用于感測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)特性的傳感器裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]從現(xiàn)有技術(shù)已知用于感測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)特性的傳感器裝置，所述流體介質(zhì)優(yōu)選是氣體。屬于此類的傳感器裝置具有至少一個(gè)傳感器元件，所述傳感器元件用于感測(cè)氣體的至少一個(gè)參數(shù)、尤其是內(nèi)燃機(jī)廢氣的至少一個(gè)特性，例如廢氣的組成部分的含量，尤其氧氣含量、氮氧化物含量和/或氣態(tài)碳?xì)浠衔锏暮??？捎眠@類傳感器裝置感測(cè)的其它特性例如是流體介質(zhì)的顆粒加載、溫度和/或壓力。這類傳感器裝置尤其能夠是λ探頭(或稱氧氣傳感器)A探頭優(yōu)選被使用在內(nèi)燃機(jī)的排氣系中，主要用于感測(cè)廢氣中的氧氣分壓。例如在康拉德奈夫(Konrad Reif)編寫的“機(jī)動(dòng)車中的傳感器(Sensoren imKraftfahrzeug)” ,Springer Vieweg出版社2012年第二版(2.Auf lage)，第160至 165頁中描述了 λ探頭。
[0002]這類傳感器裝置尤其在它的廢氣側(cè)尖端具有突出到廢氣流中的保護(hù)殼體。所述保護(hù)殼體不僅用于針對(duì)安裝時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)，也針對(duì)由于排氣裝置中出現(xiàn)的顆粒造成的機(jī)械負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)，以有目標(biāo)地引導(dǎo)傳感器裝置內(nèi)的流體介質(zhì)向位于該傳感器裝置中的傳感器元件流動(dòng)；以及用于保護(hù)所述傳感器元件免受廢氣中冷凝液影響且免受與此相關(guān)的傳感器元件溫度突變。尤其當(dāng)由廢氣流形成冷凝液滴并且沉降到熱的陶瓷傳感器元件上時(shí)，發(fā)生所謂的“溫度突變”，由此在該傳感器元件的表面上產(chǎn)生局部溫度差，該局部溫度差能夠?qū)е略搨鞲衅髟械母叩臒岣袘?yīng)應(yīng)力，該高的熱感應(yīng)應(yīng)力可能最終引起該傳感器元件受損或甚至毀壞。所述保護(hù)殼體通常構(gòu)型為使在排氣裝置中出現(xiàn)的傳感器裝置液體負(fù)荷盡可能地降低到直到露點(diǎn)端點(diǎn)(Taupunktende)為止對(duì)傳感器元件都沒有損害的量。為了還進(jìn)一步地保護(hù)傳感器元件免受溫度突變影響，傳感器元件優(yōu)選附加地設(shè)有用于隔熱和/或用于液體接合的涂層。在此特別有利的是:所述涂層具有陶瓷成分，尤其氧化鋁成分。
[0003]但是在許多情況下對(duì)于保護(hù)殼體的要求都是矛盾的。在實(shí)際中尤其存在針對(duì)溫度突變的強(qiáng)保護(hù)方面的要求與傳感器裝置高動(dòng)態(tài)性方面的要求之間的目標(biāo)沖突。這尤其意味著，保護(hù)殼體上的、可導(dǎo)致傳感器元件的液體負(fù)荷減小的措施常常也同時(shí)導(dǎo)致傳感器裝置的動(dòng)態(tài)性降低。這是由于:傳感器元件附近的盡可能快的氣體交換通常促進(jìn)該傳感器裝置的動(dòng)態(tài)性，而該傳感器元件的液體負(fù)荷同時(shí)由此提高且通常由此使對(duì)溫度突變的保護(hù)降低。在實(shí)踐中，這意味著:在選擇保護(hù)殼體時(shí)，以很大程度上令人滿意的方式通常僅能滿足所述兩個(gè)要求(即，高動(dòng)態(tài)性或?qū)囟韧蛔兊膹?qiáng)保護(hù)性)中的一個(gè)。
