒可能局部地集中。在這種情況下，細(xì)顆粒將形成不利的捷徑，這將破壞曲徑并減短曲徑的整個(gè)長(zhǎng)度。阻止液體浸入的能力受到損害。
因此，第二氣體傳感器使用包含經(jīng)受分級(jí)以去除不利細(xì)顆粒的顆粒的粉末填料，因此可以有效地阻止汽油或者其它液體泄露到空氣環(huán)境中。結(jié)果，本發(fā)明的第二氣體傳感器確保了良好密封性能。
本發(fā)明提供一種第三氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第三氣體傳感器的粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除粗顆粒的顆粒。
第三氣體傳感器的粉末填料的特征在于，具有十分大的直徑的粗顆粒預(yù)先通過(guò)分級(jí)被去除。
在將粉末填料填塞在填料空間的過(guò)程中，粉末填料在施加到粉末填料上的壓力作用下變形或者塌陷。十分粗的顆粒不容易塌陷。壓力不是均勻地施加到填塞在填料空間中的每個(gè)顆粒上。這將局部地形成一個(gè)具有非常小的比重的部分，該部分可能變成或者發(fā)展成使汽油或其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，當(dāng)粉末填料包含十分粗的顆粒時(shí)，需要大的壓力將粉末填料填塞到填料空間中。這將損壞氣體感測(cè)元件或其它傳感器元件。
從上述可知，本發(fā)明的第三氣體傳感器確保了良好密封性能。
本發(fā)明提供一種第四氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第四氣體傳感器的粉末填料包含輔助填充劑。
根據(jù)本發(fā)明的第四氣體傳感器，輔助填充劑被添加到粉末填料中。
輔助填充劑實(shí)際上填蓋或者填充(即，消除)粉末填料顆粒之間的間隙和顆粒的接觸表面。這增大了粉末填料的密度并且提高了顆粒的可結(jié)合程度，因此增大了氣體傳感器的密封性能。
而且，通過(guò)添加輔助填充劑基本上消除了粉末填料顆粒之間的間隙可以有效地抑制由毛細(xì)管作用導(dǎo)致的液體浸入。
本發(fā)明提供一種第五氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
按照本發(fā)明的第五氣體傳感器，不平坦表面層或電極保護(hù)層設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上。這些層在氣體感測(cè)元件的表面上形成粗糙表面結(jié)構(gòu)。當(dāng)粉末填料填塞在填料空間中時(shí)，曲徑可沿著不平坦表面或者就在表面層上形成。形成曲徑是不利的，因?yàn)橛擅?xì)管作用導(dǎo)致的液體浸入不能被有效地抑制。
電極保護(hù)層一般是由多孔材料形成，因此，被探測(cè)的氣體能夠擴(kuò)散并且平滑地到達(dá)感測(cè)電極。多孔層不能抑制由毛細(xì)管作用導(dǎo)致的液體浸入。
按照本發(fā)明的第五氣體傳感器，不平坦表面層或電極保護(hù)層的基端等于填料空間的基端或者向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。因此，填塞在填料空間中的粉末填料能夠有效地阻止經(jīng)曲徑進(jìn)入的液體浸入。
本發(fā)明提供一種第六氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第六氣體傳感器的粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。
按照第六氣體傳感器，十分細(xì)和粗的顆粒預(yù)先從粉末填料中被去除。因此，在粉末填料被填塞在填料空間中時(shí)，壓力能夠均勻地施加到粉末填料上。粉末填料顆粒均勻地塌陷并且填蓋或填充顆粒之間的間隙。
而且，即使在粉末填料中形成有曲徑，曲徑的總長(zhǎng)度足夠的長(zhǎng)，以阻止汽油或者其它液體浸入空氣環(huán)境。
所需的壓力能夠被抑制到相當(dāng)?shù)偷乃健怏w感測(cè)元件或者其它傳感器元件不會(huì)被損壞。
因此，第六氣體傳感器確保了良好密封性能。
本發(fā)明提供一種第七氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為80μm到5,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。
本發(fā)明提供一種第八氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第八氣體傳感器的粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；直徑為80μm到5,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上。以及，不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
本發(fā)明提供一種第九氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上。以及，不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
本發(fā)明提供一種第十氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；直徑為80μm到5,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
本發(fā)明提供一種第十一氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。輔助填充劑被添加到粉末填料中。第十一氣體傳感器的粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。
本發(fā)明提供一種第十二氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。輔助填充劑被添加到粉末填料中。粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上。以及，不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
本發(fā)明提供一種第十三氣體傳感器，它包括殼體；設(shè)置在殼體中的氣體感測(cè)元件；以及填塞在形成于殼體與氣體感測(cè)元件之間的填料空間中以氣密地密封殼體與氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料。第十三氣體傳感器的粉末填料包含在粉末填料被填塞到填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一設(shè)置在氣體感測(cè)元件的表面上。以及，不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的基端或者相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
在本發(fā)明的上述第一傳感器中，如果直徑為80μm到5,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量小于80％，由于大量小顆粒的存在，粉末填料中將包含大量的殘余空氣。難于增大粉末填料的密度。也難于獲得高度密集的填料。
為了獲得最佳的密封性能，理想的是，包含在粉末填料中的所有顆粒的尺寸在80μm到5,000μm的范圍內(nèi)。
如果粉末填料包含大量顆粒尺寸小于80μm的細(xì)顆粒，由于大量殘余在其中的空氣，粉末填料的比重將不會(huì)增大很多。這將有損密封性能。
在施加到粉末填料上的壓力作用下將粉末填料填塞到填料空間的過(guò)程中，粉末顆粒變形或者部分地塌陷以填蓋或者填充相對(duì)粗的粉末顆粒之間的間隙。如果粉末填料包含大量顆粒尺寸大于5,000μm的粗顆粒，需要十分大的壓力以便將粉末填料填塞到填料空間中。使顆粒強(qiáng)制塌陷需要大的壓力。這可能損壞或者毀壞氣體感測(cè)元件或者其它傳感器元件。
有關(guān)用于將使用在第二和第三氣體傳感器中的粉末填料的粉末顆粒進(jìn)行分級(jí)的方法，本發(fā)明可以采用干篩分級(jí)、濕篩分級(jí)、利用氣流的重力型干式分級(jí)、離心干式分級(jí)、旋轉(zhuǎn)干式分級(jí)、利用液體的沉淀濕式分級(jí)、機(jī)械濕式分級(jí)、以及離心濕式分級(jí)。
本發(fā)明的氣體感測(cè)元件包括固態(tài)電解體和設(shè)置在固態(tài)電解體上的一對(duì)電極。
一個(gè)電極暴露在被測(cè)氣體環(huán)境中，另一個(gè)電極暴露在空氣(即，參比氣體)環(huán)境中。
填塞在填料空間中的粉末填料位于分隔分別形成在氣體傳感器中的被測(cè)氣體環(huán)境和空氣環(huán)境的一個(gè)部分上。
例如，本發(fā)明的氣體感測(cè)元件具有杯形固態(tài)電解體、設(shè)置在固態(tài)電解體的外表面上的外側(cè)電極、以及設(shè)置在固態(tài)電解體的內(nèi)表面上的內(nèi)側(cè)電極。
替代地，本發(fā)明的氣體感測(cè)元件能夠形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)由帶有設(shè)置在其表面上的電極以及絕緣板的固態(tài)電解板組成。
除了粉末填料，理想地是采用玻璃密封材料或者任何其它密封部件以確保殼體和氣體感測(cè)元件之間的密封性。
不用說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)能夠適用于包括多層氣體傳感器的任何其它氣體傳感器。
