用于探測(cè)正在流動(dòng)的流體介質(zhì)的參數(shù)的傳感器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種傳感器裝置（110），用于探測(cè)流過流動(dòng)管（112）的流體介質(zhì)的至少一個(gè)參數(shù)，傳感器裝置包括至少一個(gè)殼體（114）和至少一個(gè)容納在所述殼體（114）中的傳感器元件（134），以及流動(dòng)管，其中所述至少一個(gè)傳感器元件用于探測(cè)所述參數(shù)。所述殼體（114）具有至少一個(gè)外部殼體（120）和至少部分地由所述外部殼體（120）環(huán)繞的至少一個(gè)內(nèi)部殼體（122），其中，至少一個(gè)間隙，尤其是至少一個(gè)環(huán)形間隙形成在所述外部殼體（120）和內(nèi)部殼體之間。所述殼體（114）形成為使得至少流體介質(zhì)的分流能夠通過至少一個(gè)入口（126）流到所述間隙中，以便達(dá)到所述傳感器元件（134）且然后通過所述內(nèi)部殼體（122）經(jīng)由至少一個(gè)出口（130）流回到所述流動(dòng)管（112）中。所述殼體（114）還具有至少一個(gè)保持元件（138）。所述殼體（114）能夠利用所述保持元件（138）連接到所述流動(dòng)管（112），其中，一部分殼體（114）伸入到所述流動(dòng)管（112）中。所述入口（126）布置在距離所述流動(dòng)管（112）的內(nèi)壁（144）一距離處。所述傳感器元件（134）布置在所述流動(dòng)管（112）外側(cè)。
【專利說明】用于探測(cè)正在流動(dòng)的流體介質(zhì)的參數(shù)的傳感器裝置
【背景技術(shù)】
[0001]從現(xiàn)有技術(shù)已知多種用于探測(cè)正在流動(dòng)的流體介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的傳感器裝置。所述正在流動(dòng)的流體介質(zhì)可以是例如氣體或者液體。本發(fā)明在下面尤其參考內(nèi)燃機(jī)的廢氣進(jìn)行描述，例如汽車的排氣系統(tǒng)中。然而，原則上其它用途也是可能的。至少一個(gè)待探測(cè)的參數(shù)例如可以是物理參數(shù)和/或化學(xué)參數(shù)。例如，它可以是流動(dòng)參數(shù)，例如流體介質(zhì)的流速、質(zhì)量流量或者體積流量。然而，特別優(yōu)選的是，至少一個(gè)待探測(cè)的參數(shù)包含或者是至少一個(gè)分量，即例如百分比和/或分壓，流體介質(zhì)的至少一種組分，如氣體組分。例如，可以探測(cè)質(zhì)量和/或數(shù)量的所述至少一個(gè)分量可以是氧氣和/或氮?dú)夂?或氧化氮和/或至少一種碳?xì)浠衔?。一般來說，探測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)例如是至少一種氣體組分的分量。
[0002]可探測(cè)氣體(尤其是廢氣)中至少一種氣體組分的一個(gè)分量的傳感器裝置，稱作入-傳感器，因而一般的傳感器元件使用至少一種固體電解質(zhì)材料，優(yōu)選至少一種陶瓷固體電解質(zhì)材料為基礎(chǔ)，并且如同Robert Bosch Gmbh (羅伯特?博世股份有限公司):汽車中的傳感器，1、廢氣2010，第160-165頁所述。然而，本發(fā)明還可用于多個(gè)其它種類的待探測(cè)參數(shù)和/或其它種類的傳感器裝置。在DE102006060312A1，DE102007040726A1和DE102008041038A1中也描述了傳感器裝置，它們?cè)诒景l(fā)明的框架下原則上可以被修改后使用。進(jìn)一步地，所謂化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管也可作為傳感器元件應(yīng)用在傳感器裝置中。例如，在汽車技術(shù)中使用的這種化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管是在H.Wingbrant:Studies ofMISiC-FET Sensors for Car Exhaust Gas Monitoring, Linkoping Studies in Science
and Technology,Dissertation N0.931, Seiten51bis57, Linkoping 2005,oder in
H.Wingbrant et al:Using a MISiC-FET Sensor for Detecting NH3in SCR Systems, IEEESensors Journal, Vol. 5, N0.5.0ctober2005, Seitenl099bisll05 (H.Wingbrant:用于轎
