用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性的传感器的制作方法

本发明涉及一种用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性的传感器。

背景技术：

由现有技术公开了大量用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性的传感器和方法。在此原则上能够涉及所述测量气体的任意的物理特性和/或化学特性，其中能够检测一种或者多种特性。在下文中尤其参照对所述测量气体的气体组分的定性和/或定量检测、尤其参照对在所述测量气体中的氧气份额的检测来描述本发明。能够例如以分压力的形式和/或以百分比的形式来检测所述氧气份额。但是作为替代方案或者附加方案，也能够检测所述测量气体的其他特性、像例如温度。

这种类型的传感器基于相应地构造的传感器元件的使用。用于这些类型的传感器的示例被设计为所谓的λ探测器，像所述λ探测器例如由Konrad Reif （编者）：Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 160-165（在机动车中的传感器，2010年第一版，160-165页）所公开的那样。利用宽带λ探测器（Breitband-Lambdasonden）、尤其利用平面的宽带λ探测器能够例如在大的范围内确定废气中的氧气浓度并且由此推导出在燃烧室中的空气-燃料-比例。过量空气系数λ描述了该空气-燃料-比例。由现有技术尤其公开了陶瓷的传感器元件，所述陶瓷的传感器元件基于特定的固体的电解特性的使用、也就是基于该固体的传导离子的特性。所述固体尤其能够为陶瓷的固体电解质，像例如二氧化锆、尤其钇稳定的二氧化锆和掺杂钪的二氧化锆，所述陶瓷的固体电解质能够包含少量的添加物：氧化铝和/或氧化硅。

由DE 197 14 203 A1和DE 195 32 090 C2公开了具有密封充填系统的λ探测器，所述密封充填系统由多个密封盘的组合组成，所述密封盘由滑石（Steatit）和氮化硼制成。滑石密封盘是未经烧结的滑石原料。氮化硼是热压六方氮化硼。在装配时，将所述密封充填系统通过两个邻接的支撑陶瓷套筒在传感器壳体中隔成小室（gekammert）并且通过轴向的力引入来碾磨和压缩所述密封充填系统，所述支撑陶瓷套筒由经硬烧结的滑石制成。在此封闭接合间隙并且提高密封性。密封系统具有下述任务，将废气和湿度从所述传感器的参考空气室分离。

尽管从现有技术中所公开的传感器有优点，所述传感器还包含有改善潜力。虽然上面所描述的密封充填系统相对于气体和液体具有良好的密封特性，但是在以较低的温度应用时可能发生下述情况：水蒸气存入到氮化硼的晶格中以及水蒸气与包含在氮化硼中的氧化硼反应成硼酸。于是在马达起动期间加热所述λ探测器时可能发生下述情况：所结合的水从氮化硼盘排出到所述参考空气室中，那么这可能导致探测器信号的错误化。在此附加地引起绝缘电阻剧烈地下降。

技术实现要素：

在此提出一种用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性的传感器，所述传感器至少很大程度上避免已知的传感器的缺点，并且在所述传感器中尤其相对于湿度和废气实现了改善的密封效果，以及改善了在所述传感器元件与所述传感器壳体之间的绝缘电阻。

根据本发明的传感器包括传感器壳体和用于检测所述测量气体的至少一种特性的传感器元件，所述根据本发明的传感器用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性、尤其用于检测在所述测量气体中的气体组分的份额或者所述测量气体的温度。所述传感器壳体具有纵向孔。所述传感器元件布置在所述纵向孔中。所述传感器元件被至少一个第一密封部包围。所述第一密封部优选由蛭石制造而成。所述传感器元件此外被至少一个第二密封部包围。所述第二密封部由下述这样的材料制造而成，所述材料与所述第一密封部的材料不同。作为替代方案，所述第一密封部能够由白云母或者金云母制造而成，其中所述第二密封部由不同于这些材料的材料制造而成。

表述“由特定的材料制造而成”在本发明的框架中可以被理解为，除了在技术上不能避免的杂质外以至少80%（体积百分比）和优选90%（体积百分比）和优选全部来制造相应的构件。那么，“所述第一密封部由蛭石制造而成”例如意味着：除了在技术上不能避免的杂质外以至少80%（体积百分比）和优选90%（体积百分比）和优选全部来制造所述第一密封部。

