专利名称：气体传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机用电气零件的制造方法，具体涉及一种气体传 感器的制造方法。
背景技术：
气体传感器，如氧传感器是发动机管理系统中的重要部件，其安装在 内燃机的排气系统中，用于感知废气中氧气的浓度，实现对污染物的排放 控制。氧传感器安装在发动机的排气系统中，工作环境比较恶劣，寿命期 内所承受的温度和机械应力都比较高，因此，稳定可靠的机械设计成为氧 传感器的设计能否成功的关键。
现有的Nernst原电池型氧传感器，在内电极需要提供一个标准的参考 腔， 一般为大气。参考腔内的标准参考气体的氧分压必须始终保持一致， 对于大气来说，就是要保证大气清洁并能够与新鲜空气发生气体交换，否 则，将导致传感器的信号偏移。常用的做法是将该参考腔密封，并通过导 线连接到比较清洁的区域，通过气体的热胀冷縮实现与外界的气体交换。 在传感器内部形成一个密封腔，必须解决密封腔与废气的密封问题。常用 的做法是采用耐高温的无机非金属材料，并通过一定的结构将其压实，从 而实现密封。如图1所示，施加在保护套251上的轴向力，通过陶瓷衬套 252可传递给耐高温密封材料254。被压紧的密封材料254可有效防止废气 泄漏到密封腔。为了保证该密封的有效性，必须保证氧传感器的密封材料254在寿命期内都能保证密封。因此，在所施加的轴向力撤销后，也必须保 证密封材料254仍处于压縮状态。 一般在传感器座253外表面设置一定的 凹槽，通过铆压保护套251，在保护套251内表面形成凸起，实现将保护套 251固定在传感器座253上，从而保证被压紧的密封材料254不会变松，满 足寿命期内对密封性的要求。
然而这种实现形式需要保护套251，而且为了保证密封材料254在寿命 期内都处于压縮状态，对保护套251的铆压工艺的控制比较复杂，对传感 器座253的尺寸精度要求也比较高。
由于氧传感器中用于感知氧气浓度的陶瓷体需要在高温下工作，如何 将高温陶瓷与金属端子之间实现可靠的连接成为氧传感器的设计过程中必 须解决的问题。
美国专利说明书US006082175A (
公开日2000年7月4日)公开了一种 气体传感器，如图2所示，高温陶瓷150通过金属端子153与导线152实 现电气和机械连接。高温陶瓷150上的电极151与金属端子153实现连接， 带有凹槽的两个陶瓷件154可以将金属端子153盖住，从而实现金属端子 153与固定件155绝缘。固定件155有一个U型结构，可以将两个陶瓷件 154夹住。金属端子153与高温陶瓷150上的电极151连接时，需要采用专 用工装将具有U型结构的固定件155的口部撑开，使得两个陶瓷件154彼 此可以分开一定的距离，然后才能顺利将高温陶瓷150上的电极151置于 -金属端子153之间，完成上述动作后，使专用工装退出固定件155的口部， 固定件155将两个陶瓷件154牢牢夹注，固定于两个陶瓷件154上的金属端子153紧紧地压在高温陶瓷150的电极151上，实现电气和机械连接。
这种结构的气体传感器， 一方面安装制造成本比较高，另一方面零件 比较多，无法实现尺寸结构的小型化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气体传感器的制造方法，用本发 明所制造的气体传感器能够满足传感器的小型化要求，并且成本低。 为解决上述技术问题，本发明气体传感器的制造方法的技术解决方案
为
采用以下步骤制造气体传感器 第一步、分别组装短传感器和线束组件；
第二步、将短传感器与弹簧卡箍压配在一起；将线束组件的弹簧座从 保护套中取出，置于工装中；将辅助工具插入接触弹簧之间；
第三步、连接线束组件的弹簧座与弹簧卡箍；并将短传感器的传感元 组装在线束组件上；
a、 将短传感器的传感元插入辅助工具的内侧，使得传感元的接触盘与 接触弹簧的接触部分相对应；
b、 使辅助工具从接触弹簧之间退出，使接触弹簧与传感元的接触盘直 接接触；
第四步、连接线束组件与短传感器； 第五步、固定线束组件与短传感器。 本发明可以达到的技术效果是1、 本发明借助辅助工具将接触弹簧分开，因此在装配过程中不会破坏 传感元的接触盘，能够保证传感元所传递的信号的准确性。
2、 本发明先将辅助工具置于接触弹簧之间，然后再将传感元插入，无 需对传感元磨边，这种装配方法可以彻底解决装配过程中边角破损的问题, 能够节省传感元的制造成本。