[0004]所述保護(hù)殼體自身能夠單件地或多件地實(shí)施，其中，多件式實(shí)施方案大多數(shù)具有內(nèi)部殼體和包圍該內(nèi)部殼體的外部殼體，在所述內(nèi)部殼體和所述外部殼體之間構(gòu)成中間室，在該中間室中必要時(shí)存在另外的保護(hù)管。具有兩個(gè)或三個(gè)保護(hù)管且因此也被稱為雙重保護(hù)管或三重保護(hù)管的保護(hù)殼體被特別頻繁地使用。在這里，三重保護(hù)管與雙重保護(hù)管相比通常具有更好的防溫度突變性能。當(dāng)然，從現(xiàn)有技術(shù)已知的三重保護(hù)管具有一系列的缺點(diǎn)。與雙重保護(hù)管相比，在三重保護(hù)管中，氣體流從保護(hù)殼體上的進(jìn)入開口直到到達(dá)傳感器元件所必須走過的流動(dòng)路徑通常更長(zhǎng)。這種實(shí)施方案雖然有利于針對(duì)溫度突變進(jìn)行保護(hù)，但是由于更長(zhǎng)的流動(dòng)路徑而大多對(duì)傳感器裝置的動(dòng)態(tài)性產(chǎn)生不利影響。由于對(duì)動(dòng)態(tài)性更嚴(yán)格的要求，現(xiàn)有技術(shù)中的三重保護(hù)管不再適于這類目標(biāo)。此外，在三重保護(hù)管當(dāng)前常用的結(jié)構(gòu)的情況下，需要將內(nèi)部殼體從參考空氣室那側(cè)置入到所述外部殼體中?；谟纱怂璧膬?nèi)部殼體直徑限制，由于內(nèi)部殼體中有限的可用空間而只可使用不具有附加的防溫度突變保護(hù)涂層的傳感器元件。然而，所述傳感器元件所缺少的涂層使得允許從廢氣流加載給傳感器元件的液體量顯著減小。最終，三重保護(hù)管中的該常見布置導(dǎo)致，盡管具有附加的保護(hù)管，但由于傳感器元件針對(duì)溫度突變的保護(hù)性降低而使得整個(gè)傳感器裝置針對(duì)溫度突變的保護(hù)性總體上僅微弱地提高或并沒提高。
[0005]EP 2 333 534 A2公開了一種用于感測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)特性的傳感器裝置，該傳感器裝置設(shè)有用于接收至少一個(gè)傳感器元件的保護(hù)殼體?？赏髁黧w介質(zhì)的流動(dòng)路徑位于該保護(hù)殼體內(nèi)，所述流動(dòng)路徑從外部殼體中的進(jìn)入開口經(jīng)由中間室和內(nèi)部殼體中的入內(nèi)開口延伸向傳感器元件，其中，保護(hù)殼體內(nèi)的流動(dòng)路徑具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向部位，所述流體介質(zhì)在這兩個(gè)轉(zhuǎn)向部位上分別經(jīng)歷90°角度的方向改變。附加地，在保護(hù)殼體內(nèi)部沿著所述流動(dòng)路徑設(shè)置有至少一個(gè)壁體，所述壁體這樣布置并且設(shè)置用于接收以盡可能小的速度從所述壁體旁經(jīng)過的流體介質(zhì)中的熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種用于感測(cè)流體介質(zhì)、尤其內(nèi)燃機(jī)廢氣的至少一個(gè)特性的傳感器裝置，該傳感器裝置至少很大程度上克服已知的限制和缺點(diǎn)。這種傳感器裝置尤其用于感測(cè)流體介質(zhì)的至少一個(gè)特性，優(yōu)選感測(cè)內(nèi)燃機(jī)廢氣的特性，例如廢氣中的氧氣含量、氮氧化物含量和/或氣態(tài)碳?xì)浠衔锏暮?。