所述传感器此外能够包括至少两个第一密封部，其中所述第二密封部布置在所述两个第一密封部之间。作为替代方案，所述传感器此外能够包括至少两个第二密封部，其中所述第一密封部布置在所述两个第二密封部之间。作为替代方案，所述传感器能够包括多个第一密封部和多个第二密封部，其中所述第一密封部和所述第二密封部以交替的顺序布置在所述传感器元件上。所述第二密封部能够由滑石制造而成。作为替代方案，所述第二密封部能够由下述这样的材料制造而成，所述材料具有至少10*10^-6/K的线性热膨胀系数。所述传感器壳体能够例如由下述这样的钢制造而成，所述钢的线性膨胀系数以不大于3*10^-6/K为幅度不同于所述第二密封部的线性膨胀系数。所述第二密封部能够由石英、方英石、金红石（Titanoxid）、钛酸锶、镁橄榄石、顽火辉石制造而成或者由所提及的材料中的至少两种材料的混合物制造而成。所述第二密封部能够尤其以这些材料的至少90%的体积份额制造而成。

所述第二密封部此外能够具有白云母、蛭石、高岭土、金云母或者由所提及的材料中的至少两种材料组成的混合物、优选以至少0.5%（体积百分比）并且最高20%（体积百分比）的体积份额。所述第一密封部优选由蛭石-薄片（Vermiculit-Flakes）制造而成。

本发明的基本思想在于，由至少具有蛭石的密封盘来代替在上面所描述的现有技术中所提及的氮化硼密封盘。

附图说明

本发明的其他可选的细节和特征由优选的实施例的以下说明得出，在附图中示意性地示出了所述优选的实施例。

其中：

图1示出了根据第一实施方式的、根据本发明的传感器元件的横截面图，

图2示出了根据第二实施方式的、根据本发明的传感器元件的横截面图，

图3示出了根据第三实施方式的、根据本发明的传感器元件的横截面图，并且

图4示出了根据第四实施方式的、根据本发明的传感器元件的横截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施方式的传感器10的横截面图，所述传感器用于检测在测量气体室中的测量气体的至少一种特性、尤其用于检测在所述测量气体中的气体组分的份额或者所述测量气体的温度。所述传感器10能够尤其用于检验所述测量气体的物理特性和/或化学特性，其中能够检测一种或者多种特性。在下文中尤其参照对所述测量气体的气体组分的定性和/或定量检测、尤其参照对在所述测量气体中的氧气份额的检测来描述本发明。能够例如以分压力的形式和/或以百分比的形式来检测所述氧气份额。但是原则上也能够检测其他类型的气体组分、像例如氮氧化物、碳氢化合物和/或氢气。但是作为替代方案或者附加方案，也能够检测所述测量气体的其他特性。本发明尤其能够使用在机动车技术领域中，从而使得所述测量气体室尤其能够为内燃机的废气道并且所述测量气体尤其能够为废气。

所述传感器10具有传感器壳体12。所述传感器壳体12能够例如是金属壳体。所述传感器壳体12具有作为用于安装在所述测量气体室（未详细地示出）的壁中的紧固器件的螺纹14。所述传感器壳体12具有纵向孔16。所述纵向孔16沿着纵轴线18延伸。所述纵向孔16具有凸肩形的环面20。所述环面20邻接于所述传感器壳体12的、面向所述测量气体室的端侧的端部22。保护管结构组件24固定、例如焊接在所述端侧的端部22处。所述保护管结构组件24具有至少一个保护管。所述保护管结构组件例如具有外部的保护管26和至少一个布置在所述外部的保护管中的内部的保护管28。所述保护管结构组件能够例如具有两个内部的保护管28，所述两个内部的保护管相互同心地布置。不仅所述外部的保护管26而且所述内部的保护管28都具有进入-和排出口30，通过所述进入-和排出口所述测量气体能够进入到所述内部的保护管28的内室中或者能够从所述内部的保护管的内室排出。

所述传感器10此外具有用于检测所述测量气体的至少一种特性的传感器元件32。所述传感器元件32平面式地构造。所述传感器元件32沿着纵向延伸方向34延伸。所述传感器元件32具有连接侧的端部36和测量气体侧的端部38。所述连接侧的端部36被构造用于与所述传感器10的电接头40电接触。所述测量气体侧的端部38被构造用于遭受（ausgesetzt）在所述内部的保护管28的内部中的测量气体。