車廢氣監(jiān)測(cè)的MISiC-FET傳感器的研究，LinkSping科技研究，專題論文N0.931，第51-57頁，Linkoping 2005，或者H.Wingbrant等:用于探測(cè)NH3的MISiC-FET傳感器在SCR系統(tǒng)中的應(yīng)用，IEEE傳感器期刊，第5卷，第5期，2005年10月，第1099-1105頁)所描述的。
[0003]在許多實(shí)際傳感器裝置，例如廢氣傳感器中使用的廢氣傳感器例如可以電加熱和例如可以用陶瓷構(gòu)成。這些傳感器裝置例如可以通過與廢氣流直接接觸的一個(gè)或多個(gè)金屬保護(hù)管至少部分地屏蔽，如同在現(xiàn)有技術(shù)中所描述的。所述保護(hù)管的主要任務(wù)是限制廢氣流流過所述傳感器元件；阻止廢氣系統(tǒng)中的冷凝水靠近傳感器元件，即尤其是防止水沖擊到熱陶瓷上，這可能導(dǎo)致所述傳感器元件破裂；保證足夠大的探頭動(dòng)態(tài)性能(所述傳感器元件附近的氣體快速交換)和保護(hù)所述傳感器元件滿足機(jī)械負(fù)荷，例如在安裝時(shí)。然而，對(duì)保護(hù)管的該要求是部分可逆的。因而高的動(dòng)態(tài)性能通常只通過足夠大的流動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)，然而，水被輸送到傳感器元件是極為可能的并且同時(shí)通過冷廢氣提高了冷卻作用。一部分通?？v向設(shè)計(jì)的傳感器元件在實(shí)際傳感器中一般位于所述廢氣管內(nèi)部腔室中。因而，希望一種能夠保證足夠大的動(dòng)態(tài)性能同時(shí)具有高的耐用性和防止水沖擊作用的傳感器裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，為了克服已知傳感器裝置的技術(shù)挑戰(zhàn)，本發(fā)明提出了一種用于探測(cè)正在流過流動(dòng)管的流體介質(zhì)的至少一個(gè)參數(shù)的傳感器裝置。關(guān)于流體介質(zhì)的可能布置和至少一個(gè)可以探測(cè)的質(zhì)量和/或數(shù)量的探測(cè)參數(shù)，可參照上面的描述。所述流體介質(zhì)可尤其沿著主流動(dòng)方向流過所述流動(dòng)管。主流動(dòng)方向在這里理解為流體介質(zhì)在流動(dòng)管中質(zhì)量輸送的主方向。局部偏離這個(gè)主流動(dòng)方向在這里可能也許被忽略，例如，局部渦流等。所述主流動(dòng)方向原則上在運(yùn)行中也可以是可逆的。正在流動(dòng)的流體介質(zhì)能夠尤其包括氣體介質(zhì)，尤其是內(nèi)燃機(jī)的廢氣。
[0005]所述傳感器裝置包括至少一個(gè)殼體和至少一個(gè)至少部分地容納在所述殼體中的傳感器元件，所述傳感器元件用于探測(cè)至少一個(gè)參數(shù)。殼體在這里一般理解為一個(gè)這樣的元件，它具有至少一個(gè)內(nèi)部腔室，在這種情況下，用于容納所述至少一個(gè)傳感器元件的至少一個(gè)內(nèi)部腔室，并且優(yōu)選成保證至少對(duì)機(jī)械負(fù)荷的保護(hù)作用。例如，所述殼體至少部分地由剛性材料制成，例如在將所述殼體固定在所述流體介質(zhì)的流動(dòng)管中，在通常的力作用下，例如在通常的螺栓連接力作用下不引起變形。所述殼體能夠例如完全或者部分地由一種金屬材料和/或塑料材料制成。
[0006]在本發(fā)明情況下，傳感器元件理解為這樣的一個(gè)元件，它布置成用于探測(cè)至少一個(gè)質(zhì)量和/或數(shù)量的參數(shù)，并且形成一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。例如，所述至少一個(gè)傳感器元件可包括至少一個(gè)傳感器芯片。如下面詳細(xì)闡述的，所述傳感器元件可尤其包括至少一個(gè)ChemFET，例如根據(jù)上面所述的現(xiàn)有技術(shù)已知的。所述傳感器元件一般可包括例如至少一個(gè)傳感器表面，其中所述傳感器元件可容納在所述殼體中，以至于所述傳感器表面可用流體介質(zhì)加載。所述傳感器元件尤其可以是一個(gè)在非常小的結(jié)構(gòu)空間上的微型構(gòu)件，例如具有小于2立方厘米的結(jié)構(gòu)空間，尤其是小于I立方厘米并且特別優(yōu)選地，小于0.5立方厘米。特別地，所述微型構(gòu)件可以是立方體形狀的微型構(gòu)件。