本发明很好地解决了陶瓷传感元与金属端子的连接问题，该解决方案 具有极大的成本优势。
本发明通过铆压或其它方法在传感器座与参考侧衬套相配合的内壁上 加工出多个凸点，使参考侧衬套固定于传感器座内，并可防止密封件因发 生回弹而失去密封效果，很好地解决了气体传感器的密封问题。
本发明所制造的气体传感器， 一方面零件比较少，另一方面安装制造 成本比较低，而且很容易实现尺寸结构的小型化，具有极大的应用价值。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1是现有技术氧传感器的结构示意图2现有技术气体传感器的结构示意图3是短传感器的结构示意图4是短传感器的剖视图5是线束组件的结构示意图6是将弹簧座从保护套中取出后的线束组件的示意图；图8是用本发明所制造的气体传感器的结构示意图9是将装有辅助工具的传感元插入接触弹簧的示意图10是抽出辅助工具后使接触弹簧与传感元的接触盘直接接触的示意
图11是本发明气体传感器的制造方法的流程图。
图中，150高温陶瓷，151电极，152导线，153金属端子，154陶瓷件， 155固定件，251保护套，252陶瓷衬套，253传感器座，254密封材料，10 短传感器，20弹簧卡箍，30线束组件，ll保护罩，111通孔，112伸出部， 113固定部，114伞部，12传感器座，13废气侧衬套，14密封件，16参考 侧衬套，17传感元，171接触盘，121第一配合面、122第二配合面，1211 凸点，21卡箍体，22弹性体，31保护套，32弹簧座，321凸起，33接触 弹簧，34衬套，35索环，36导线，40装配完成后的保护套，50辅助工具， 60工装。
具体实施例方式
如图8所示，本发明所制造的气体传感器，包括短传感器IO、弹簧卡 箍20、线束组件30;
如图3、图4所示，短传感器10包括金属保护罩11、金属传感器座12、 废气侧衬套13、密封件14、参考侧衬套16、陶瓷传感元17;
保护罩11包括伸出部112、固定部113、伞部114，固定部113的外径 大于伸出部112，固定部113外表面与传感器座12顶部内表面之间为过盈 配合。保护罩11通过固定部113固定于传感器座12的顶部，保护罩11的伸
出部112从传感器座12的顶部伸出，伸出部112设有若干通孔111。由于 伸出部112的外径小于固定部113，因此在装配过程中，能够很容易地将保 护罩11伸出传感器座12。
传感器座12内表面设有与伞部114相配合的锥形面；所述废气侧衬套 13顶部设有与伞部114相配合的锥面。
通过废气侧衬套13将保护罩11的伞部114紧压在传感器座12内表面 的锥形面上，可使保护罩11与传感器座12进一步固定。
废气侧衬套13底部设置密封件14,密封件14底部设置参考侧衬套16。
传感元17从底部伸入传感器座12，依次穿过参考侧衬套16、密封件 14、废气侧衬套13，置于传感器座12的中央，传感元17的顶部伸入保护 罩11的空腔内。传感元17的底部设有若干接触盘171，接触盘171通过与 接触弹簧33的连接，将采集的信号传输至电控单元。
传感器座12外表面设有第一配合面121、第二配合面122，第一配合 面121与弹簧卡箍20的内表面紧密配合，用于固定弹簧卡箍20;第二配合 面122与线束组件30的保护套31的内表面紧密配合，使传感器座12与保 护套31固定连接。
传感器座12与参考侧衬套16相配合的内壁上设有多个凸点1211，凸 点1211使参考侧衬套16能够固定于传感器座12内，并可防止密封件14 因发生回弹而失去密封效果。凸点1211—般为三个至六个。
密封件14采用带有弹性的粉状耐高温密封材料制成；为了加强密封效果，可采用多个密封件14，图4所示的实施例采用了三个密封件14。
如图5、图6所示，线束组件30包括金属保护套31、陶瓷弹簧座32、 接触弹簧33、衬套34、索环35、导线36;
保护套31内设有若干对接触弹簧33，接触弹簧33—端固定于弹簧座 32上，另一端与导线36的一端连接；每对接触弹簧33彼此相对固定，用 于固定传感元17;传感元17的底端设置有接触盘171，接触盘171置于接 触弹簧33之间，传感元17的接触盘171与接触弹簧33直接接触；
保护套31底部设有索环35,中部设有衬套34， 一端与接触弹簧33连 接的导线36穿过衬套34及索环35，伸出保护套31。衬套34可将导线36 彼此分开。
弹簧座32在保护套31中可上下活动。
