專利名稱：氣體傳感器的高熱輻射結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及用于測定氣體中特定成分濃度的氣體傳感器的改進結構，更具體地，涉及一種氣體傳感器，其結構達到高的熱輻射，使其熱損壞最小。
背景技術：
利用廢氣排放中的氧氣濃度控制汽車發(fā)動機中的燃燒，在節(jié)約燃料以及排放控制方面一般是有效的。
用于測量汽車廢氣中氧氣濃度的典型氣體傳感器，其內部裝有敏感元件。敏感元件包括一個電化學電池，此電化學電池是由固體電解質主體以及裝在固體電解質主體上的一對電極制成的。電化學電池使用空氣作為基準氣體，用于在電極之間產(chǎn)生與廢氣中的氧氣濃度成函數(shù)關系的電動勢、極限電流。這樣，氣體傳感器的結構是同時暴露在空氣和廢氣中。特別是，氣體傳感器具有包括兩個表面的外壁一個表面暴露在空氣中，另一個表面暴露在廢氣中。外壁的空氣暴露表面中形成空氣進入孔，空氣由此進入到氣體傳感器的空氣室中。廢氣暴露表面中形成氣體進入孔，廢氣由此進入氣體傳感器中的測量氣體室。
氣體傳感器具有圓柱形外殼，它部分插入發(fā)動機排氣管中形成的安裝孔內，用于將氣體傳感器固定在排氣管上。外壁的空氣暴露表面在排氣管外部從外殼上延伸，而氣體暴露表面在排氣管內部從外殼上延伸。
上述類型的氣體傳感器通常裝有不耐熱的零件。例如，去水過濾器裝在外壁空氣暴露表面的外部，用于阻擋水侵入到氣體傳感器；絕緣體，它插入氣體傳感器主體上遠離廢氣的開放端，用于保持從氣體傳感器的主體內部到外部延伸的電線或電纜，并對熱敏感。去水過濾器通常由多孔樹脂制成，例如四氟乙烯，并且在耐熱性方面低于金屬或陶瓷。絕緣體通常是樹脂或橡膠制成，其耐熱性方面低于金屬或陶瓷。
近些年來，汽車發(fā)動機的廢氣排放法規(guī)變得更加嚴格。由于散熱控制，這導致發(fā)動機廢氣的溫度升高，從而導致氣體傳感器出現(xiàn)不希望的溫度升高。在一些情況下，氣體傳感器的溫度將超過去水過濾器或絕緣體的耐熱性極限，如上所述。為了避免這個問題，氣體傳感器的長度可以增大，從而減小對去水過濾器或絕緣體的傳熱量，或者在氣體傳感器的表面上可以形成突起，用于增強從氣體傳感器主體上的熱輻射。但是，考慮氣體傳感器的尺寸或生產(chǎn)成本，這些方法不是理想的。
例如，日本專利公報No.10-206373給出一種上述方法，將氣體傳感器延長。US6,477,877 B1描述了上述類型的氣體傳感器的典型結構。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的基本目標是避免先前技術的缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種氣體傳感器的改進結構，用于增強從氣體傳感器內部到外部的熱輻射，使氣體傳感器主體內的溫度升高最小。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高熱輻射的氣體傳感器，可以應用于汽車空燃比控制或散熱控制。氣體傳感器包括(a)敏感元件，敏感元件暴露在被測量氣體中，并且工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；以及(b)其中安裝敏感元件的主體。主體具有外壁，外壁包括氣體暴露表面和空氣暴露表面。氣體暴露表面將暴露在被測量氣體中。空氣暴露表面將暴露大氣中。至少一部分空氣暴露表面的輻射率為0.7或更大，從而增強從空氣暴露表面的內側到外側的熱輻射，保護氣體傳感器中不耐熱零件不產(chǎn)生熱損壞。
在本發(fā)明優(yōu)選的模式中，至少一部分的空氣暴露表面的輻射率優(yōu)選為0.85或更大。
輻射率是從至少一部分空氣暴露表面上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射與在相同溫度下從理想黑體輻射體上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射之比。