例如，本發(fā)明的氣體感測(cè)元件用于測(cè)量包含在被測(cè)氣體中的氧氣濃度。當(dāng)氣體傳感器被安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道中時(shí)，本發(fā)明的氣體感測(cè)元件是一個(gè)能夠測(cè)量空氣燃料比、或者廢氣中的NOX、CO、或HC的濃度的元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一氣體傳感器，優(yōu)選地是，粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在100μm到1,000μm范圍內(nèi)的顆粒，并且直徑為100μm到1,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。
采用重量百分比等于或者大于80％、直徑為100μm到1,000μm的顆粒，可以增大粉末填料的比重。因此，可以獲得可靠的密封性能。
如果粉末填料包含大量顆粒尺寸小于100μm的顆粒，由于大量殘余在其中的空氣，粉末填料的比重將不會(huì)增大很多。這將有損密封性能。
而且，如果粉末填料包含大量顆粒尺寸大于1,000μm的顆粒，顆粒的填充狀態(tài)將不均勻。當(dāng)粉末填料被填塞到填料空間中時(shí)，難于對(duì)粉末填料的相應(yīng)顆粒給予足夠的壓力。這將有損密封性能。
而且，為了獲得更良好密封性能，優(yōu)選地是，第一氣體傳感器的粉末填料包含在被填塞到填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在125μm到710μm范圍內(nèi)的顆粒；并且直徑為125μm到710μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者大于80％。
采用相對(duì)更大的粉末顆粒能夠有效地減少粉末填料中的殘余空氣。
而且，壓力被均勻地施加到粉末填料的每一顆粒上。被模制的粉末填料的比重將均勻地增大。這將確保更高的密封性能。
而且，填塞粉末填料所需的壓力相對(duì)較低。
而且，優(yōu)選地，經(jīng)受分級(jí)之后的第二氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者小于80μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，十分細(xì)的顆粒通過(guò)分級(jí)被充分地去除?？梢蕴岣叻勰╊w粒的可粘合性。這消除了具有非常小的比重的部分，該部分可能變成或者發(fā)展成使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，優(yōu)選地，經(jīng)受分級(jí)之后的第二氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者小于100μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，十分細(xì)的顆粒通過(guò)分級(jí)進(jìn)一步被充分地去除。可以提高粉末顆粒的可粘合性。這肯定消除了具有非常小的比重的部分，該部分可能變成或者發(fā)展成使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，優(yōu)選地，經(jīng)受分級(jí)之后的第二氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者小于125μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，十分細(xì)的顆粒通過(guò)分級(jí)進(jìn)一步被充分地去除。可以提高粉末顆粒的可粘合性。這肯定消除了具有非常小的比重的部分，該部分可能變成或者發(fā)展成使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，經(jīng)受分級(jí)之后的第三氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者大于5,000μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，當(dāng)粉末填料填塞到填料空間中時(shí)施加到粉末填料上的壓力能夠被抑制到較低水平。不會(huì)對(duì)氣體感測(cè)元件或者其它傳感器元件造成損壞。具有該比粒度的顆粒變形或者充分塌陷以形成具有良好密封性能的粉末填料。這消除了使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，優(yōu)選地，經(jīng)受分級(jí)之后的第三氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者大于1,000μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，可以去除幾乎所有的粗顆粒。當(dāng)粉末填料填塞到填料空間中時(shí)施加到粉末填料上的壓力能夠被抑制到較低水平。不會(huì)對(duì)氣體感測(cè)元件或者其它傳感器元件造成損壞。具有該比粒度的顆粒變形或者充分塌陷以形成具有良好密封性能的粉末填料。這消除了使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
而且，優(yōu)選地，經(jīng)受分級(jí)之后的第三氣體傳感器的粉末填料包含直徑等于或者小于710μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或者小于10％。
由于這種安排，可以基本上去除幾乎所有的粗顆粒。當(dāng)粉末填料填塞到填料空間中時(shí)施加到粉末填料上的壓力能夠被抑制到較低水平。不會(huì)對(duì)氣體感測(cè)元件或者其它傳感器元件造成損壞。具有該比粒度的顆粒確定地變形或者充分塌陷以形成具有良好密封性能的粉末填料。這消除了使汽油或者其它液體穿過(guò)粉末填料的浸入通道。
根據(jù)本發(fā)明的第一到第三氣體傳感器，優(yōu)選地是，填料空間的軸向長(zhǎng)度在1.5mm到15mm的范圍內(nèi)。
這種結(jié)構(gòu)使得良好的密封性能能夠阻止經(jīng)氣體感測(cè)元件和粉末填料之間的界面或者殼體與粉末填料之間的界面進(jìn)入的液體以及穿過(guò)粉末進(jìn)入的液體的浸入。
如果粉末填料的軸向長(zhǎng)度小于1.5mm，粉末填料將不能獲得充足的強(qiáng)度。當(dāng)氣體傳感器由于運(yùn)行溫度變化而經(jīng)受巨大的熱應(yīng)力時(shí)，在變硬的填料中可能出現(xiàn)裂縫。所形成的裂縫將導(dǎo)致液體浸入。
如果粉末填料的軸向長(zhǎng)度大于15mm，當(dāng)粉末填料被填塞到填料空間中時(shí)，大的摩擦力將作用到粉末填料與氣體感測(cè)元件之間的界面以及粉末填料與殼體之間的界面上。這使得難于均勻地將壓力負(fù)載施加到粉末填料上。比重將局部地分散。具有相對(duì)低比重的部分難于阻止液體浸入。
填料空間的軸向長(zhǎng)度定義為沿著氣體感測(cè)元件的軸向方向從填料空間的末端到填料空間的基端的垂直(即，軸向)距離。
根據(jù)本發(fā)明的第一到第三氣體傳感器，優(yōu)選地是粉末填料包含滑石和氮化硼中的至少一種按照重量百分比為50％或者更多。
采用上述的粉末填料的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)粉末填料填塞到填料空間中時(shí)，包含在粉末填料中的鱗片狀顆粒形成層狀結(jié)構(gòu)。包含鱗片狀顆粒的粉末填料的比重與包含球狀顆粒的粉末填料的比重相比變高。這將有效地消除穿過(guò)粉末填料的滲透通道，從而阻止汽油或者其它液體的浸入。
而且，鱗片狀顆粒能夠密集地填充粉末填料與氣體感測(cè)元件之間的間隙以及粉末填料與殼體之間的間隙。
尤其是，滑石粉是由鱗片狀顆粒組成的層狀化合物。當(dāng)壓力施加到滑石粉上時(shí)，滑石粉沿著分層方向裂開(kāi)，而不會(huì)破壞滑石的鱗片狀顆粒的層狀結(jié)構(gòu)?；凼亲銐虻能浺蕴钌w由裂開(kāi)導(dǎo)致的間隙。更具體地，滑石的鱗片狀顆粒摻雜并且密集地填充填料空間。比重能夠被增大以確保良好密封性能。
如果滑石和氮化硼中的至少一種含量小于50％，鱗片狀顆粒的層狀結(jié)構(gòu)將不會(huì)充分地變形。這將使得汽油或者其它液體能夠容易地穿過(guò)粉末填料。
根據(jù)本發(fā)明的第四氣體傳感器，輔助填充劑被添加到粉末填料中。在這種情況下，也可以添加其它材料。
例如，少量的氧化鋁粉被添加到粉末填料中。氧化鋁粉填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。
也可以添加尖晶石、氧化鋯、氧化鈦和石英。
按照本發(fā)明的第四氣體傳感器，優(yōu)選地是輔助填充劑是無(wú)機(jī)化合物水溶液，在室溫(20℃)下是液態(tài)。
由于其液體特性，無(wú)機(jī)化合物水溶液能夠流暢和有效地填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。粉末填料能夠變得高度地稠密以獲得良好密封性能。
在這種情況下，本發(fā)明第四氣體傳感器的液體輔助填充劑包括從一代磷酸鋁水溶液、硅酸鈉水溶液和硅酸鉀水溶液組成的一組水溶液中選擇的至少一種。
尤其是，為了獲得良好密封性能，優(yōu)選地是液體輔助填充劑包括一代磷酸鋁水溶液。
而且，優(yōu)選地是第四氣體傳感器的液體輔助填充劑(在室溫20℃下是液態(tài))的添加量相對(duì)于粉末填料的100個(gè)重量部分在從0.1到10個(gè)重量部分的范圍內(nèi)。
如果液體輔助填充劑的添加量小于0.1個(gè)重量部分，難于完全地填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。粉末填料的稠密度不能令人滿(mǎn)意。
另一方面，如果液體輔助填充劑的添加量大于10個(gè)重量部分，由于大量液體的存在，難于將粉末填料的比重增大到所需水平。這將導(dǎo)致密封性能降低。
可替代地，優(yōu)選地是第四氣體傳感器的輔助填充劑是可在600℃或者更低溫度下液化的固態(tài)無(wú)機(jī)化合物。