[0007]所述殼體具有至少一個(gè)外部殼體和至少一個(gè)由外部殼體至少部分地圍繞的內(nèi)部殼體。在所述外部殼體和內(nèi)部殼體之間設(shè)置至少一個(gè)間隙，尤其是至少一個(gè)環(huán)形間隙。如果沒有限制，其它可能的構(gòu)型后面尤其參考作為至少一個(gè)環(huán)形間隙的構(gòu)型。所述殼體構(gòu)造成使所述流體介質(zhì)的至少一個(gè)分流可通過至少一個(gè)入口流入到所述間隙中，即所述流動(dòng)管流到所述間隙中并因而流到所述殼體中，以到達(dá)所述傳感器元件。所述殼體進(jìn)一步構(gòu)造成所述分流可接著流過所述內(nèi)部殼體，通過至少一個(gè)出口，流回到所述流動(dòng)管中。
[0008]所述殼體還具有至少一個(gè)保持元件。所述殼體利用所述保持元件而可與所述流動(dòng)管連接，其中一部分殼體伸入到所述流動(dòng)管中。所述入口以與所述流動(dòng)管的內(nèi)壁間隔開地布置，其中所述傳感器元件布置在所述流動(dòng)管外部。
[0009]所述殼體因而利用所述保持元件而可與所述流動(dòng)管連接。為此目的，所述流動(dòng)管例如能夠具有至少一個(gè)開口，其中，所述殼體全部或者部分地通過該開口伸入到所述流動(dòng)管中。所述殼體可利用所述保持元件固定在所述流動(dòng)管中，其方式例如是所述殼體利用保持元件可相對(duì)于所述流動(dòng)管固定就位或者取向，其中可以以一維、二維或三維方式固定。保持元件一般理解為可使所述殼體和流動(dòng)管之間連接的元件。這個(gè)連接可以是例如力鎖合和/或形狀鎖合和/或材料鎖合連接。例如，所述保持元件可包括至少一種螺紋。例如，所述殼體的至少一個(gè)保持元件與所述流動(dòng)管的至少一個(gè)元件可協(xié)作，例如利用反向螺紋。因此，例如不僅所述殼體，而且所述流動(dòng)管可分別具有至少一種螺紋，從而所述殼體優(yōu)選可固定在所述流動(dòng)管中。備選地或者附加地，所述保持元件例如包括一個(gè)簡(jiǎn)單的接觸面，所述殼體利用所述接觸面緊貼到所述流動(dòng)管上。例如，所述殼體可包括臺(tái)肩，例如設(shè)置在所述殼體上的環(huán)形邊緣，當(dāng)所述殼體插入或者放入到所述流動(dòng)管中時(shí)，它貼靠在所述流動(dòng)管上以限制插入或放入的深度。一般地，所述保持元件可構(gòu)造成使所述殼體相對(duì)于所述流動(dòng)管定位成至少一維，例如在垂直于所述主流動(dòng)方向的方向上和/或垂直于所述流動(dòng)管的管軸線。因此，如上所述，所述殼體例如可相對(duì)于所述流動(dòng)管定位，以使所述殼體始終以相同的深度伸入到所述流動(dòng)管中。所述保持元件因此與至少一個(gè)流動(dòng)管側(cè)保持元件協(xié)作。
[0010]如上所述，所述殼體具有至少一個(gè)外部殼體和至少一個(gè)由外部殼體至少部分地圍繞的內(nèi)部殼體。例如，所述外部殼體和/或內(nèi)部殼體構(gòu)造為至少部分管形的，從而接著，在沒有限制的條件下，可能的其它構(gòu)型，在參照外部殼體時(shí)也可以是外部管，在參照內(nèi)部殼體也可以是內(nèi)部管。所述外部殼體可例如環(huán)形地圍繞所述內(nèi)部殼體。在所述外部殼體和內(nèi)部殼體之間設(shè)置所述間隙，尤其是環(huán)形間隙，所述間隙優(yōu)選圍繞整個(gè)內(nèi)部殼體或者僅部分地圍繞所述內(nèi)部殼體延伸，優(yōu)選所述內(nèi)部殼體的至少80%。所述環(huán)形間隙可例如至少部分地圍繞所述內(nèi)部殼體。
[0011]所述殼體構(gòu)造成使所述流體介質(zhì)流入到所述間隙中，以便到達(dá)所述傳感器元件并且接著流過所述內(nèi)部殼體流回到所述流動(dòng)管中。例如，所述內(nèi)部殼體可具有至少一個(gè)內(nèi)部腔室，例如設(shè)計(jì)為近似圓錐形的內(nèi)部腔室，所述流體介質(zhì)通過所述內(nèi)部腔室流回到所述流動(dòng)管中。例如，所述流體介質(zhì)可在軸向方向上流入到所述環(huán)形間隙中以到達(dá)所述傳感器元件，并且接著又在軸向方向的逆方向上流過所述內(nèi)部腔室，流回到所述流動(dòng)管中。軸向方向在這里一般理解為平行于所述傳感器裝置的軸的方向。例如，所述傳感器裝置可構(gòu)成為近似圓柱形的，以使所述軸能夠是例如所述殼體的旋轉(zhuǎn)軸和/或所述殼體的一部分。例如，所述殼體可固定在所述流動(dòng)管中，尤其利用所述保持元件，以使所述軸構(gòu)成為基本上垂直于所述主流動(dòng)方向，其中，所述主流動(dòng)方向例如可平行于所述流動(dòng)管的旋轉(zhuǎn)軸取向。在本發(fā)明的情況下，基本上垂直或者基本上平行一般理解為偏離垂直方向或者平行方向不大于30°，優(yōu)選不大于15°且特別地不大于5°和特別優(yōu)選地，0°。