主體的長度是從底端到與底端相對的頂端。頂端將被暴露在被測量氣體中。具有輻射率為0.7或更大的至少一部分空氣暴露表面占據(jù)外壁的面積，超過從底端起沿主體長度方向0.5H的范圍，這里H是主體的長度。
至少一部分空氣暴露表面覆蓋氧化膜。
至少一部分空氣暴露表面可以選擇性地覆蓋預選的涂層。
主體也具有內壁，內壁包括與空氣暴露表面相對的內表面。至少一部分內表面的輻射率為0.7或更大。
具有輻射率為0.7或更大的至少一部分內表面占據(jù)內壁的面積，超過從底端起沿主體長度方向0.5H的范圍，這里H是主體的長度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種氣體傳感器，包括(a)敏感元件，敏感元件暴露在被測量氣體中，并且工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；以及(b)其中安裝敏感元件的主體。主體具有外壁，外壁包括氣體暴露表面和空氣暴露表面。氣體暴露表面將暴露在被測量氣體中?？諝獗┞侗砻鎸⒈┞洞髿庵?。主體還包括內壁，內壁包括與空氣暴露表面相對的內表面。至少一部分內表面的輻射率為0.7或更大，從而增強從內表面的內側到外側的熱輻射，保護氣體傳感器中不耐熱零件不產(chǎn)生熱損壞。
在本發(fā)明優(yōu)選的模式中，至少一部分的內表面的輻射率優(yōu)選為0.85或更大。
輻射率是從至少一部分內壁上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射與在相同溫度下從理想黑體輻射體上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射之比。
主體的長度是從底端到與底端相對的頂端。頂端將被暴露在被測量氣體中。具有輻射率為0.7或更大的至少一部分內表面占據(jù)內壁的面積，超過從底端起沿主體長度方向0.5H的范圍，這里H是主體的長度。
至少一部分內表面覆蓋氧化膜。
至少一部分內表面可以選擇性地覆蓋預選的涂層。
在本發(fā)明的第一和第二方面中的每一個中，敏感元件包括頂端部分和與頂端部分相對的底端部分。頂端部分將暴露在被測量氣體中，并且工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號。氣體傳感器還包括(a)中空的圓柱形外殼，所述外殼具有靠近敏感元件頂端部分的頂端以及靠近敏感元件底端部分的底端；(b)第一圓柱形絕緣體，敏感元件穿過第一圓柱形絕緣體，第一圓柱形絕緣體放置在外殼中，具有靠近敏感元件頂端部分的頂端以及靠近敏感元件底端部分的底端；(c)第二圓柱形絕緣體，第二圓柱形絕緣體具有靠近敏感元件底端部分的底端以及靠近敏感元件頂端部分的頂端，第二圓柱形絕緣體在其頂端處放置在第一圓柱形絕緣體的底端，用于覆蓋敏感元件的底端部分；(d)被測量氣體外罩，所述被測量氣體外罩裝在外殼的頂端，用于覆蓋敏感元件的頂端部分；以及(e)空氣外罩，所述空氣外罩裝在外殼的底端，用于覆蓋敏感元件的底端部分?？諝馔庹謱⒈┞对诳諝庵校⑶揖哂锌拷舾性敹说捻敹艘约翱拷舾性锥说牡锥?。空氣外罩包括底部、頂部、位于底部與頂部之間的中部，以及位于底部與中部之間的肩部。肩部通過一個環(huán)形盤簧緊靠在第二圓柱形絕緣體的底端，從而形成第一和第二圓柱形絕緣體的連接。底部的直徑為D1，中部的直徑為D2，頂部的直徑為D3。直徑D1、D2和D3滿足D3＜D2＜D1以及(D1+D3)/2≤D2≤0.9D1，從而保證空氣外罩、上和下絕緣體以及外殼的裝配。


從本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖以及下面給出的詳細描述中，將能徹底地理解本發(fā)明。但是，這并不意味著本發(fā)明受限于這些特殊實施例，而僅是為了解釋和理解的目的。