然而，也可設(shè)想感測(cè)流體介質(zhì)的其它特性。所述傳感器裝置由于其構(gòu)型尤其適用于在高溫下使用，優(yōu)選在從600°C至100tC的范圍中使用，然而并不局限于此。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置包括至少一個(gè)保護(hù)殼體，所述保護(hù)殼體設(shè)置用于接收至少一個(gè)傳感器元件且為此目的而至少部分地包圍所述傳感器元件?！氨Ｗo(hù)殼體”在這里理解為一種裝置，其設(shè)置用于保護(hù)所述傳感器元件至少免受常見的、在裝配該傳感器裝置時(shí)和/或在該傳感器裝置運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械和/或化學(xué)負(fù)荷。所述保護(hù)殼體為此能夠至少部分由剛性材料，尤其由金屬和/或合金和/或陶瓷制成，尤其在用通常所用的力、例如通常所用的擰緊力固定保護(hù)殼體時(shí)，所述剛性材料不發(fā)生變形。所述保護(hù)殼體尤其可設(shè)置用于在外部至少部分包圍傳感器裝置且因此為傳感器裝置的至少一部分提供外部構(gòu)型。保護(hù)殼體尤其能夠設(shè)置用于被完全或被部分地置入到流體介質(zhì)中，例如被置入到內(nèi)燃機(jī)排氣系中。
[0008]所述保護(hù)殼體可一件式、兩件式、三件式或更多件式地實(shí)施。在一種優(yōu)選構(gòu)型中，所述保護(hù)殼體可兩件式地實(shí)施并相應(yīng)地具有單獨(dú)的內(nèi)部殼體，該內(nèi)部殼體至少部分包圍傳感器元件，其中，內(nèi)部殼體自身能夠至少部分地被外部殼體包圍。在該構(gòu)型中，內(nèi)部殼體和外部殼體可這樣相對(duì)彼此布置:使得在內(nèi)部殼體和外部殼體之間構(gòu)成可被加載以廢氣的中間室，所述中間室優(yōu)選可采用環(huán)狀縫隙的形式。在特別優(yōu)選的構(gòu)型中，所述保護(hù)殼體可三件式地實(shí)施，其中，在內(nèi)部殼體和外部殼體之間的中間室中可置入附加的中間保護(hù)殼體。
[0009]可通流流體介質(zhì)的流動(dòng)路徑位于所述保護(hù)殼體內(nèi)部?！傲鲃?dòng)路徑”理解為流體介質(zhì)在可加載給傳感器元件之前從進(jìn)入到保護(hù)殼體中直到由該保護(hù)殼體流出所走過的路段。在此，該路段除了流體介質(zhì)進(jìn)入保護(hù)殼體的速度(該速度可被稱為進(jìn)入速度)之外基本上通過保護(hù)殼體內(nèi)的中間室的幾何構(gòu)型確定。然而，與所述流體介質(zhì)中的各個(gè)微粒和/或分子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)無關(guān)(該運(yùn)動(dòng)在微觀尺度上既可假設(shè)為層流狀態(tài)也可假設(shè)為紊流狀態(tài))，該流體介質(zhì)在宏觀尺度上始終遵循一個(gè)(也是理想的)流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑可沿著保護(hù)殼體內(nèi)的內(nèi)壁且沿著可能位于該保護(hù)殼體中的構(gòu)件延伸。因此，保護(hù)殼體內(nèi)部的流動(dòng)路徑的構(gòu)型可通過保護(hù)殼體的構(gòu)型的幾何形狀包括位于該保護(hù)殼體中的、用于供流體介質(zhì)進(jìn)入到保護(hù)殼體的中間室中的進(jìn)入開口和位于該保護(hù)殼體中的、用于供流體介質(zhì)從中間室流向傳感器元件的入內(nèi)開口以及可能位于