[0012]所述流動(dòng)管可具有例如30毫米至150毫米的直徑，例如從50毫米到100毫米的直徑和特別優(yōu)選70毫米的流動(dòng)管橫截面。因此，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，廢氣系統(tǒng)的橫截面可設(shè)計(jì)為不同。通常的管直徑在PKW時(shí)為30毫米到100毫米。在NKW范圍中，所述直徑一般為100毫米到150毫米。然而，其它直徑也是可能的。所述流體介質(zhì)，尤其是廢氣，可以以例如平均流速I到300米/秒或者甚至以高于300米/秒的流速流過所述流動(dòng)管，例如可以2到7米/秒的流速流動(dòng)。所述流速可又依賴于例如所述廢氣系統(tǒng)的橫截面和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。
[0013]為了避免上述問題，在本發(fā)明情況下尤其提出所述殼體設(shè)計(jì)成所述入口與所述流動(dòng)管的內(nèi)壁間隔開地布置。所述保持元件尤其布置成使所述入口與所述內(nèi)壁間隔至少3毫米，特別地至少5毫米。例如，所述入口與內(nèi)壁間隔3毫米到20毫米，特別是5毫米到15毫米且特別優(yōu)選地10毫米。所述保持元件還可布置成所述出口與所述入口相比與所述內(nèi)壁間隔得遠(yuǎn)。特別地，所述出口與內(nèi)壁隔開至少5毫米，優(yōu)選至少10毫米。特別地，所述出口與內(nèi)壁間隔8毫米到30毫米，例如是10毫米到20毫米且特別優(yōu)選地15毫米。[0014]所述保持元件因而可例如布置成限定所述傳感器裝置的位于流動(dòng)管內(nèi)部的部分和所述傳感器裝置的位于流動(dòng)管外部的部分。所述傳感器元件布置在外部部分中，尤其用于冷卻所述傳感器元件。所述傳感器元件相對(duì)于所述流動(dòng)管的內(nèi)壁的距離可尤其是至少20毫米，優(yōu)選至少30毫米和特別優(yōu)選地至少40毫米。所述傳感器裝置和特別是所述殼體可尤其包括至少一個(gè)布置在所述流動(dòng)管外部的散熱器，尤其是一個(gè)具有至少一個(gè)散熱片的散熱器。例如，也可設(shè)置至少一個(gè)散熱片，同時(shí)用作輻射防護(hù)板。
[0015]所述傳感器裝置還可包括至少一個(gè)加熱元件。例如，所述至少一個(gè)加熱元件包括至少一個(gè)發(fā)熱元件。進(jìn)一步地，所述傳感器裝置具有例如至少一個(gè)溫度控制器和/或至少一個(gè)溫度調(diào)節(jié)器。所述至少一個(gè)加熱元件和優(yōu)選所述至少一個(gè)溫度控制器或溫度調(diào)節(jié)器尤其能夠被布置，以便調(diào)整，尤其是控制或調(diào)節(jié)所述傳感器元件的溫度。
[0016]所述傳感器裝置還可包括至少一個(gè)過濾元件，其中可設(shè)置例如至少一個(gè)過濾元件，從下面的組中選擇:化學(xué)過濾器，催化器，流動(dòng)技術(shù)措施，例如水滴分離器和/或微粒分離器。
[0017]本發(fā)明的另一方面提出一種傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有一個(gè)根據(jù)上面或后面所述構(gòu)型的傳感器裝置以及至少一個(gè)流動(dòng)管，其中，所述傳感器裝置利用所述保持元件而與所述流動(dòng)管連接。例如，如上所述，所述傳感器系統(tǒng)通過所述流動(dòng)管中的至少一個(gè)開口伸入到所述流動(dòng)管內(nèi)部。對(duì)于所述傳感器系統(tǒng)的又一可能的構(gòu)型，可參照上述傳感器裝置。
[0018]在前面或后面詳細(xì)地闡述的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)型中所提出的傳感器裝置和傳感器系統(tǒng)相對(duì)于已知的傳感器裝置和傳感器系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，這個(gè)特別地具有新的傳感器元件的傳感器裝置可用作廢氣傳感器，其中，所述傳感器元件例如作為微型構(gòu)件以立方體的形狀構(gòu)造在非常小的結(jié)構(gòu)空間上。這種傳感器元件例如在DE102007040726A1所描述的。利用所提出的傳感器裝置良好地滿足典型的主輸送結(jié)構(gòu)對(duì)這種傳感器元件的遮蔽。該主輸送結(jié)構(gòu)尤其組成為使所述傳感器元件的工作溫度低于實(shí)際傳感器的溫度，優(yōu)選在最高廢氣溫度以下。例如，所述傳感器元件的典型工作溫度是300°C，而典型的廢氣溫度根據(jù)安裝位置例如在700°C到瞬間1000°C或者甚至持續(xù)達(dá)到1000°C。