在附圖中圖1表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氣體傳感器的縱向剖視圖；
圖2表示圖1所示氣體傳感器裝在汽車發(fā)動機排氣管中的側視圖；圖3表示圖1所示氣體傳感器的一種修改的縱向剖視圖；圖4表示每個測試樣品安裝在輻射率測量裝置上的視圖；圖5表示列舉氣體傳感器測試樣品規(guī)格和測試結果的表；圖6表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氣體傳感器的空氣外罩結構的縱向剖視圖；圖7表示圖6所示空氣外罩安裝的局部縱向剖視圖；以及圖8表示測試樣品空氣外罩的熱輻射與空氣外罩直徑關系的曲線。
具體實施例方式
參看附圖，在幾個圖中，特別是圖1和2中表示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氣體傳感器1，其中相似的參考數(shù)字表示相似的零件。氣體傳感器1內部包括敏感元件2，用于測量待測量氣體(下面也稱為被測量氣體)中含有的具體氣體成分的濃度。敏感元件2可以層疊類型或者杯形類型實現(xiàn)，這是本領域公知的。氣體傳感器1可以設計成測量汽車發(fā)動機廢氣排放中所含的NOx、CO、HC和/或O2濃度，用于發(fā)動機的空燃比控制或散熱控制。下面的討論，例如，將參照O2傳感器(也稱為空燃比傳感器)，O2傳感器用于測量發(fā)動機廢氣中的O2濃度。
氣體傳感器1具有預定長度的主體，主體具有外壁100。外壁100具有暴露在被測量氣體中的氣體暴露表面101和暴露在大氣中的空氣暴露表面102。在空氣暴露表面102以及與空氣暴露表面102相對的內空氣暴露表面103中，其中每一個的至少一部分的輻射率大于或等于0.7，優(yōu)選地大于0.85或更高，更優(yōu)選地等于1.0，用以增強從氣體傳感器1的外壁100內側的熱輻射，使氣體傳感器1中耐熱性差的零件的熱損壞最小。空氣暴露表面102和氣體暴露表面103中的至少一個，其輻射率滿足上述范圍中的一個，這是可取的。
在使用時，從圖1和2中可以清楚看出，氣體傳感器1裝在汽車內燃機(未圖示)的排氣管3中。安裝過程是通過將外殼10緊固在排氣管3中形成的螺紋傳感器安裝孔(未圖示)內來實現(xiàn)的。氣體傳感器1的頂部(即，附圖中所示的下部)暴露在發(fā)動機的廢氣(即，被測量氣體)中，用于測量廢氣中含有的氧氣(O2)濃度，這用于確定發(fā)動機燃燒室(未圖示)內混合物的空燃比與氧氣濃度的關系。
敏感元件2本質上包括固體電解質板和固定在固體電解質板上的兩個電極(未圖示)。電極中的一個暴露在被測量氣體環(huán)境119(即，廢氣)中，而另一個電極暴露在空氣環(huán)境124中?？諝猸h(huán)境124是在氣體傳感器1內利用周圍空氣形成的，周圍空氣在測定被測量氣體環(huán)境119內的氧氣濃度時被用作基準氣體。這種類型的敏感元件的結構和操作在本領域內是公知的，這里省略對其的詳細描述。
氣體傳感器1包括外殼10和敏感元件2。外殼10是由中空的圓柱形成的。敏感元件2部分裝配在下絕緣瓷13中，下絕緣瓷13裝在由中空圓柱形成的外殼10中。
在敏感元件2與下絕緣體13之間放置氣密封材料29，用于阻止氣體的流動。密封材料29形成空氣環(huán)境124與被測量氣體環(huán)境119之間的界面。
外殼10在其頂端裝有雙壁結構的保護性覆蓋件11。保護性覆蓋件11覆蓋敏感元件2的頂部(即，圖中所示的下部)，它對被測量氣體中的氧氣敏感。保護性覆蓋件11是由外和內罩形成的，它們具有氣體入孔110，被測量氣體通過這些孔流入或流出保護性覆蓋件11。內罩內形成被測量氣體環(huán)境119。
由中空圓柱形成的上絕緣瓷14以互相對齊的方式裝在下絕緣瓷13上，并覆蓋敏感元件2的底部(即，從附圖中看，是上部)?？諝馔庹?21在氣體傳感器的使用過程中暴露在空氣中，并在其一個末端焊接在外殼10的底端，用于覆蓋上絕緣瓷14。
空氣外罩121是由大直徑部分、小直徑部分以及形成在二者之間的肩部142形成的。肩部142通過環(huán)狀盤簧141迫使上絕緣瓷14穩(wěn)定地緊靠在下絕緣瓷13的底端。