弹簧座32外侧设有凸起321，凸起321可与弹簧卡箍20的内表面紧密 配合，使弹簧座32固定于弹簧卡箍20上。
如图7所示，弹簧卡箍20包括卡箍体21，卡箍体21外周设有若干弹 性体22，卡箍体21通过弹性体22固定于保护套31的内壁。
如图8所示，弹簧卡箍20置于线束组件30内，短传感器10的传感器 座12通过第二配合面122与线束组件30的保护套31的内表面之间的紧密 配合，使短传感器10与线束组件30之间固定连接；传感器座12的第一配 合面121与弹簧卡箍20的卡箍体21内表面紧密配合，使弹簧卡箍20与短 传感器10的传感器座12固定连接。
如图11所示，本发明气体传感器的制造方法是1、组装短传感器10;
1. 1、将保护罩11从传感器座12的底部置入传感器座12，使其伸出部
112伸出传感器座12，并使其固定部113与传感器座12顶部内表面配合连 接；
1. 2、分别将参考侧衬套16、密封件14、废气侧衬套13套于传感元17
上；
1. 3、将装配好的传感元17从传感器座12的底部置入传感器座12内， 使废气侧衬套13紧压保护罩11的伞部114，从而使保护罩11与传感器座 12进一步固定；
1、 4、对参考侧衬套16的底面施加大小为2吨的轴向力(范围可以在2 士0.5吨)，使密封件14由疏松状态变为压实状态，使密封件14起到密封 作用；
采用这种方法处理密封件14，能够使密封件14起到良好的密封效果， 并且无需采用铆压工艺复杂的保护套，简化了气体传感器的结构，降低了 传感器的尺寸精度要求。
1.5、在保持轴向力的条件下，通过铆压或其它方法在传感器座12与 参考侧衬套16相配合的内壁上加工出多个凸点1211，使参考侧衬套16固 定于传感器座12内；
2、 组装线束组件30;
3、 将线束组件30的弹簧座32从保护套31中取出；
推动导线36，将线束组件30的弹簧座32及与之连接的接触弹簧33从保护套31中推出，置于工装60中；
4、 将短传感器10与弹簧卡箍20压配在一起；
将弹簧卡箍20的内表面压配在传感器座12的第一配合面121上，使 弹簧卡箍20固定于短传感器10的传感器座12上；
5、 将辅助工具50插入接触弹簧33之间，使接触弹簧33分开；
6、 将短传感器10的传感元17组装在线束组件30上；
6. 1、如图9所示，将短传感器10的传感元17插入辅助工具50的内 侧，使得传感元17的接触盘171与接触弹簧33的接触部分相对应；
6.2、使辅助工具50从接触弹簧33之间退出，如图10所示，使接触 弹簧33与传感元17的接触盘171直接接触。
由于传感元17工作于高温环境，为避免传感元17与接触弹簧33的接 触面上生成氧化层，导致接触电阻发生变化，使传感器的输出电压发生偏 差，造成传感元17所传递的信号失真，要求传感元17的接触盘171与接 触弹簧33之间必须紧密接触，使接触弹簧33在接触盘171能够产生足够 大的接触力。
常用的装配方法是直接将传感元17插入接触弹簧33之间以实现电气 连接，采用这种装配方法， 一方面，由于接触弹簧33所提供的接触力过大， 传感元17的接触盘171在接触弹簧33之间滑动时，容易造成接触盘171 上接触表面的损坏，影响传感元17所传递的信号的准确性。本发明借助辅 助工具50将接触弹簧33分开，因此不会破坏传感元17的接触盘171，能 够保证传感元17所传递的信号的准确性。另一方面，传感元17本身是一种硬而脆的陶瓷材料，而接触弹簧33 一般为耐高温金属。传感元17的制造工艺特点决定了在正常情况下传感元 17制造出来后都是直楞直边的。在将传感元17插入接触弹簧33之间时， 容易将传感元17的直边插出碎片。不仅影响装配，还会对传感元17的性 能产生不良影响。为此，传统的做法是采用金刚石磨具将直边抹掉，然而 由于传感元17本身的特殊性，该磨边工艺会极大地增加传感元的制造成本。
本发明先将辅助工具50置于接触弹簧33之间，然后再将传感元17插 入，无需对传感元17磨边，这种装配方法可以彻底解决装配过程中边角破 损的问题，能够节省传感元17的制造成本。
辅助工具50可以是U形，也可以是其它形状。
7、 连接线束组件30的弹簧座32与弹簧卡箍20; 将已经与短传感器10装配在一起的弹簧卡箍20与线束组件30的弹簧
座32压配在一起，使弹簧座32的凸起321与弹簧卡箍20实现紧配合；
8、 连接线束组件30与短传感器10;