在運(yùn)行中，所述傳感器元件可持續(xù)用電加熱，例如利用加熱元件，并且所述溫度在這里可以進(jìn)行調(diào)整。所述廢氣溫度例如能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工況時(shí)位于所述傳感器元件的最高工作溫度以下。在以前的傳感器元件的情況下一般必須達(dá)到最低溫度。在許多情況下，更高的氣體溫度對(duì)于傳感器元件而言是不嚴(yán)重的，在更低加熱效率要求的意義上來講是希望的。進(jìn)一步地，利用所提出的傳感器裝置也滿足一般傳感器裝置對(duì)動(dòng)態(tài)性能的要求。因此，利用所述傳感器裝置實(shí)現(xiàn)將所述流體介質(zhì)，尤其是氣體至少大約不減速地輸送到傳感器元件。然而，所提出的傳感器裝置關(guān)于防止水滴和微粒撞擊以及關(guān)于防止例如通過煙灰污染的要求是特別有利的。
[0019]通過所述傳感器元件布置在所述流動(dòng)管外部空間以及可選的所述殼體適當(dāng)?shù)膸缀涡螤羁杀ＷC所述傳感器元件被供給足夠量的流體介質(zhì)。進(jìn)一步地，所述流體介質(zhì)也可在它到傳感器元件的路徑上被冷卻例如通過上述至少一個(gè)散熱器，例如通過散熱片(散熱器或散熱片在所述流動(dòng)管外側(cè)布置在所述殼體外側(cè)上)，以可冷卻所述入口和傳感器元件之間的流動(dòng)路徑。然而，不具有散熱片的構(gòu)型原則上也是可能的。
[0020]利用所提出的傳感器裝置同時(shí)還滿足許多要求，具有進(jìn)一步依據(jù)廢氣傳感器的已知?dú)んw幾何形狀的結(jié)構(gòu)原理。由此實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約以及可以使用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，例如只需對(duì)已知的殼體幾何形狀做比較小的機(jī)械修改。本發(fā)明還能夠從所述流動(dòng)管的主流中抽取流體介質(zhì)，例如廢氣的分流，并且優(yōu)選在到達(dá)傳感器元件的安裝位置的路徑上進(jìn)行冷卻。因此，所述流體介質(zhì)，例如廢氣，優(yōu)選在每個(gè)工況在達(dá)到傳感器時(shí)具有低于傳感器的實(shí)際工作溫度的溫度。進(jìn)一步地，所抽取的流體介質(zhì)，例如廢氣，以大的速度朝向所述殼體中傳感器元件的安裝位置進(jìn)給，以獲得可保證測(cè)量濃度變化的足夠的動(dòng)態(tài)性能。另一優(yōu)點(diǎn)是利用根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置，能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)所述氣體抽取的不依賴于傳感器相對(duì)于的旋轉(zhuǎn)角的功能。特別地，所述入口能夠設(shè)計(jì)成使所述入口全部和/或部分地環(huán)形地圍繞所述內(nèi)部殼體和/或出口。所述傳感器裝置能夠構(gòu)造成使所述傳感器裝置的功能至少盡可能不依賴于所述傳感器裝置圍繞所述傳感器裝置的軸旋轉(zhuǎn)。
[0021]進(jìn)一步地，在實(shí)際測(cè)量前還可對(duì)抽取的流體介質(zhì)進(jìn)行過濾和/或預(yù)處理。為此目的，如上所述，可設(shè)置例如一個(gè)或多個(gè)過濾元件。該至少一個(gè)過濾元件可布置在例如所述入口和傳感器元件之間的間隙中。例如，在這里可進(jìn)行化學(xué)過濾和/或催化。備選地或補(bǔ)充地，在傳感器元件上出現(xiàn)水滴和/或微粒的雜質(zhì)之前，可采用用于水滴分離和/或微粒分離的流動(dòng)技術(shù)措施。
[0022]如上所述，所述傳感器裝置可包括一個(gè)具有保護(hù)管(B卩外部管和內(nèi)部管)的殼體，其中，所述殼體的幾何形狀可實(shí)施為鑒于上述要求，能夠優(yōu)化傳感器元件的入流，例如半導(dǎo)體傳感器。例如，所述傳感器元件可包含至少一個(gè)半導(dǎo)體傳感器，用于測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)廢氣中一種或多種不同氣體的濃度。
[0023]上述保持元件可例如包括至少一個(gè)臺(tái)肩，它設(shè)置為貼靠在流動(dòng)管上。所述傳感器裝置可包含一個(gè)流動(dòng)導(dǎo)向器，分支出的分流在幾何形態(tài)上從所述流動(dòng)管，例如廢氣管引導(dǎo)出，并且例如在與所述廢氣管的外壁的間隔最大的位置轉(zhuǎn)向，以引導(dǎo)通過所述傳感器元件和接著流回到所述流動(dòng)管中。