外空氣外罩122通過中空圓柱形去水過濾器125裝在空氣外罩121底部的外圓周上。這個安裝的實現(xiàn)是通過將外空氣外罩122卷曲，使去水過濾器125保持在空氣外罩121和外空氣外罩122之間?？諝馔庹?21和外空氣外罩122中具有通氣孔120，由此空氣可以通過去水過濾器125進入空氣室124?？諝馐?24在通向空氣環(huán)境124的空氣外罩121內部形成?？諝馔庹?21具有一個打開端，打開端通過彈性絕緣支座129氣密封。
敏感元件2上具有傳感器信號輸出和電源電極端子(未圖示)，其中彈簧端子151緊靠在其尖端上。彈簧端子151在其底部伸出上絕緣瓷14之外，并通過接頭152與導線153連接。導線153保持在絕緣支座129內形成的孔128中，并伸出絕緣支座129。
外殼10是由底部、中部和頂部組成。底部如上所述被焊接在空氣外罩121上并具有較小的直徑。頂部具有保護性覆蓋件11裝在其末端，并具有較小的直徑。中部形成凸緣并具有較大的直徑。彈簧105位于中部下表面之下。頂部在圓周表面上形成螺紋106，與排氣管3中形成的傳感器安裝孔配合。彈簧105位于中部下表面與排氣管3的外壁30之間，并作為墊圈。
氣體傳感器1的一部分外壁100置于排氣管3內，即，保護性覆蓋件11的側壁具有氣體暴露表面101。外殼10底部的側壁、空氣外罩121和外空氣外罩122彼此之間共享空氣暴露表面102。
空氣外罩121和外空氣外罩122中的每一個都是由不銹鋼制成的，并且具有被氧化膜覆蓋的表面，這些覆蓋氧化膜的表面占據(jù)一部分外壁100和/或至少一部分內空氣暴露表面103。在空氣外罩121和外空氣外罩122上形成氧化膜，可以通過將空氣外罩121和外空氣外罩122置于空氣氣氛中在900℃保持5小時來實現(xiàn)。
耐熱的奧氏體不銹鋼，例如SUS310或SUS316，可以用作空氣外罩121和外空氣外罩122的材料。氧化膜使空氣外罩121和外空氣外罩122的顏色變?yōu)楹稚⑶彝庥^無光澤，從而為空氣外罩121和外空氣外罩122提供所需的輻射率。
輻射率，即具有氧化膜的空氣外罩121和外空氣外罩122的外表面發(fā)出的輻射與理想黑體輻射體在相同溫度下發(fā)出的輻射之比，為0.9或更大。具有氧化膜的空氣外罩121的內空氣暴露表面103輻射率是0.7或更大。注意，本發(fā)明中使用的輻射率，優(yōu)選地是從氣體傳感器1主體的表面的選定部分發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波(即，紅外光)的輻射與理想黑體輻射體上發(fā)出的輻射之比。
廢氣的輻射熱傳遞到保護性覆蓋件11、外殼10和下絕緣瓷13上，從而導致氣體傳感器1的溫度升高。部分熱通過內空氣暴露表面103傳遞到空氣暴露表面102，并釋放或輻射到氣體傳感器1外部。因此，增大內空氣暴露表面103和空氣暴露表面102的輻射率，導致從氣體傳感器1內部到外部的熱傳導和熱輻射增強，從而減少留在氣體傳感器1內的熱量，使氣體傳感器1內的溫度升高處于最小程度。
去水過濾器125是由四氟乙烯制成的。絕緣支座129是由碳氟橡膠制成的。
通常，汽車發(fā)動機廢氣的最大溫度約800℃。氣體傳感器1，如上所述，在使用過程中被廢氣加熱到最低300℃，最高600℃。如圖1所示位于排氣管3外部的外殼10的外圍部分A(即，凸緣)，其最高耐熱約600℃。氣體傳感器1的部分B(即，外空氣外罩122)的最高耐熱約300℃。
當置于300℃到600℃的溫度下時，氣體傳感器1的空氣暴露部分(即，外殼10，空氣外罩121，等等)通常發(fā)出波長約為3-25μm的電磁波(即，紅外光)。如果包括空氣外罩121的外表面和內空氣暴露表面103在內的空氣暴露表面102被氧化，但外觀保持發(fā)光或有光澤，并具有較低的輻射率，則將使氣體傳感器1的溫度升高到不希望出現(xiàn)的程度，如下所述，這可以導致去水過濾器125和彈性絕緣支座129的熱損壞。此實施例中氣體傳感器1的空氣外罩121如上所述表面具有氧化膜，以具有至少為0.7的輻射率，從而使氣體傳感器1內的溫度升高最小。除了氧化膜以外，空氣外罩121和/或外空氣外罩122可以至少部分覆蓋黑色涂層(如，日本Sensor Corporation生產(chǎn)的高溫黑體涂層JSC-3)，以具有0.7或更大的輻射率。