在固態(tài)無(wú)機(jī)化合物被填塞到填料空間中之后，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)熱處理或者當(dāng)氣體傳感器被加熱到該溫度水平時(shí)，固態(tài)無(wú)機(jī)化合物被液化。液化的固態(tài)無(wú)機(jī)化合物流暢和有效地填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。粉末填料能夠變得高度地稠密以獲得良好密封性能。
在這種情況下，優(yōu)選地本發(fā)明第四氣體傳感器的固態(tài)無(wú)機(jī)化合物包括從氫氧化鋇、硼硅玻璃、鋁硅玻璃、鈉鈣玻璃(soda-lime silicate glass)、硅酸鉛玻璃、低熔點(diǎn)硼酸鹽玻璃、鈣鋁類(lèi)玻璃(lime-alumino group glass)、鋁酸鹽玻璃組成的一組物質(zhì)中選擇的至少一種。
上述材料在相對(duì)低的溫度被液化。
因此，相對(duì)低溫度的熱處理被作用到粉末填料上以使固態(tài)無(wú)機(jī)化合物液化。對(duì)殼體、氣體感測(cè)元件、和氣體傳感器的其它元件沒(méi)有不利的熱影響。
優(yōu)選地，第四氣體傳感器的固態(tài)輔助填充劑的添加量相對(duì)于粉末填料的100個(gè)重量部分在從0.5到30個(gè)重量部分的范圍內(nèi)。
當(dāng)固態(tài)輔助填充劑的添加量在上述范圍內(nèi)時(shí)，粉末填料能夠被高度地密集。
如果固態(tài)輔助填充劑的添加量小于0.5個(gè)重量部分，難于完全地填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。在粉末填料中將形成一個(gè)浸入通道。包含在被測(cè)廢氣中的汽油或者其它液體將通過(guò)這樣形成的浸入通道滲透到粉末填料中。
如果固態(tài)輔助填充劑的添加量大于30個(gè)重量部分，由于添加的輔助填充劑的剩余，粉末填料的稠密度將是相當(dāng)?shù)夭睢?br> 本發(fā)明的第五氣體傳感器具有形成在氣體感測(cè)元件的表面上的不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一。
不平坦表面層設(shè)置在構(gòu)成氣體感測(cè)元件的固態(tài)電解體的表面上。電極保護(hù)層覆蓋形成在固態(tài)電解體表面上的電極。
設(shè)置不平坦表面層可以有效地提高電極和電極保護(hù)層之間的附著性。電極保護(hù)層的功能是保護(hù)電極免受包含在被測(cè)氣體中的有毒物質(zhì)。
電極保護(hù)層是由多孔材料制成，它可以使被測(cè)氣體穿過(guò)或者通過(guò)該層到達(dá)電極。
可以在氣體感測(cè)元件上僅提供不平坦表面層和電極保護(hù)層之一。還可以在氣體感測(cè)元件上提供不平坦表面層和電極保護(hù)層。
根據(jù)本發(fā)明的第五氣體傳感器，優(yōu)選地是不平坦表面層和電極保護(hù)層的至少之一相對(duì)于填料空間的基端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移0.5mm或者更多。
滿(mǎn)足這個(gè)條件使得可以阻斷位于填料空間基端側(cè)的浸入通道。這樣，包含在廢氣中的汽油或者其它液體能夠確定地被阻止經(jīng)浸入通道穿過(guò)粉末填料泄露到空氣環(huán)境中。
如果偏移量小于0.5mm，密封性能將稍微降低。
偏移量的下限是0mm。
在第五氣體傳感器中優(yōu)選地是，不平坦表面層和所述電極保護(hù)層的至少之一的基端等于填料空間的末端或者相對(duì)于填料空間的末端向著氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
滿(mǎn)足這個(gè)條件將優(yōu)選地消除粉末填料與氣體感測(cè)元件之間的界面上的浸入通道。粉末填料的密封性能能夠顯著地提高。


通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中圖1是一個(gè)垂直橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的氣體傳感器；圖2是一個(gè)放大的垂直示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的氣體傳感器的基本結(jié)構(gòu)；圖3A、3B和3C是解釋用于測(cè)試汽油密封特性的方法的示意圖；圖4是一個(gè)時(shí)間圖，顯示了在汽油密封特性測(cè)試過(guò)程中傳感器輸出與監(jiān)測(cè)時(shí)間之間的關(guān)系；圖5是顯示模制的粉末填料與顆粒大小類(lèi)型之間的關(guān)系的圖表；圖6是一個(gè)顯示根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器的填料空間的軸向長(zhǎng)度L、填料空間中的不均勻表面層的軸向長(zhǎng)度M、和電極保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度N之間的尺寸關(guān)系的示意圖；圖7是一個(gè)顯示氣體傳感器的示意圖，作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該氣體傳感器的尺寸特征在于M＝N＝0；
圖8是一個(gè)顯示氣體傳感器的示意圖，作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該氣體傳感器的尺寸特征在于M＝N＝-1mm；圖9是一個(gè)顯示氣體傳感器的示意圖，作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該氣體傳感器的尺寸特征在于N＝0；圖10是一個(gè)顯示氣體傳感器的示意圖，作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該氣體傳感器的尺寸特征在于N＝0并L＝M；以及圖11是一個(gè)顯示氣體傳感器的示意圖，作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該氣體傳感器沒(méi)有不均勻的表面層并且其尺寸特征在于N＝0。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。所有附圖中，相同的部件用同一標(biāo)號(hào)表示。
第一實(shí)施例圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體傳感器1。傳感器1包括殼體10、設(shè)置在殼體10內(nèi)側(cè)空間中的氣體感測(cè)元件2、以及限定在殼體10和氣體感測(cè)元件2之間的填料空間14。填料空間14中裝填有粉末填料，粉末填料氣密地密封殼體10與氣體感測(cè)元件2之間的環(huán)形間隙。
在被填塞在填料空間之前測(cè)量時(shí)，粉末填料包括直徑(即，顆粒大小)在從80μm到1,000μm范圍內(nèi)的顆粒。直徑為80～1,000μm的顆粒的重量百分比相對(duì)于粉末填料的總重量等于或大于80％。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體傳感器是一個(gè)空氣燃料比傳感器，它安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道中以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒。
示于圖1中的殼體10是金屬圓柱形殼體。氣體感測(cè)元件2插入殼體10的內(nèi)側(cè)空間中。被測(cè)氣體側(cè)蓋11安裝到殼體10的末端。大氣側(cè)蓋12設(shè)置在殼體10的基端。在圖1中，氣體傳感器1的下側(cè)稱(chēng)作末端側(cè)，氣體傳感器1的上側(cè)稱(chēng)作基端側(cè)。
被測(cè)氣體側(cè)蓋11由內(nèi)側(cè)蓋111和外側(cè)蓋112組成，內(nèi)側(cè)蓋111和外側(cè)蓋112相互配合形成雙層結(jié)構(gòu)。內(nèi)側(cè)蓋111和外側(cè)蓋112分別設(shè)置有多個(gè)氣體引入孔119。被測(cè)氣體經(jīng)氣體引入孔119從氣體傳感器1外側(cè)被引入被測(cè)氣體側(cè)蓋11中，以形成被測(cè)氣體環(huán)境110。
外側(cè)蓋121設(shè)置在大氣側(cè)蓋12的基端側(cè)。疏水填料122位于外側(cè)蓋121和大氣側(cè)蓋12之間，大氣側(cè)蓋12和外側(cè)蓋121在面對(duì)疏水填料122的部分設(shè)置有多個(gè)空氣引入孔129?？諝饨?jīng)空氣引入孔129被引入到大氣側(cè)蓋12中以形成空氣環(huán)境120。
氣體感測(cè)元件2包括一個(gè)杯形固態(tài)電解體20。盡管未顯示在附圖中，一對(duì)外側(cè)和內(nèi)側(cè)電極分別設(shè)置在固態(tài)電解體20的外內(nèi)表面上。在固態(tài)電解體20中設(shè)置有一個(gè)大氣室200。大氣室200與空氣環(huán)境120連通。
固態(tài)電解體20具有如圖2所示的不平坦或者不規(guī)則的表面層203。而且，設(shè)置有防止擴(kuò)散層(未示出)和電極保護(hù)層205以覆蓋形成在固態(tài)電解體20上的外側(cè)電極(未示出)。
氣體感測(cè)元件2的固態(tài)電解體20包括從其外表面沿著徑向向外的方向凸出的凸出部分201。殼體10具有從其內(nèi)表面沿著徑向向內(nèi)的方向凸出的接收部分101。固態(tài)電解體20的凸出部分201被殼體10的接收部分101所接收。金屬襯墊13設(shè)置在凸出部分201的下部表面和接收部分101之間。換句話(huà)說(shuō)，固態(tài)電解體20在凸出部分201的下部表面處通過(guò)金屬襯墊13安裝在殼體10的接收部分101上。