[0024]從通過流動(dòng)管的主流中(例如從主廢氣流中)抽取分流的工作模式,可尤其根據(jù)現(xiàn)有λ探測(cè)的已知的原理實(shí)現(xiàn)。所述探頭殼體的保護(hù)管可包括用于廢氣的入口和出口。在至少一個(gè)入口附近可例如通過止流區(qū)域，例如形式為垂直于主氣體流取向的保護(hù)管部分，引起隨著流動(dòng)中靜壓力的增加而使流動(dòng)減速。同時(shí)，通過安裝所述傳感器裝置縮小所述流動(dòng)管的自由橫截面，尤其是廢氣管的橫截面，實(shí)現(xiàn)在出口區(qū)域中流動(dòng)的加速度和因而流動(dòng)中靜壓力下降。所述止流區(qū)域和最窄橫截面之間的壓力差可形成一個(gè)穿流所述傳感器裝置的推動(dòng)力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]從在圖1和2中所示意性地示出的優(yōu)選實(shí)施例的下述說明中得到本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和特征。在附圖中示出:
[0026]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的實(shí)施例；和
[0027]圖2示出在已安裝狀態(tài)下按照?qǐng)D1的根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置與流動(dòng)管。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在圖1中以截面圖示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置110，用于探測(cè)流過流動(dòng)管(用附圖標(biāo)記112表示)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)參數(shù)。圖2以透視圖示出傳感器裝置110處于安裝在流動(dòng)管112，下文也稱作廢氣管中的狀態(tài)。接著一起參考這兩個(gè)附圖。傳感器裝置110和流動(dòng)管112形成傳感器系統(tǒng)111的共有構(gòu)件。
[0029]傳感器裝置110包括殼體114，殼體114通過開口 116基本上垂直于流動(dòng)管112中流體介質(zhì)的主流動(dòng)方向118地伸入到流動(dòng)管112中。殼體114具有外部殼體120和內(nèi)部殼體122。外部殼體120環(huán)形地圍繞內(nèi)部殼體122，從而在外部殼體120和內(nèi)部殼體122之間構(gòu)成環(huán)形間隙124。在外部殼體120的上側(cè)，即在外部殼體120優(yōu)選最遠(yuǎn)地伸入到流動(dòng)管122中的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置入口 126，入口 126例如環(huán)形地圍繞內(nèi)部殼體122。在入口 126的區(qū)域中構(gòu)造，如上所述，止流區(qū)域128。進(jìn)一步地，在內(nèi)部殼體122最遠(yuǎn)地伸入到流動(dòng)管112中并且例如設(shè)計(jì)為圓錐形的上端部上設(shè)置出口 130。在這個(gè)區(qū)域中構(gòu)造，如上所述，低壓區(qū)域132。
[0030]所述流體介質(zhì)或者流體介質(zhì)的從流動(dòng)管112的主流分支出的分流能夠在入口 126流入到環(huán)形間隙124中，在圖1中用箭頭表示，在傳感器裝置110的軸向方向上穿流，在最下端轉(zhuǎn)向并且到達(dá)傳感器元件134。關(guān)于該傳感器元件134的可能構(gòu)型，可參照例如上面的說明。所述分流可例如在從入口 126到傳感器元件134的路徑上例如通過一個(gè)或多個(gè)在圖1中未詳細(xì)示出的、在流動(dòng)管112外部的外側(cè)上的散熱器冷卻。所述分流能夠例如溢流到傳感器元件134的至少一個(gè)測(cè)量表面136。接著，所述分流又轉(zhuǎn)向，并且沿著軸向逆向穿流所述內(nèi)部腔室122，并且在出口 130又從殼體114流出。所述分流的流動(dòng)一起被流過位于止流區(qū)域128和低壓區(qū)域132之間的壓力差所驅(qū)動(dòng)。