部分環(huán)繞空氣外罩121周圍的外空氣外罩122也可以是，如圖3所示，伸出到上絕緣瓷14。在此結構的氣體傳感器1中，僅有一部分空氣暴露表面102，如104所示，可以具有0.7或更大的輻射率，而其它部分可以具有小于0.7的輻射率。
空氣暴露表面102的部分104，其長度是從氣體傳感器1的底端(即，圖中所示的上端)開始沿其縱向延伸0.5H或大于0.5H，這里H是空氣暴露表面102沿氣體傳感器1縱向的整個長度。
彈性絕緣支座129和去水過濾器125的耐熱性比氣體傳感器1其它部分的低。彈性絕緣支座129，如上所述，氣密封地裝在空氣外罩121的底端。去水過濾器125置于外空氣外罩122的內部，以允許空氣進入氣體傳感器1(即，空氣環(huán)境124)。特別是，彈性絕緣支座129和去水過濾器125位于氣體傳感器1遠離熱源(即，排氣管3中的廢氣)的底端。防止彈性絕緣支座129和去水過濾器125熱損壞的理想保護是通過使從氣體傳感器1底端延伸0.5H范圍內的一部分氣體傳感器1的輻射率為0.7或更大，從而使氣體傳感器1底部的溫度升高最小來實現(xiàn)。
如上所述本發(fā)明的有益效果也可以通過僅使空氣暴露表面102和內空氣暴露表面103中的一個具有輻射率為0.7或更大來實現(xiàn)。輻射率的增大，如同已經(jīng)描述的，也可以通過在氣體傳感器1所需部分上噴涂或火焰噴涂黑色或暗褐色耐熱涂層或鐵氧體沉積物。并且，所需部分可以選擇性地火焰噴涂耐高溫的合金，例如鎳鉻合金，并接著在高溫下氧化。
我們制備了具有不同的輻射率和不同的高輻射面積的氣體傳感器1的樣品，并在氣體傳感器1內的溫度升高被減小的程度方面對樣品進行測試。
樣品No.0是基準樣品，其中空氣外罩121、外空氣外罩122和外殼10被加熱并且顏色從褐色變成暗褐色，但外觀保持有光澤。
每個樣品No.1到No.8是由三種類型組成第一種是僅有空氣暴露表面102具有選擇的輻射率，第二種是僅有內空氣暴露表面103具有選擇的輻射率，第三種是空氣暴露表面102和內空氣暴露表面103都有選擇的輻射率。
樣品No.1具有顏色為褐色并且略微有光澤。樣品No.2到5的顏色為暗褐色并且外觀無光澤的空氣外罩121、外空氣外罩122和外殼10。樣品No.6在900℃加熱5小時，從而其顏色比樣品No.2到5更深，外觀無光澤。樣品No.8的空氣外罩121、外空氣外罩122和外殼10被日本SensorCorporation生產(chǎn)的高溫黑體涂層JSC-3覆蓋。
樣品No.1、2以及6到8中每一個樣品的輻射率從其底端到頂端是均勻的，或者在空氣暴露表面102和內空氣暴露表面103上是均勻的。每個輻射率的范圍利用空氣暴露表面102的長度H表示在表中，如圖5所示。
每個樣品No.3到5在空氣暴露表面102和內空氣暴露表面103的選擇區(qū)域上的輻射率為0.7。特別是，第一類型的樣品No.3在空氣暴露表面102上、從其底端開始0.7H范圍內的區(qū)域上的輻射率為0.7。第二類型的樣品No.3在內空氣暴露表面103上、從其底端開始0.7H范圍內的區(qū)域上的輻射率為0.7。第三類型的樣品No.3同時在空氣暴露表面102和內空氣暴露表面103上、從其底端開始0.7H范圍內的區(qū)域上的輻射率為0.7。同樣地，樣品No.4在從其底端開始0.5H范圍內的區(qū)域上的輻射率為0.7。樣品No.5在從其底端開始0.3H范圍內的區(qū)域上的輻射率為0.7。
每個樣品No.1到8的輻射率，如表所示，是使用可買得到的紅外輻射率測試儀在三個不同位置上測量的輻射率的平均值。