填料空間14形成在固態(tài)電解體20的凸出部分210的上部表面和殼體10的內(nèi)表面之間。填料空間14填充有包含輔助填充劑的粉末填料。絕緣體15設(shè)置在固態(tài)電解體20的外表面與殼體10的內(nèi)表面之間的環(huán)形間隙中。絕緣體15位于填塞在填料空間14中的粉末填料上。
堵縫金屬環(huán)161設(shè)置在絕緣體15的上端。殼體10的基(即，上)端102沿著堵縫金屬環(huán)161被徑向向內(nèi)地填堵。絕緣體15因此通過(guò)殼體10的上部被牢固地固定，從而塞住填塞在填料空間14中的粉末填料。
而且，氣體感測(cè)元件2的端子211在大氣側(cè)蓋12中延伸。端子211通過(guò)金屬連接器212連接到引線(xiàn)213上。金屬連接器212設(shè)置在大氣側(cè)蓋12中。引線(xiàn)213從氣體傳感器1伸出。大氣側(cè)絕緣體221設(shè)置在大氣側(cè)蓋12內(nèi)的中間部分。彈性絕緣部件222設(shè)置在大氣側(cè)蓋12內(nèi)的基端。加熱器29設(shè)置在杯形固態(tài)電解體20的大氣室200中。
上述粉末填料是滑石粉?；且环N粘土礦物，其天然原料主要包含Mg3Si4O10(OH)2。使用在該實(shí)施例中的滑石粉包含顆粒大小在80μm至1,000μm范圍內(nèi)的顆粒的重量百分比為80％或者更多。
該實(shí)施例的填料空間14按照如下方式制造。
首先，將金屬襯墊13和氣體感測(cè)元件2依次放入殼體10的內(nèi)部空間中并且放置在如圖所示的位置上。同時(shí)，滑石粉末填料被預(yù)先模制成環(huán)形形狀。
接著，滑石粉末填料被放入氣體感測(cè)元件2與殼體10之間的環(huán)形間隙中。
隨后，預(yù)定壓力從氣體傳感器1的基端側(cè)(即，上端側(cè))沿著軸向方向被施加到滑石粉末填料上，直到滑石粉末填料在填料空間14中變硬。
接著，絕緣體15和堵縫金屬環(huán)161從氣體傳感器1的基端側(cè)(即，上端側(cè))被依次放置在變硬的粉末填料上。然后，殼體10的基(即，上)端102沿著堵縫金屬環(huán)161被徑向向內(nèi)地填堵。
有關(guān)獲得環(huán)形形狀的滑石粉的預(yù)先模制作業(yè)，在滑石粉被放置在環(huán)形模之間之前，合適量的水被加入到滑石粉中以提高模制填料的形狀可保持性。一個(gè)壓床通過(guò)模將壓力施加到滑石粉上，以便將滑石粉模制成環(huán)形粉末填料。
如果需要，優(yōu)選地可以在完成預(yù)先模制作業(yè)之后或者在將模制粉末填料安裝在殼體10中之后干燥包含在粉末填料中的水分。
有關(guān)將滑石粉末填料安裝在殼體10中，也可以通過(guò)跳過(guò)預(yù)先模制作業(yè)直接地將滑石粉供給到殼體10中。
如圖2所示，不平坦表面層203形成在氣體感測(cè)元件2的固態(tài)電解體20上。不平坦表面層203從固態(tài)電解體20的末端延伸到固態(tài)電解體20的凸出部分201。設(shè)置有外側(cè)電極(未示出)以覆蓋不平坦表面層203。
填料空間14的軸向長(zhǎng)度L和不平坦表面層203的軸向長(zhǎng)度M按照如下方式調(diào)整。
填料空間14的軸向長(zhǎng)度L定義為沿著氣體感測(cè)元件2的軸向方向從填料空間14的末端到填料空間14的基端的垂直(即，軸向)距離。
不平坦表面層203的軸向長(zhǎng)度M定義為從不平坦表面層203的基端(即，上端)到填料空間14的末端(即，下端)的垂直(即，軸向)距離。
按照?qǐng)D2所示實(shí)施例，L是3.5mm，M是2.5mm。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體傳感器具有如下功能和效果。
該實(shí)施例的氣體傳感器1具有限定在殼體10與氣體感測(cè)元件2之間的填料空間14。填料空間14填充有粉末填料，粉末填料包含其大小在上述具體范圍內(nèi)的相對(duì)大的顆粒。
主要由大直徑顆粒組成的粉末填料在其內(nèi)部不包含很多空氣。粉末填料的比重可以通過(guò)在將粉末填料填塞在填料空間14中時(shí)簡(jiǎn)單地增加作用在粉末填料上的壓力來(lái)很容易地增大。因此，在已經(jīng)被填塞在填料空間14中之后，粉末填料具有高密度和更高的比重，粉末填料因而具有更高的密封性能。
通常，粉末填料顆粒之間的間隙(體積)隨著粉末填料密度的增大以及隨著比重的增大而減小。高度密集的粉末填料有效地抑制了由毛細(xì)管作用引起的液體浸入。
液體組分不能滲透或者通過(guò)殼體10與氣體感測(cè)元件2之間的間隙。該實(shí)施例的氣體傳感器1具有良好的氣密性。
該實(shí)施例的氣體傳感器被安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道中以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒。從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的被測(cè)氣體包含汽油。由于高度密集的粉末填料填塞在填料空間14中，該實(shí)施例的氣體傳感器阻止汽油經(jīng)過(guò)填料空間14泄露到空氣環(huán)境20中。
粉末填料是由滑石制成?；凼怯慎[片狀的顆粒構(gòu)成的層狀化合物。當(dāng)壓力施加到滑石粉上時(shí)，滑石粉沿著分層方向裂開(kāi)，而不會(huì)破壞滑石鱗片狀顆粒的層狀結(jié)構(gòu)?；凼亲銐虻能洀亩軌蛱钌w裂開(kāi)所導(dǎo)致的間隙。更具體地，滑石鱗片狀顆粒摻雜并密集地填充填料空間。比重能夠被增大以確保良好的密封性能。
而且，優(yōu)選地向粉末填料添加輔助填充劑。添加的輔助填充劑流暢地進(jìn)入粉末填料顆粒之間的間隙中并且有效地填蓋或者填充間隙。填料空間14中的粉末填料密度優(yōu)選地被增大。
例如，輔助填充劑是一代磷酸鋁(aluminum primary phosphate)，它是包含晶態(tài)水的液態(tài)化合物。當(dāng)壓力施加到粉末填料上時(shí)，一代磷酸鋁流暢地進(jìn)入粉末填料顆粒之間的間隙中并且沿著粉末填料的顆粒延伸。因此，一代磷酸鋁有效地填蓋或者填充粉末填料顆粒之間的間隙。因而，可以增大填料空間14中的粉末填料密度。
有關(guān)滑石粉與輔助填充劑的混合，混合作業(yè)按照如下方式進(jìn)行。
滑石粉和輔助填充劑分別被稱(chēng)重。將輔助填充劑添加到滑石粉中。合適量的水也被添加到滑石粉中。隨后，滑石粉和輔助填充劑在旋轉(zhuǎn)混合機(jī)中以合適速度被均勻地混合，以便不會(huì)破壞滑石粉顆粒。隨后，滑石粉如上所述地被模制成環(huán)形填料。
可替代地，可預(yù)先將合適量的水加到輔助填充劑中。隨后，當(dāng)滑石粉在旋轉(zhuǎn)混合機(jī)中被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，加水的輔助填充劑被噴到滑石粉上。加水的輔助填充劑與滑石粉按照這種方式的混合是很有效的，以便能夠快速地完成滑石粉與輔助填充劑的混合作業(yè)，而不會(huì)破壞滑石粉顆粒。
按照上述實(shí)施例的粉末填料的密封性能的測(cè)量按照如下方式被檢測(cè)。
首先，如圖3A所示，氣體傳感器1被保持直立，使氣體傳感器1的基端朝下。接著，被測(cè)氣體側(cè)蓋的外表面被密封膠帶41所隱蔽。
隨后，如圖3B所示，通過(guò)采用合適的注射器42將少量(0.5cc)的汽油注射到被測(cè)氣體側(cè)蓋中。在完成汽油的注射之后，氣體傳感器1被放置預(yù)定時(shí)間。隨后，取下密封膠帶41。剩余汽油被從被測(cè)氣體側(cè)蓋排出，如圖3C所示。
在這種狀態(tài)下，13.5V的電壓被施加到氣體傳感器1中的加熱器上兩個(gè)小時(shí)，以監(jiān)測(cè)氣體傳感器1的輸出變化。
圖4是一個(gè)時(shí)間圖，顯示了在兩個(gè)小時(shí)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中氣體傳感器1的被測(cè)輸出。
正如從圖4中所理解的，傳感器輸出在兩個(gè)小時(shí)監(jiān)測(cè)的開(kāi)始是固定的。但是，在兩個(gè)小時(shí)監(jiān)測(cè)的大約三分之一(約40分鐘)過(guò)去之后，傳感器輸出突然地下降。隨后，傳感器輸出保持在相當(dāng)?shù)偷乃揭欢螘r(shí)間。接著，在相當(dāng)一段時(shí)間過(guò)去之后(即，在對(duì)應(yīng)于兩個(gè)小時(shí)監(jiān)測(cè)的大約三分之二的時(shí)間時(shí))，傳感器輸出恢復(fù)到初始水平。
在圖4中，“x”表示傳感器輸出低于初始水平一個(gè)量“z”的點(diǎn)，而“y”表示點(diǎn)“x”被測(cè)量時(shí)的時(shí)間。
在隨后的氣體傳感器樣品評(píng)價(jià)中，◎表示已經(jīng)導(dǎo)致小于0.05V的輸出損失的氣體傳感器樣品，○表示已經(jīng)導(dǎo)致在0.05V到0).1V范圍內(nèi)的輸出損失的氣體傳感器樣品，×表示已經(jīng)導(dǎo)致大于0.1V的輸出損失的氣體傳感器樣品。
具有所示小的輸出損失的氣體傳感器樣品被認(rèn)為在它們的粉末填料處對(duì)汽油具有良好密封性能。相反，已經(jīng)導(dǎo)致大的傳感器輸出損失的氣體傳感器樣品被認(rèn)為在它們的粉末填料處對(duì)汽油具有較差密封性能。
總共準(zhǔn)備了25個(gè)樣品，樣品#1至樣品#25來(lái)評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氣體傳感器的性能。
表1和表2顯示了包含在每個(gè)樣品的粉末填料中的顆粒直徑的分布。附屬于某些粉末填料的標(biāo)號(hào)P1至P11表示顆粒大小分布的類(lèi)型。
類(lèi)型P1和P2的顆粒尺寸太小。另一方面，類(lèi)型10的顆粒尺寸太大。換句話(huà)說(shuō)，類(lèi)型P1、P2和P3并不滿(mǎn)足粉末填料包含直徑為80～5,000μm的顆粒的重量百分比為80％或者更多這個(gè)條件。