[0031]殼體114包括至少一個(gè)保持元件138。保持元件一般理解為連接元件,它布置成連接殼體114與流動(dòng)管112。在所示的實(shí)施例中，保持元件138例如包括臺(tái)肩140,臺(tái)肩140位于流動(dòng)管112的外側(cè)142上。臺(tái)肩140能夠例如力鎖合和/或材料鎖合和/或形狀鎖合地連接流動(dòng)管112。因此，可設(shè)置至少一種螺紋。然而，原則上也可以是其它構(gòu)型。在本發(fā)明情況下，臺(tái)肩一般理解為任意的止擋，它引起傳感器裝置110相對(duì)于流動(dòng)管112的定位，尤其是插入深度的限制。
[0032]保持元件138的尺寸選定為傳感器元件134布置在流動(dòng)管112外部，尤其是流動(dòng)管112內(nèi)部區(qū)域的外部。例如，流動(dòng)管112的內(nèi)壁114和入口 126之間的距離在圖1中用(I1表示，大小為3毫米到20毫米，特別是5毫米到15毫米，特別優(yōu)選為10毫米。入口 126和流動(dòng)管112的外側(cè)142之間的距離d2比距離Cl1大例如從2到10毫米，特別是從3到7毫米和特別優(yōu)選10毫米。根據(jù)流動(dòng)管112的實(shí)例，距離d2也可以不同地設(shè)計(jì)。例如，在這個(gè)實(shí)施例或也在另一實(shí)施例中，流動(dòng)管112例如簡(jiǎn)單的廢氣管，的典型壁厚(Cl2-Cl1)為從I毫米到10毫米，特別是從2毫米到3毫米。特別是在雙壁、空氣間隙隔離的廢氣系統(tǒng)中還可設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)板，例如每個(gè)板的板厚為從I到5毫米，特別是2毫米，并且空氣間隙為從例如I毫米到10毫米，特別是2毫米到5毫米。內(nèi)壁144和傳感器元件134的例如測(cè)量表面136之間的距離d3可例如至少20毫米，優(yōu)選至少30毫米和特別優(yōu)選至少40毫米。例如，這個(gè)距離為20到60毫米。
[0033]在根據(jù)圖1和2所示的布置中從主氣體流分流的分流措施的工作模式可例如根據(jù)已知的λ探頭原理(如根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù))進(jìn)行。因此，如上所述，止流區(qū)域128的形式構(gòu)造為在入口 126的與主流動(dòng)方向188逆向側(cè)上的高壓區(qū)域。低壓區(qū)域132由于流動(dòng)管112的縮小的自由橫截面構(gòu)成。例如，流動(dòng)管112具有上述的橫截面，例如圖2中的從30毫米到150毫米，尤其是從50毫米到100毫米的內(nèi)直徑D。
[0034]與上述現(xiàn)有技術(shù)相反，在按照?qǐng)D1和2所示的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)型中，縮小的自由橫截面優(yōu)選明顯更大，并因進(jìn)而得到止流區(qū)域128和低壓區(qū)域132之間更大的壓力差。這引導(dǎo)更大的分支質(zhì)量分流，導(dǎo)致傳感器裝置110更快的響應(yīng)時(shí)間和因而提高的動(dòng)態(tài)性能。與現(xiàn)有技術(shù)相反，通過外部殼體120的升起到流動(dòng)管112內(nèi)部區(qū)域中的側(cè)壁，阻止雜質(zhì)，例如水的引入，水作為流動(dòng)管112 (例如廢氣管)的內(nèi)壁144上的壁膜可沿著內(nèi)壁144輸送。因此，這個(gè)幾何形狀的構(gòu)型對(duì)于水撞擊到傳感器元件134上是更堅(jiān)固的。
[0035]關(guān)于傳感器元件134的安裝位置的最大氣體溫度和關(guān)于動(dòng)態(tài)性能的起動(dòng)行為的要求的優(yōu)化在實(shí)踐中結(jié)合稱作溫度-動(dòng)態(tài)性能剪切的逆向行為。高的動(dòng)態(tài)性能例如通過大的質(zhì)量分流獲得，供給新鮮氣體，用于殼體114的殼體體積的快速清洗。然而在高的氣體溫度時(shí)，更高質(zhì)量流被同時(shí)用于高對(duì)流熱焓輸送而供給到殼體114中，并因而在傳感器元件134上引起高的氣體溫度。為了對(duì)傳感器元件134加熱，設(shè)置例如至少一個(gè)加熱元件146，尤其是至少一個(gè)激活的加熱元件146,在圖1中僅隱含地示出。例如,加熱元件146可包括至少一個(gè)發(fā)熱元件和/或至少一個(gè)冷卻元件。例如，可設(shè)置電阻加熱器和/或電阻冷卻器。進(jìn)一步地，可設(shè)置溫度控制器，尤其是一個(gè)溫度調(diào)節(jié)器。為了使氣體在它的朝向傳感器元件138的傳感器位置的路徑上降低氣體溫度，優(yōu)選地，能夠盡可能強(qiáng)化地接觸冷卻的表面，以便能夠使氣體和殼體114之間熱交換。通過擴(kuò)大從傳感器元件128的安裝位置到內(nèi)壁144和/或外側(cè)142的距離實(shí)現(xiàn)熱傳遞表面的擴(kuò)大和殼體溫度的降低。