樣品No.1到8的輻射率利用以下的方式進行測量。
首先，每個樣品，如圖4中的數(shù)字1所示，插入靜止固定板4的安裝孔41中。將固定板4加熱到其外表面40的溫度為800℃。將樣品保持在此狀態(tài)下30分鐘，使樣品基準部分42的溫度穩(wěn)定后，利用上面固定的熱電偶測量基準部分42的溫度?；鶞什糠?2位于離開樣品底端t為10mm距離的位置。從圖中看，空氣暴露表面102位于固定板4的左側，而氣體暴露表面101位于固定板4的右側?；鶞蕵悠種o.0的溫度在表中用作評價標準。每個樣品No.1到8與評價標準的溫度差利用符號A、B和C表示在表中?！癆”代表絕對值小于10℃的不可接受溫度差?！癇”代表絕對值小于15℃的可接受溫度差?！癈”代表絕對值大于15℃的高度可接受溫度差。
表中表示出，等于0.7或更大的輻射率用于按需要減小基準部分42的溫度升高。
從樣品No.2到5中還發(fā)現(xiàn)，在從氣體傳感器1的底端開始0.5H或更大范圍內更加優(yōu)選提供0.7或更大的輻射率。
下面將參考圖6到8描述本發(fā)明第二實施例的氣體傳感器1。
此實施例的氣體傳感器1在結構上與圖1和2所示的實施例完全相同，因此除了下面的描述外，將省略對其的詳細解釋。
如圖6所示，空氣外罩121由大直徑部分125、中直徑部分126和小直徑部分127形成。大直徑部分125、中直徑部分126和小直徑部分127的內徑分別為D1、D2和D3。直徑D1、D2和D3滿足D3＜D2＜D1以及(D1+D3)/2≤D2≤0.9D1。直徑D1、D2和D3分別是在部分125、126和127的垂直于氣體傳感器1縱向中心線的橫截面上，穿過橫截面的中心在部分125、126和127的內壁上徑向相對兩點之間的最大距離。
我們制備了氣體傳感器1的兩種類型樣品，并進行測試，以便評估從空氣外罩121上的熱輻射。第一類型樣品的D1為20mm，D3為10mm，但D2互不相同。第二類型樣品的D1為18mm，D3為10mm，但D2互不相同。我們按與上述第一實施例相同的方式測量第一和第二類型樣品的溫度。測試結果表示在圖8的曲線中。注意，固定板4的外表面40的溫度為800℃。
內徑D2為10mm的第一類型樣品中的一個樣品的溫度，在曲線中被當作每個第一類型樣品的評價標準。同樣地，內徑D2為10mm的第二類型樣品中的一個樣品的溫度，在曲線中被當作每個第二類型樣品的評價標準。每個第一和第二類型樣品與評價標準對應的一個樣品之間的溫度差，表示在縱軸上。
在第一類型樣品中，(D1+D3)/2為5mm。在第二類型樣品中，(D1+D3)/2是14mm。圖8的曲線表示，為了達到形成溫度差為10℃或大于10℃的熱輻射，空氣外罩121滿足如下條件是可取的(D1+D3)/2≤D2。
與第一實施例相似，空氣外罩121裝在外殼10上，通過環(huán)形盤狀彈簧141緊靠在上絕緣瓷14上?？諝馔庹?21的肩部142彈性地壓緊盤狀彈簧141，使其與上絕緣瓷14的肩部140固定接觸。將盤狀彈簧141固定在肩部140上，需要大直徑部分125與中直徑部分126之間形成一定的直徑差。我們測量了第一和第二類型樣品中的這些差值，發(fā)現(xiàn)約16mm和18mm或更大的數(shù)值，對于空氣外罩121的安裝或盤狀彈簧141分別固定在第一和第二類型樣品中的上絕緣瓷14上，是不合適的。空氣外罩121滿足條件D2≤0.9D1是可取的。
雖然為了更好地理解本發(fā)明，已經(jīng)按照優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但應該理解的是，在不偏本發(fā)明原理的條件下，本發(fā)明可以以多種方式實施。因此，本發(fā)明應該被理解成，本發(fā)明包括在不偏離如權利要求提出的本發(fā)明原理的條件下可以實施的所有可能實施例和對圖示實施例的修改。
權利要求