類(lèi)型P11具有從小顆粒尺寸到大顆粒尺寸的廣泛排列的顆粒尺寸分布。類(lèi)型P11滿(mǎn)足粉末填料包含直徑為80～5,000μm的顆粒的重量百分比為80％或者更多這個(gè)條件。
氣體傳感器樣品#18至#25的粉末填料被分成類(lèi)型P6。氣體傳感器樣品#1至#23的粉末填料是由滑石制成。氣體傳感器樣品#24和#25的粉末填料是由滑石與礬土的混合物制成。
表2總結(jié)了顯示在表1中的氣體傳感器樣品#1至#25的測(cè)量結(jié)果。
從表1和2可以看出，氣體傳感器樣品#1和#2被分成具有太小顆粒尺寸的類(lèi)型P1和P2。氣體傳感器樣品#1和#2在設(shè)置于填料空間中的粉末填料處具有較差的汽油密封性能，因此導(dǎo)致較大的傳感器輸出減小。而且，氣體傳感器樣品#16被分成具有太大顆粒尺寸的類(lèi)型P10。氣體傳感器樣品#16在設(shè)置于填料空間中的粉末填料處具有較差的汽油密封性能，因此導(dǎo)致較大的傳感器輸出減小。
從以上描述可以證實(shí)，當(dāng)粉末填料包含的顆粒其尺寸(即，直徑)在被填塞在填料空間之前測(cè)量時(shí)在80μm至5,000μm的范圍內(nèi)、并且顆粒尺寸為80～5,000μm的顆粒相對(duì)于粉末填料的總重量的重量百分比為80％或者更多時(shí)，可以確保氣體傳感器具有良好密封性能。
而且，類(lèi)型P4到P7(從氣體傳感器樣品#4到#13)的特征在于，粉末填料包含的顆粒其尺寸(即，直徑)在被填塞在填料空間之前測(cè)量時(shí)在100μm至1,000μm的范圍內(nèi)，并且顆粒尺寸為100～1,000μm的顆粒相對(duì)于粉末填料的總重量的重量百分比為80％或者更多。被分成類(lèi)型P4至P7的氣體傳感器樣品被評(píng)價(jià)為在它們的粉末填料處具有良好汽油密封性能(在表2中由◎表示)。
而且，氣體傳感器樣品#18至#25被分成類(lèi)型P6。氣體傳感器樣品#18的填料空間的軸向長(zhǎng)度較短(1mm)。氣體傳感器樣品#18已經(jīng)顯示具有相對(duì)大的傳感器輸出減小，盡管評(píng)價(jià)不是很差(○)。
氣體傳感器樣品#19至#22已經(jīng)顯示了良好的汽油密封性能(◎)，盡管它們?cè)谔盍峡臻g的軸向長(zhǎng)度上相互不同。
氣體傳感器樣品#23的粉末填料是由氮化硼制成。氣體傳感器樣品#23已經(jīng)顯示了良好的汽油密封性能(◎)。氣體傳感器樣品#24和#25的粉末填料分別是由滑石和礬土的混合物制成。氣體傳感器樣品#25已經(jīng)顯示具有相對(duì)大的傳感器輸出減小。
從上述測(cè)量結(jié)果可以證實(shí)，傳感器輸出多少受到填料空間的軸向長(zhǎng)度以及粉末填料的原料的影響。由滑石或者氮化硼制成的粉末填料給氣體傳感器帶來(lái)良好的汽油密封性能。
表1

表2

接著，通過(guò)按照如下方式評(píng)價(jià)幾個(gè)氣體傳感器樣品來(lái)檢測(cè)從粉末填料中去除細(xì)顆粒的影響。
氣體傳感器樣品#99具有包括許多顆粒的粉末填料，顆粒尺寸從“小于80μm”到“大于5,000μm”。氣體傳感器樣品#99不受任何分級(jí)。
氣體傳感器樣品#100至#103具有經(jīng)受干篩分級(jí)的粉末填料，其中，對(duì)于相應(yīng)的樣品#100至#103網(wǎng)目尺寸設(shè)定為40μm、80μm、100μm和125μm。通過(guò)篩分，細(xì)顆粒被從相應(yīng)粉末填料中去除。結(jié)果，氣體傳感器樣品#100至#103包含的細(xì)顆粒的重量百分比小于氣體傳感器樣品#99的細(xì)顆粒的重量百分比。
氣體傳感器樣品#104具有經(jīng)受離心氣流分級(jí)以去除80μm或者更小細(xì)顆粒的粉末填料。
氣體傳感器樣品#105具有經(jīng)受離心濕式分級(jí)以去除80μm或者更小細(xì)顆粒的粉末填料。
表3顯示了相應(yīng)測(cè)試的氣體傳感器樣品#99至#105的顆粒分布、分級(jí)方法、評(píng)價(jià)結(jié)果、以及顆粒尺寸分布類(lèi)型。
由于大量細(xì)顆粒的存在，氣體傳感器樣品#99具有較差的汽油密封性能，因此導(dǎo)致大的傳感器輸出損失。
其它的氣體傳感器樣品#100至#105具有相對(duì)好的汽油密封性能(評(píng)價(jià)為○或者◎)。從這個(gè)事實(shí)可以證實(shí)，去除細(xì)顆?？梢杂行У孬@得具有良好汽油密封性能的粉末填料。
從氣體傳感器樣品#100與其它樣品#101至#105的比較可以看出，去除顆粒尺寸為80μm或者更小的細(xì)顆?？梢苑浅Ｓ行У靥岣咂兔芊庑阅堋?br> 表3

接著，通過(guò)按照如下方式評(píng)價(jià)幾個(gè)氣體傳感器樣品來(lái)檢測(cè)從粉末填料中去除粗顆粒的影響。
氣體傳感器樣品#106具有包括許多顆粒的粉末填料，顆粒尺寸從“小于80μm”到“大于5,000μm”。氣體傳感器樣品#106不受任何分級(jí)。
氣體傳感器樣品#107至#109具有經(jīng)受干篩分級(jí)的粉末填料，其中，對(duì)于相應(yīng)的樣品#107至#109網(wǎng)目尺寸設(shè)定為5,000μm、1,000μm、和710μm。通過(guò)篩分，粗顆粒被從相應(yīng)粉末填料中去除。結(jié)果，氣體傳感器樣品#107至#109包含的粗顆粒的重量百分比小于氣體傳感器樣品#1069的粗顆粒的重量百分比。
氣體傳感器樣品#110具有經(jīng)受離心氣流分級(jí)以去除810μm或者更大粗顆粒的粉末填料。
氣體傳感器樣品#111具有經(jīng)受離心濕式分級(jí)以去除1,000μm或者更大粗顆粒的粉末填料。
表4顯示了相應(yīng)測(cè)試的氣體傳感器樣品#106至#110的顆粒分布、分級(jí)方法、評(píng)價(jià)結(jié)果、以及顆粒尺寸分布類(lèi)型。
由于大量粗顆粒的存在，氣體傳感器樣品#106具有較差的汽油密封性能，因此導(dǎo)致大的傳感器輸出損失。
其它的氣體傳感器樣品#107至#111具有相對(duì)好的汽油密封性能(評(píng)價(jià)為○或者◎)。從這個(gè)事實(shí)可以證實(shí)，去除粗顆?？梢杂行У孬@得具有良好汽油密封性能的粉末填料。
從氣體傳感器樣品#107與其它樣品#108至#111的比較可以看出，去除顆粒尺寸為5,000μm或者更大的粗顆?？梢苑浅Ｓ行У靥岣咂兔芊庑阅?。
表4

按照如下方式來(lái)評(píng)價(jià)幾種輔助填充劑。
如表5所示，使用在性能測(cè)試中的粉末填料是滑石粉。對(duì)于氣體傳感器樣品#26至#32來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是一代磷酸鋁水溶液。對(duì)于氣體傳感器樣品#33至#37來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是硅酸鈉水溶液。對(duì)于氣體傳感器樣品#38至#42來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是硅酸鉀水溶液。對(duì)于氣體傳感器樣品#43來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是一代磷酸鋁水溶液和硅酸鈉水溶液的混合物。對(duì)于氣體傳感器樣品#44來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是一代磷酸鋁水溶液和硅酸鉀水溶液的混合物。所有被測(cè)試的輔助填充劑是無(wú)機(jī)化合物水溶液，在室溫(20℃)下是液態(tài)。
在該表中，每種輔助填充劑的添加量按照相對(duì)于粉末填料的100個(gè)重量部分的重量部分來(lái)表示。
從表5可以看出，在采用一代磷酸鋁水溶液的氣體傳感器樣品#26至#32中，氣體傳感器樣品#27至#31由于各自顯示了一個(gè)小的傳感器輸出減小而評(píng)價(jià)為優(yōu)良(◎)。氣體傳感器樣品#26和#32顯示了一個(gè)相對(duì)大的傳感器輸出減小，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。
在采用硅酸鈉水溶液的氣體傳感器樣品#33至#37中，氣體傳感器樣品#35和#36由于各自顯示了一個(gè)小的傳感器輸出減小而評(píng)價(jià)為優(yōu)良(◎)。氣體傳感器樣品#34也顯示了良好性能，盡管它比氣體傳感器樣品#35和#36差。其余的氣體傳感器樣品#33和#37顯示了一個(gè)相對(duì)大的傳感器輸出減小，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。
在采用硅酸鉀水溶液的氣體傳感器樣品#38至#43中，氣體傳感器樣品#40和#41由于各自顯示了一個(gè)小的傳感器輸出減小而評(píng)價(jià)為優(yōu)良(◎)。氣體傳感器樣品#39也顯示了良好性能，盡管它比氣體傳感器樣品#40和#41差。其余的氣體傳感器樣品#38和#42顯示了一個(gè)相對(duì)大的傳感器輸出減小，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。
從顯示在表5中的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，一代磷酸鋁、硅酸鈉和硅酸鉀是能夠使粉末填料具有良好汽油密封性能的優(yōu)選輔助填充劑。在壓力施加到粉末填料上時(shí)，液態(tài)輔助填充劑能夠流暢地進(jìn)入顆粒間隙以獲得高度密集的填料。
而且，從表5中可以明顯看出，輔助填充劑的優(yōu)選添加范圍在從0.1到10個(gè)重量部分的范圍內(nèi)。
氣體傳感器樣品#43的輔助填充劑包含按照1∶1的重量部分比的一代磷酸鋁水溶液和硅酸鈉水溶液。氣體傳感器樣品#44的輔助填充劑包含按照1∶1的重量部分比的一代磷酸鋁水溶液和硅酸鉀水溶液。氣體傳感器樣品#43和#44都顯示了良好性能。
這樣，優(yōu)選地使用不同類(lèi)型的添加劑的混合物作為粉末填料的輔助填充劑。
表5