所述传感器元件32被至少一个第一密封部42例如环形地、也就是说垂直于所述纵向延伸方向34地包围。所述第一密封部42由蛭石制造而成。所述第一密封部42例如由蛭石-层状材料制造而成。所述层状材料由一层层的蛭石-薄片组成。所述薄片通过化学膨胀得到。作为原材料，所述层状材料在商业上可以以薄膜/板的形式获得。所述第一密封部42能够由此通过冲压所述薄膜或者板制造而成。所述传感器元件32此外被至少一个第二密封部44包围。所述第二密封部44由下述这样的材料制造而成，该材料与所述第一密封部42的材料并且由此与蛭石不同。在所述第一实施方式的传感器10中例如设置有两个第二密封部44，所述两个第二密封部由滑石制造而成。所述第一密封部42布置在所述两个第二密封部44之间或者被所述两个第二密封部三明治状地包围。将所述第一密封部42和所述第二密封部44夹紧在两个陶瓷模制件46之间，所述两个陶瓷模制件中的一个陶瓷模制件贴靠在所述环面20处。

图2示出了根据本发明的第二实施方式的传感器10的横截面图。下面仅对相对于上述实施方式的不同点进行描述，并且相同的构件设有相同的附图标记。在所述第二实施方式的传感器10中设置有两个第一密封部42和一个第二密封部44。所述第二密封部44布置在所述两个第一密封部42之间。图3示出了根据本发明的第三实施方式的传感器10的横截面图。下面仅对相对于上述实施方式的不同点进行描述，并且相同的构件设有相同的附图标记。所述传感器10能够具有多个第一密封部42和多个第二密封部44，所述第一密封部和所述第二密封部以交替的顺序布置在所述传感器元件32上。在所述第三实施方式的传感器10中例如设置有两个第一密封部42和三个第二密封部44。

图4示出了根据本发明的第四实施方式的传感器10的横截面图。下面仅对相对于上述实施方式的不同点进行描述，并且相同的构件设有相同的附图标记。如在所述第三实施方式的传感器10中那样，所述第四实施方式的传感器10具有多个第一密封部42和多个第二密封部44。更精确地，所述第四实施方式的传感器10以交替的顺序在所述传感器元件32上具有三个第一密封部42和四个第二密封部44。

通过使用由蛭石制成的第一密封部不仅在室温度下而且在所述传感器的运行温度下相对于湿度和废气都获得了改善的密封效果。此外改善了在所述传感器元件32与所述传感器壳体12之间的绝缘电阻。

所述第一密封部42能够在所有之前所描述的实施方式中替代滑石由下述这样的材料制造而成，所述材料具有至少10*10^-6/K的线性热膨胀系数。所述传感器壳体能够由下述这样的钢制造而成，所述钢具有不小于12.5*10^-6/K的线性膨胀系数。所述传感器壳体12相应地具有下述这样的钢，所述钢的线性膨胀系数以不大于3*10^-6/K为幅度不同于所述第二密封部的线性膨胀系数。石英、方英石、金红石、钛酸锶、镁橄榄石、顽火辉石或者这些材料中的至少两种材料的混合物尤其能够是所述密封部的组成部分。所述第二密封部44优选由不同原材料的混合物组成，在所述混合物中所提及的材料构成总计至少90%的体积份额。所述第二密封部44能够具有白云母、蛭石、高岭土、金云母和/或另一种黏土矿或者层状硅酸盐（Schichtsilikate）。这些材料尤其改善了所述第二密封部44的塑性特性和弹性特性。所述密封部优选由不同原材料的混合物组成，在所述混合物中所述材料构成0.5%到10%的体积份额。

使用由蛭石制成的第一密封部42具有下述优点：该材料在压缩时是气密的并且是疏水的。在对所述材料进行轴向压缩时基于横向收缩将接合间隙持久地封闭，因为所述接合间隙受到残余的变形。所述热膨胀系数例如与所述传感器壳体12的热膨胀系数并且与所述传感器元件32的热膨胀系数相对应，从而使得在较高温度下的运行中也不会预期有密封性恶化。结合由上面所描述的材料制成的第二密封部44能够以下述方式来实现对所述第二密封部44的热系数的确定，使得压紧力随着温度的升高而相应地保持恒定。所述绝缘电阻在所有运行状态下同样高，因为蛭石在压缩的情况下没有存入水。在使用上面所描述的密封部42、44的情况下在装配时通过轴向的力作用来碾磨（pulverisiert）和压缩所述上面所描述的密封部。在此封闭接合间隙并且提高密封性。在此，在至少1000 bar的情况下实现压入。