将线束组件30推向短传感器10，使其保护套31的内表面与传感器座 12的第二配合面122压配，从而使线束组件30与短传感器10连接；
9、 固定线束组件30与短传感器10;
将保护套31与传感器座12的第二配合面122焊接固定，进一步使线 束组件30与短传感器10固定；
10、 进一步加工线束组件30;
加工线束组件30的保护套31，使保护套31容置索环35的下部外径变小，形成图8所示的装配完成后的保护套40的形状。
由于在装配过程中需要将与导线36连接的弹簧座32推出，因此在装 配过程中索环35与导线36之间设有间隙，以便于弹簧座32的推出；而装 配完成后，为确保传感器的密封性能，使保护套31用于容置索环35的下 部外径变小，能够消除索环35与导线36之间的间隙。
本发明很好地解决了陶瓷传感元17与金属端子接触弹簧33的连接问 题，该解决方案具有极大的成本优势。
本发明通过铆压或其它方法在传感器座12与参考侧衬套16相配合的 内壁上加工出多个凸点1211，使参考侧衬套16固定于传感器座12内，并 可防止密封件14因发生回弹而失去密封效果，很好地解决了气体传感器的 密封问题。
权利要求
1、一种气体传感器的制造方法，其特征在于采用以下步骤制造气体传感器第一步、分别组装短传感器(10)和线束组件(30)；第二步、将短传感器(10)与弹簧卡箍(20)压配在一起；将线束组件(30)的弹簧座(32)从保护套(31)中取出，置于工装(60)中；将辅助工具(50)插入接触弹簧(33)之间；第三步、连接线束组件(30)的弹簧座(32)与弹簧卡箍(20)；并将短传感器(10)的传感元(17)组装在线束组件(30)上；a、将短传感器(10)的传感元(17)插入辅助工具(50)的内侧，使得传感元(17)的接触盘(171)与接触弹簧(33)的接触部分相对应；b、使辅助工具(50)从接触弹簧(33)之间退出，使接触弹簧(33)与传感元(17)的接触盘(171)直接接触；第四步、连接线束组件(30)与短传感器(10)；第五步、固定线束组件(30)与短传感器(10)。
2、 根据权利要求1所述的气体传感器的制造方法，其特征在于所述 第一步组装短传感器(10)的步骤为-a、 将保护罩(11)从传感器座(12)的底部置入传感器座(12),使 其伸出部(112)伸出传感器座(12)，并使其固定部(113)与传感器座(12) 顶部内表面配合连接；b、 分别将参考侧衬套(16)、密封件(14)、废气侧衬套(13)套于传 感元(17)上；c、 将装配好的传感元(17)从传感器座(12)的底部置入传感器座(12)内，使废气侧衬套(13)紧压保护罩(11)的伞部(114);d、 对参考侧衬套(16)的底面施加轴向力，使密封件(14)由疏松状 态变为压实状态，使密封件(14)起到密封作用。
3、 根据权利要求2所述的气体传感器的制造方法，其特征在于在保 持所述轴向力的条件下，通过铆压在传感器座(12)与参考侧衬套(16) 相配合的内壁上加工出凸点(1211)，使参考侧衬套(16)固定于传感器座 (12)内。
4、 根据权利要求2或3所述的气体传感器的制造方法，其特征在于 所述d步骤中的轴向力大小为2±0. 5吨。
5、 根据权利要求1所述的气体传感器的制造方法，其特征在于所述 第五步之后再进一步加工线束组件(30);使线束组件(30)的保护套(31) 容置索环(35)的下部外径变小。
全文摘要
本发明公开了一种气体传感器的制造方法，采用以下步骤制造气体传感器第一步、分别组装短传感器(10)和线束组件(30)；第二步、将短传感器(10)与弹簧卡箍(20)压配在一起；第三步、连接线束组件(30)的弹簧座(32)与弹簧卡箍(20)；并将短传感器(10)的传感元(17)组装在线束组件(30)上；第四步、连接线束组件(30)与短传感器(10)；第五步、固定线束组件(30)与短传感器(10)。本发明很好地解决了陶瓷传感元与金属端子的连接问题，该解决方案具有极大的成本优势。本发明所制造的气体传感器，一方面零件比较少，另一方面安装制造成本比较低，而且很容易实现尺寸结构的小型化，具有极大的应用价值。
文档编号G01N27/409GK101320011SQ20081004339
公开日2008年12月10日 申请日期2008年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者张笑冬, 曾 杨, 杨玉海 申请人:联合汽车电子有限公司