類(lèi)似地，按照如下方式來(lái)評(píng)價(jià)其它幾種輔助填充劑。
如表6所示，使用在性能測(cè)試中的粉末填料是滑石粉。對(duì)于氣體傳感器樣品#45至#49來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是氫氧化鋇。對(duì)于氣體傳感器樣品#50來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是硼硅玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#51來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是鋁硅玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#52來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是鈉鈣玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#53來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是硅酸鉛玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#54來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是低熔點(diǎn)硼酸鹽玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#55來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是鈣鋁類(lèi)玻璃。對(duì)于氣體傳感器樣品#56來(lái)說(shuō)，輔助填充劑是鋁酸鹽玻璃。所有被測(cè)試的輔助填充劑是固態(tài)無(wú)機(jī)化合物，在600℃或者更低的溫度下可液化。
在該表中，每種輔助填充劑的添加量按照相對(duì)于粉末填料的100個(gè)重量部分的重量部分來(lái)表示。
從表6可以看出，在采用氫氧化鋇的氣體傳感器樣品#45至#49中，氣體傳感器樣品#46至#48由于各自顯示了一個(gè)小的傳感器輸出減小并因此具有良好的汽油密封性能而特別地評(píng)價(jià)為優(yōu)良(◎)。氣體傳感器樣品#45和#49顯示了一個(gè)相對(duì)大的傳感器輸出減小，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。換句話(huà)說(shuō)，添加太多或者太少的輔助填充劑不能優(yōu)選地獲得良好性能。
而且，采用不同的無(wú)機(jī)化合物的其余氣體傳感器樣品#50至#57由于各自顯示了一個(gè)小的傳感器輸出減小并因此具有良好的汽油密封性能而特別地評(píng)價(jià)為優(yōu)良(◎)。
表6

圖5顯示了通過(guò)增大作用到粉末原料上的壓力模制的被測(cè)試粉末填料的比重分布。
從上述表1可以明顯看出，類(lèi)型P1表示主要集中在非常小的直徑上的顆粒尺寸分布。與其它類(lèi)型相比，類(lèi)型P1的粉末填料具有較小的比重。相應(yīng)地，如果類(lèi)型P1的粉末填料被填塞在填料空間中時(shí)，氣體傳感器將具有較差的汽油密封性能。相反，分成類(lèi)型P3、P6和P7的粉末填料具有更高的比重。如果類(lèi)型P3、P6和P7的粉末填料被填塞在填料空間中時(shí)(參照表1和2)，氣體傳感器將具有良好的汽油密封性能。
圖6至11是解釋填料空間14的軸向長(zhǎng)度與不平坦表面層203或者電極保護(hù)層205之間的位置關(guān)系的示意圖。
如圖6至11所示，不平坦表面層203設(shè)置在固態(tài)電解體20的外表面上。結(jié)果圖中沒(méi)有示出，廣泛地設(shè)置有外側(cè)電極以覆蓋不平坦表面層203。圖11顯示了沒(méi)有不平坦表面層的氣體傳感器。
在圖6至11的每一個(gè)圖中，填料空間14設(shè)置在固態(tài)電解體20與殼體20之間。長(zhǎng)度L表示填料空間14的軸向長(zhǎng)度，它沿著軸向方向從末端(即，下端)141延伸到基端(即，上端)142。
長(zhǎng)度M表示在填料空間14中的不平坦表面層203的軸向長(zhǎng)度。長(zhǎng)度M定義為從不平坦表面層203的基端(即，上端)到填料空間14的末端(即，下端)141的垂直(即，軸向)距離。
類(lèi)似地，N表示表示在填料空間14中的電極保護(hù)層205的軸向長(zhǎng)度。長(zhǎng)度N定義為從電極保護(hù)層205的基端(即，上端)到填料空間14的末端(即，下端)141的垂直(即，軸向)距離。
圖6顯示了尺寸特征為L(zhǎng)＞M＞N的氣體傳感器。
圖7顯示了尺寸特征為M＝N＝0并且L＝4mm的氣體傳感器。不平坦表面層203的基端(即，上端)和電極保護(hù)層205的基端(即，上端)與填料空間14的末端(即，下端)相同。
圖8顯示了尺寸特征為M＝N＝-1并且L＝4mm的氣體傳感器。在這種情況下，不平坦表面層203的基端(即，上端)和電極保護(hù)層205的基端(即，上端)低于填料空間14的末端(即，下端)141偏移1mm。如圖8所示，填料空間14的末端141在高度方向上是起點(diǎn)。基端側(cè)(即，上側(cè))相對(duì)于起點(diǎn)表示為正(+)值，而末端側(cè)(即，下側(cè))相對(duì)于起點(diǎn)表示為負(fù)(-)值。
圖9顯示了尺寸特征為N＝0mm、L＝4mm并且M＝3.5mm的氣體傳感器。不平坦表面層203的基端(即，上端)低于填料空間14的基端(即，上端)142偏移距離P為0.5mm。
圖10顯示了尺寸特征為N＝0mm并且L＝M＝4mm的氣體傳感器。不平坦表面層203完全延伸到填料空間14的基端(即，上端)142。
圖11顯示了沒(méi)有不平坦表面層并且尺寸特征為L(zhǎng)＝4mm、N＝0mm的氣體傳感器。電極保護(hù)層205的基端(即，上端)與填料空間14的末端(即，下端)141相同。
氣體傳感器的性能與不平坦表面層和電極保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表7所示，所有被測(cè)試的氣體傳感器樣品#57至#70在不平坦表面層和電極保護(hù)層的尺寸上不同，盡管這些樣品#57至#70具有同樣軸向長(zhǎng)度4mm。
氣體傳感器樣品#60、#64和#67被評(píng)價(jià)為具有差的性能。
氣體傳感器樣品#60具有5mm的不平坦表面層，它從填料空間的基端(即，上端)向上凸出。在這種情況下，由于表面粗糙度，不平坦表面層起著浸入通道的作用(主要是由微孔和間隙組成)，它使液體(汽油)穿過(guò)粉末填料進(jìn)入空氣環(huán)境。
氣體傳感器樣品#64具有6mm的電極保護(hù)層，它從填料空間的基端(即，上端)向上凸出。在這種情況下，電極保護(hù)層具有不平坦表面。電極保護(hù)層起著浸入通道的作用(主要是由微孔和間隙組成)，它使液體(汽油)穿過(guò)粉末填料進(jìn)入空氣環(huán)境。
氣體傳感器樣品#67具有5mm的不平坦表面層和5mm的電極保護(hù)層，它們從填料空間的基端(即，上端)向上凸出，并相應(yīng)地起著浸入通道的作用(主要是由微孔和間隙組成)，它使液體穿過(guò)粉末填料進(jìn)入空氣環(huán)境。
表7

氣體傳感器的性能與包含在粉末填料中的細(xì)或粗顆粒的存在的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表8和9所示，氣體傳感器樣品#113、#121和#125具有包括許多顆粒的粉末填料，顆粒尺寸從“小于80μm”到“大于5,000μm”。氣體傳感器樣品#113、#121和#125不受任何分級(jí)。
氣體傳感器樣品#114至#120具有經(jīng)受干篩分級(jí)以便從氣體傳感器樣品#113的粉末填料中去除細(xì)和粗顆粒的粉末填料。氣體傳感器樣品#114的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為40μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為5,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#115的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為80μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為5,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#116的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為80μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為1,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#117的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為80μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為710μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#118的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為100μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為1,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#119的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為125μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為5,000μm以去除粗顆粒。以及，氣體傳感器樣品#120的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為125μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為710μm以去除粗顆粒。