[0036]圖1和2所示的傳感器裝置110和傳感器系統(tǒng)111可尤其使用在內(nèi)燃機(jī)的排氣管中。特別優(yōu)選地，使用在汽車中。
【權(quán)利要求】
1.用于探測(cè)流過流動(dòng)管(112)的流體介質(zhì)的至少一個(gè)參數(shù)的傳感器裝置(110)，包括至少一個(gè)殼體(114)和至少一個(gè)傳感器元件(134)，所述傳感器元件(134)容納在殼體(114)中且用于探測(cè)所述參數(shù)，其中，所述殼體具有至少一個(gè)外部殼體(120)和至少一個(gè)由所述外部殼體(120)至少部分地圍繞的內(nèi)部殼體(122)，其中，在所述外部殼體(120)和內(nèi)部殼體(122)之間形成至少一個(gè)間隙，尤其是至少一個(gè)環(huán)形間隙(124)，其中，所述殼體(114)構(gòu)造成使所述流體介質(zhì)的至少一個(gè)分流能通過至少一個(gè)入口(126)流入到所述間隙中，以便到達(dá)所述傳感器元件(134)和接著穿過所述內(nèi)部殼體(122)通過至少一個(gè)出口(130)流回到所述流動(dòng)管(112)中，其中，所述殼體(114)還具有至少一個(gè)保持元件(138)，其中所述殼體(114)利用所述保持元件(138)而可與所述流動(dòng)管(112)連接，其中一部分所述殼體(114)伸入到所述流動(dòng)管(112)中，其中，所述入口(126)與所述流動(dòng)管(112)的內(nèi)壁(144)間隔開地布置，其中，所述傳感器元件(134)布置在所述流動(dòng)管(112)外部。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述保持元件(138)布置成所述入口(126)與所述內(nèi)壁(144)間隔至少3毫米，特別是至少5毫米。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述保持元件(138)布置成所述入口( 126)與所述內(nèi)壁(144)間隔3暈米到20暈米,特別是5暈米到15毫米，特別優(yōu)選地10毫米。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述保持元件(138)布置成所述出口( 130)與所述入口( 126)相比與所述內(nèi)壁(144)間隔得遠(yuǎn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述保持元件(138)布置成所述出口( 130)與所述內(nèi)壁(144)間隔至少5暈米,特別是至少10暈米。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述保持元件(138)布置成所述出口( 130)與所述內(nèi)壁(144)間隔8暈米到30暈米,特別是10暈米到20毫米，特別優(yōu)選地15毫米。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述傳感器元件(134)到內(nèi)壁(144)的距離為至少20毫米，優(yōu)選至少30毫米，和特別優(yōu)選地至少40毫米。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述傳感器裝置(110)具有至少一個(gè)布置在所述流動(dòng)管(112)外部的散熱器，所述散熱器具有至少一個(gè)散熱片。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述傳感器裝置(110)包括至少一個(gè)加熱元件(146)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)，其特征在于，所述傳感器裝置(110)包括至少一個(gè)過濾元件。
11.傳感器系統(tǒng)，包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置(110)和至少一個(gè)流動(dòng)管(112)，其中，所述傳感器裝置(110)利用所述保持元件(138)而與所述流動(dòng)管(112)連接。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK103492873SQ201280020282
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月29日
【發(fā)明者】A·馬丁, M·席林, R·菲克斯, M·布呂克, T·維爾茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司