1.一種氣體傳感器，包括敏感元件，所述敏感元件將暴露在被測量氣體中，并且工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；以及其中安裝所述敏感元件的主體，所述主體具有外壁，所述外壁包括氣體暴露表面和空氣暴露表面，所述氣體暴露表面將暴露在被測量氣體中，所述空氣暴露表面將暴露大氣中，至少一部分所述空氣暴露表面的輻射率為0.7或更大。
2.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分空氣暴露表面的輻射率為0.85或更大。
3.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輻射率是從至少一部分空氣暴露表面上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射與在相同溫度下從理想黑體輻射體上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射之比。
4.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述主體的長度是從底端到與底端相對的頂端，頂端將被暴露在被測量氣體中，并且具有輻射率為0.7或更大的至少一部分空氣暴露表面占據(jù)外壁的面積，超過從底端起沿所述主體長度方向0.5H的范圍，這里H是所述主體的長度。
5.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分空氣暴露表面覆蓋氧化膜。
6.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分空氣暴露表面覆蓋預選的涂層。
7.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述主體還具有內壁，所述內壁包括與空氣暴露表面相對的內表面，至少一部分內表面的輻射率為0.7或更大。
8.如權利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于，所述主體的長度是從底端到與底端相對的頂端，頂端將被暴露在被測量氣體中，并且所述具有輻射率為0.7或更大的至少一部分內表面占據(jù)內壁的面積，超過從底端起沿所述主體長度方向0.5H的范圍，這里H是所述主體的長度。
9.如權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述敏感元件包括頂端部分和與頂端部分相對的底端部分，所述頂端部分將暴露在被測量氣體中，工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；并且還包括中空的圓柱形外殼，所述外殼具有靠近所述敏感元件頂端部分的頂端以及靠近所述敏感元件底端部分的底端；第一圓柱形絕緣體，所述敏感元件穿過所述第一圓柱形絕緣體，所述第一圓柱形絕緣體設置在所述外殼中，具有靠近所述敏感元件頂端部分的頂端以及靠近所述敏感元件底端部分的底端；第二圓柱形絕緣體，所述第二圓柱形絕緣體具有靠近所述敏感元件底端部分的底端以及靠近所述敏感元件頂端部分的頂端，所述第二圓柱形絕緣體的頂端設置在所述第一圓柱形絕緣體的底端上，以覆蓋所述敏感元件的底端部分；被測量氣體外罩，所述被測量氣體外罩裝在所述外殼頂端，用于覆蓋所述敏感元件的頂端部分；以及空氣外罩，所述空氣外罩裝在所述外殼底端上，用于覆蓋所述敏感元件的底端部分，所述空氣外罩將暴露在空氣中，具有靠近所述敏感元件頂端的頂端以及靠近所述敏感元件底端的底端，以及其中，所述空氣外罩包括底部、頂部、位于底部和頂部之間的中部，以及位于底部與中部之間的肩部，所述肩部通過環(huán)形盤簧緊靠在所述第二圓柱形絕緣體的底端，以形成所述第一和第二圓柱形絕緣體的連接，并且底部的直徑為D1，中部的直徑為D2，頂部的直徑為D3，直徑D1、D2和D3滿足如下條件D3＜D2＜D1以及(D1+D3)/2≤D2≤0.9D1。