氣體傳感器樣品#122至#124具有經(jīng)受干篩分級(jí)以便從氣體傳感器樣品#121的粉末填料中去除細(xì)和粗顆粒的粉末填料。氣體傳感器樣品#122的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為40μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為5,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#123的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為100μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為1,000μm以去除粗顆粒。以及，氣體傳感器樣品#124的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為125μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為710μm以去除粗顆粒。
氣體傳感器樣品#126至#128具有經(jīng)受干篩分級(jí)以便從氣體傳感器樣品#125的粉末填料中去除細(xì)和粗顆粒的粉末填料。氣體傳感器樣品#126的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為40μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為5,000μm以去除粗顆粒。氣體傳感器樣品#127的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為100μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為1,000μm以去除粗顆粒。以及，氣體傳感器樣品#128的粉末填料經(jīng)受干篩分級(jí)，其中，網(wǎng)目尺寸設(shè)定為125μm以去除細(xì)顆粒以及設(shè)定為710μm以去除粗顆粒。
氣體傳感器樣品#129的粉末填料經(jīng)受離心氣流分級(jí)以便去除80μm或者更小的細(xì)顆粒以及5,000μm或者更大的粗顆粒。氣體傳感器樣品#130的粉末填料經(jīng)受離心濕式分級(jí)以便去除80μm或者更小的細(xì)顆粒以及5,000μm或者更大的粗顆粒。
由于存在大量的細(xì)和粗顆粒，氣體傳感器樣品#113、#121和#125具有較差汽油密封性能并因此導(dǎo)致大的傳感器輸出損失。其它氣體傳感器樣品#114～#120、#122～#124和#126～#128具有相對(duì)好的汽油密封性能(評(píng)價(jià)為○或者◎)。從這個(gè)事實(shí)可以證實(shí)，去除細(xì)和粗顆粒能夠有效地獲得具有良好汽油密封性能的粉末填料。
氣體傳感器樣品#114、#122和#126的性能比其它氣體傳感器樣品#115～#120、#123、#124、#127和#128差，因?yàn)檫@些氣體傳感器樣品#114、#122和#126包含相對(duì)大量的細(xì)和粗顆粒。
表8

表9

氣體傳感器的性能與粉末填料中的顆粒尺寸分布類(lèi)型以及與輔助填充劑的添加量的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表10所示，所有是被測(cè)氣體傳感器樣品#71～#77和#131#～#136在顆粒尺寸分布類(lèi)型以及輔助填充劑的添加量方面不同，盡管這些氣體傳感器樣品#71～#77和#131#～#136具有相同的粉末填料(滑石)并且使用相同的輔助填充劑(一代磷酸鋁水溶液)。
氣體傳感器樣品#72～#76、#132、#134和#136被評(píng)價(jià)為具有良好的汽油密封性能(◎)。
氣體傳感器樣品#71的粉末填料包含大量的細(xì)顆粒(類(lèi)型P1)，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。另一方面，氣體傳感器樣品#77的粉末填料包含大量的粗顆粒(類(lèi)型P10)，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。氣體傳感器樣品#71和#77已經(jīng)顯示汽油密封性能比氣體傳感器樣品#72～#76的汽油密封性能差。
氣體傳感器樣品#131的粉末填料包含大量的細(xì)和粗顆粒(類(lèi)型P16)，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。氣體傳感器樣品#133的粉末填料包含大量的細(xì)顆粒(類(lèi)型P18)，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。
氣體傳感器樣品#135的粉末填料包含大量的粗顆粒(類(lèi)型P20)，盡管評(píng)價(jià)不是較差(○)。顯然從表10的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，包含在粉末填料中的細(xì)和粗顆粒顯著地影響氣體傳感器的汽油密封性能。
表10

氣體傳感器的性能與粉末填料中的顆粒尺寸分布類(lèi)型以及與不平坦表面層和電極保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表11所示，所有被測(cè)氣體傳感器樣品#78～#84和#137#～#142在顆粒尺寸分布類(lèi)型以及在不平坦表面層和電極保護(hù)層的尺寸方面不同，盡管這些氣體傳感器樣品#78～#84和#137#～#142具有相同的粉末填料(滑石)。
氣體傳感器樣品#79～#83、#138、#140和#142被評(píng)價(jià)為具有良好的汽油密封性能(◎)。
氣體傳感器樣品#78的汽油密封性能不是良好，因?yàn)榉勰┨盍习罅康募?xì)顆粒(類(lèi)型P1)。氣體傳感器樣品#84的汽油密封性能也不是良好，因?yàn)榉勰┨盍习罅康拇诸w粒(類(lèi)型P10)。氣體傳感器樣品#137的汽油密封性能不是良好，因?yàn)榉勰┨盍习罅康募?xì)和粗顆粒(類(lèi)型P16)。氣體傳感器樣品#139的汽油密封性能不是良好，因?yàn)榉勰┨盍习罅康拇诸w粒(類(lèi)型P18)。而且，氣體傳感器樣品#141的汽油密封性能不是良好，因?yàn)榉勰┨盍习罅康拇诸w粒(類(lèi)型P20)。
所有氣體傳感器樣品#78、#84、#137#、#139和#141具有與填料空間軸向長(zhǎng)度相同的不平坦表面層和電極保護(hù)層軸向長(zhǎng)度。這種尺寸關(guān)系對(duì)汽油密封性能具有不利影響。
表11

氣體傳感器的性能與輔助填充劑的添加量以及與不平坦表面層和電極保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表12所示，所有被測(cè)氣體傳感器樣品#85～#91在輔助填充劑的添加量以及在不平坦表面層和電極保護(hù)層的尺寸方面不同，盡管這些氣體傳感器樣品#85～#91具有相同的粉末填料(滑石)并且使用相同的輔助填充劑(一代磷酸鋁水溶液)。
氣體傳感器樣品#86～#90被評(píng)價(jià)為具有良好的汽油密封性能(◎)。
氣體傳感器樣品#85在汽油密封性能方面比氣體傳感器樣品#86～#90差，因?yàn)檩o助填充劑的添加量較小而且也因?yàn)椴黄教贡砻鎸雍碗姌O保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度與填料空間的軸向長(zhǎng)度相同。
氣體傳感器樣品#91在汽油密封性能方面比氣體傳感器樣品#86～#90差，因?yàn)檩o助填充劑的添加量較大而且也因?yàn)椴黄教贡砻鎸雍碗姌O保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度與填料空間的軸向長(zhǎng)度相同。
表12

氣體傳感器的性能與粉末填料中的顆粒尺寸分布類(lèi)型、輔助填充劑的添加量以及與不平坦表面層和電極保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度的關(guān)系被評(píng)價(jià)。
如表13所示，所有被測(cè)氣體傳感器樣品#92～#98在尺寸分布類(lèi)型、輔助填充劑的添加量以及在不平坦表面層和電極保護(hù)層的尺寸方面不同，盡管這些氣體傳感器樣品#92～#98具有相同的粉末填料(滑石)并且使用相同的輔助填充劑(一代磷酸鋁水溶液)。
氣體傳感器樣品#93～#97被評(píng)價(jià)為具有良好的汽油密封性能(◎)。
氣體傳感器樣品#92在汽油密封性能方面比氣體傳感器樣品#93～#97差，因?yàn)榉勰┨盍习罅康男☆w粒(類(lèi)型P1)、輔助填充劑的添加量較小而且也因?yàn)椴黄教贡砻鎸雍碗姌O保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度與填料空間的軸向長(zhǎng)度相同。
氣體傳感器樣品#98在汽油密封性能方面比氣體傳感器樣品#93～#97差，因?yàn)榉勰┨盍习罅康拇箢w粒(類(lèi)型P10)、輔助填充劑的添加量較小而且也因?yàn)椴黄教贡砻鎸雍碗姌O保護(hù)層的軸向長(zhǎng)度與填料空間的軸向長(zhǎng)度相同。
表13

在不脫離基本特征的范圍情況下，本發(fā)明可以多種方式實(shí)施。上述實(shí)施例僅是為了說(shuō)明目的而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書(shū)而不是由上述描述來(lái)限定。所有落入在權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改或者權(quán)利要求的等同替換也都將包含在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為80μm到5,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在100μm到1,000μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為100μm到1,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在125μm到710μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為125μm到710μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％。
4.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)顆粒的顆粒。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者小于80μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
6.如權(quán)利要求4或5所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者小于100μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
7.如權(quán)利要求4至6任一所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者小于125μm的細(xì)顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
8.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除粗顆粒的顆粒。
9.如權(quán)利要求8所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者大于5,000μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
10.如權(quán)利要求8或9所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者大于1,000μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
11.如權(quán)利要求8至10任一所述的氣體傳感器，其特征在于，經(jīng)受分級(jí)之后的所述粉末填料包含直徑等于或者小于710μm的粗顆粒按照重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者小于10％。
12.如權(quán)利要求1至11任一所述的氣體傳感器，其特征在于，所述填料空間的軸向長(zhǎng)度在從1.5mm到15mm的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1至12任一所述的氣體傳感器，其特征在于，所述粉末填料包含滑石和氮化硼中的至少一種按照重量百分比為50％或者更多。
14.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中。
15.如權(quán)利要求14所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輔助填充劑是無(wú)機(jī)化合物水溶液，在室溫(20℃)下是液態(tài)。
16.如權(quán)利要求15所述的氣體傳感器，其特征在于，所述無(wú)機(jī)化合物水溶液包括從一代磷酸鋁水溶液、硅酸鈉水溶液和硅酸鉀水溶液組成的一組水溶液中選擇的至少一種。
17.如權(quán)利要求15或16所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輔助填充劑的添加量相對(duì)于所述粉末填料的100個(gè)重量部分在從0.1到10個(gè)重量部分的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求14所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輔助填充劑是可在600℃或者更低溫度下液化的固態(tài)無(wú)機(jī)化合物。
19.如權(quán)利要求18所述的氣體傳感器，其特征在于，所述固態(tài)無(wú)機(jī)化合物包括從氫氧化鋇、硼硅玻璃、鋁硅玻璃、鈉鈣玻璃、硅酸鉛玻璃、低熔點(diǎn)硼酸鹽玻璃、鈣鋁類(lèi)玻璃、鋁酸鹽玻璃組成的一組物質(zhì)中選擇的至少一種。
20.如權(quán)利要求18或19所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輔助填充劑的添加量相對(duì)于所述粉末填料的100個(gè)重量部分在從0.5到30個(gè)重量部分的范圍內(nèi)。
21.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
22.如權(quán)利要求21所述的氣體傳感器，其特征在于，所述不平坦表面層和所述電極保護(hù)層的所述至少之一相對(duì)于所述填料空間的基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移0.5mm或者更多。
23.如權(quán)利要求21或22所述的氣體傳感器，其特征在于，所述不平坦表面層和所述電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的末端或者相對(duì)于所述填料空間的所述末端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
24.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。
25.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中；所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；以及直徑為80μm到5,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％。
26.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；直徑為80μm到5,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％；不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
27.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中；不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
28.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中；所述粉末填料包含在被填塞到所述填料空間之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒；直徑為80μm到5,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％；不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
29.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中；以及所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒。
30.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于輔助填充劑被添加到所述粉末填料中；所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒；不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
31.一種氣體傳感器，包括殼體(10)；設(shè)置在所述殼體中的氣體感測(cè)元件(2)；以及填塞在形成于所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體與所述氣體感測(cè)元件之間間隙的粉末填料；其特征在于所述粉末填料包含在所述粉末填料被填塞到所述填料空間之前經(jīng)受分級(jí)以去除細(xì)和粗顆粒的顆粒；不平坦表面層(203)和電極保護(hù)層(205)的至少之一設(shè)置在所述氣體感測(cè)元件的表面上；以及不平坦表面層和電極保護(hù)層的所述至少之一的基端等于所述填料空間的基端或者相對(duì)于所述填料空間的所述基端向著所述氣體傳感器的末端側(cè)偏移。
全文摘要
粉末填料被填塞到形成于殼體(10)與氣體感測(cè)元件(2)之間的填料空間(14)中以氣密地密封所述殼體(10)與所述氣體感測(cè)元件(2)之間間隙。粉末填料包含在被填塞到所述填料空間(14)之前測(cè)量時(shí)其直徑在80μm到5,000μm范圍內(nèi)的顆粒。直徑為80μm到5,000μm的所述顆粒的重量百分比相對(duì)于所述粉末填料的總重量等于或者大于80％。
文檔編號(hào)G01N27/409GK1400463SQ02127208
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2002年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者佐藤元昭, 小林清美, 山內(nèi)政伸, 藤井並次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