10.一種氣體傳感器，包括敏感元件，所述敏感元件將暴露在被測量氣體中，并且工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；以及其中安裝所述敏感元件的主體，所述主體具有外壁，所述外壁包括氣體暴露表面和空氣暴露表面，所述氣體暴露表面將暴露在被測量氣體中，所述空氣暴露表面將暴露大氣中，所述主體還具有內壁，所述內壁包括與空氣暴露表面相對的內表面，至少一部分內表面的輻射率為0.7或更大。
11.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分的內表面的輻射率為0.85或更大。
12.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，所述輻射率是從至少一部分內壁上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射與在相同溫度下從理想黑體輻射體上發(fā)出的波長為3-25μm的電磁波的輻射之比。
13.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，所述主體的長度是從底端到與底端相對的頂端，頂端將被暴露在被測量氣體中，并且具有輻射率為0.7或更大的至少一部分內表面占據(jù)內壁的面積，超過從底端起沿所述主體長度方向0.5H的范圍，這里H是所述主體的長度。
14.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分內表面覆蓋氧化膜。
15.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，至少一部分內表面覆蓋預選的涂層。
16.如權利要求10所述的氣體傳感器，其特征在于，所述敏感元件包括頂端部分和與頂端部分相對的底端部分，所述頂端部分將暴露在被測量氣體中，工作時產(chǎn)生隨被測量氣體中特定組分濃度變化的信號；并且還包括中空的圓柱形外殼，所述外殼具有靠近所述敏感元件頂端部分的頂端以及靠近所述敏感元件底端部分的底端；第一圓柱形絕緣體，所述敏感元件穿過所述第一圓柱形絕緣體，所述第一圓柱形絕緣體設置在所述外殼中，具有靠近所述敏感元件頂端部分的頂端以及靠近所述敏感元件底端部分的底端；第二圓柱形絕緣體，所述第二圓柱形絕緣體具有靠近所述敏感元件底端部分的底端以及靠近所述敏感元件頂端部分的頂端，所述第二圓柱形絕緣體的頂端設置在所述第一圓柱形絕緣體的底端上，以覆蓋所述敏感元件的底端部分；被測量氣體外罩，所述被測量氣體外罩裝在所述外殼頂端，用于覆蓋所述敏感元件的頂端部分；以及空氣外罩，所述空氣外罩裝在所述外殼底端上，用于覆蓋所述敏感元件的底端部分，所述空氣外罩將暴露在空氣中，具有靠近所述敏感元件頂端的頂端以及靠近所述敏感元件底端的底端，以及其中，所述空氣外罩包括底部、頂部、位于底部和頂部之間的中部，以及位于底部與中部之間的肩部，所述肩部通過環(huán)形盤簧緊靠在所述第二圓柱形絕緣體的底端，以形成所述第一和第二圓柱形絕緣體的連接，并且底部的直徑為D1，中部的直徑為D2，頂部的直徑為D3，直徑D1、D2和D3滿足如下條件D3＜D2＜D1以及(D1+D3)/2≤D2≤0.9D1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高熱輻射結構的氣體傳感器。所述氣體傳感器包括暴露在被測量氣體中的敏感元件以及其中裝有敏感元件的主體。主體具有外壁，外壁包括氣體暴露表面和空氣暴露表面。氣體暴露表面將暴露在被測量氣體中。空氣暴露表面將暴露在空氣中?？諝獗┞侗砻婧蜌怏w暴露表面中至少一個表面的至少一部分，其輻射率為0.7或更大，從而提高氣體傳感器內部與外部的熱輻射性，保護耐熱差的零件受到熱損壞。
文檔編號G01N27/409GK1573326SQ20041004853
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權日2003年6月6日
發(fā)明者佐藤保幸 申請人:株式會社電裝