含半剖管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器的制作方法

本发明属于探测器技术领域，涉及一种含半剖管状中间导体的高温连接棒及由其制得的探测器。

背景技术：

机动车的排放物是气体污染物的重要组成，对机动车尾气进行处理是必然的要求。随着经济的日益发展，机动车数量急剧增长，同时低碳环保的理念越来越深入人心，政府出台的排放标准日益严苛，机动车尾气处理系统是目前研究的热点。

尾气测温用的探测器是尾气处理系统中的重要元件，其用于排气温度的测量和控制。由于尾气测温用探测器的测温对象是机动车排放出的高温尾气，这要求尾气测温用探测器能够长期耐高温。同时，机动车在作业时处于高频振动状态，这还要求尾气测温用探测器具有较高的抗振性。高温连接棒是尾气测温用探测器的重要组成部件，其一端与测温元件相连接，长时间在高温环境下工作；另一端作为冷端，连接补偿导线及接插件(或信号转换器)。连接棒与测量元件连接的可靠性直接决定产品的使用寿命和稳定性。

现有技术的连接棒内部的中间导体多为实心或中空结构，其由于内孔较小以及内部中空导致难以加工成型，还导致高温连接棒的使用寿命较短。现有技术中连接棒与测量元件常采用焊接方式连接，在受热胀冷缩循环后，焊点在交变应力作用下易因疲劳而失效，此外在高频振动环境下长期作业，焊点也极易因高频振动而失效。为克服这一缺陷，本领域开展了许多相关研究。专利cn106323495a提供了一种套在连接棒和测温元件引线外部的导电管形结构，保护连接棒导体与测温元件引线间的焊点，增强了导体和引线的强度，提高了产品的稳定性，但导电管形结构为异形件且尺寸较小(一端内孔直径为0.3～0.4mm。另一端内孔直径为0.6～0.9mm)，加工精度高，这增大了制造难度和安装难度，此外，第三部件的加入必然增多了故障点，降低了产品的可靠性。

因此，开发一种结构简单且使用寿命较长的高温连接棒进而由其制得一种耐高温和高频振动且使用寿命较长的探测器极具现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的探测器存在的缺陷，提供一种结构简单且使用寿命较长的高温连接棒进而由其制得一种耐高温和高频振动且使用寿命较长的探测器。现有技术的连接棒内的中间导体一般为实心或中空结构，本发明的连接棒内的中间导体为半剖管状结构，不仅容易加工成型，还具有较长的使用寿命。现有技术的探测器中测量元件的引线与中间导体一般是通过焊接连接的，焊接结构容易在高温和高频振动的作用下发生破坏，导致探测器丧失使用功能，探测器的使用寿命较短；本发明的中间导体为半剖管状结构，其在保证了强度和刚性的前提下，其开放结构的设计极大地方便了加工，显著降低了加工精度，降低了生产成本，同时本发明将测量元件的引线插入中间导体的a段内并夹紧，提高了焊接结构的稳定性，减缓了高温和高频振动对焊接结构的冲击，延长了探测器的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

含半剖管状中间导体的高温连接棒，包括中间导体，中间导体为半剖管状结构，半剖管是指将管体纵切后剩余的部分，中间导体沿长度方向分为a段和b段。

本发明选用半剖管状结构的中间导体，在保证了强度和刚性的前提下，其开放结构的设计极大地方便了加工，显著降低了加工精度，降低了生产成本。

作为优选的技术方案：

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，中间导体的长度为60～200mm，壁厚为0.1～0.5mm，a段的长度为1.5～6mm；中间导体的横截面为c形、u形、v形、半圆形、抛物线形或半椭圆形，还可以是双曲线等二次曲线形状。中间导体的横截面并不仅限于此，其可为规则状，也可为不规则状，只要其为半剖管状结构即可适用于本发明。横截面的形状会在一定程度上影响开口的尺寸，一般地，开口尺寸越大，越便于加工，但也会在一定程度上影响中间导体的强度及刚性，因此本领域技术人员需要根据实际需求合理选择合适横截面形状的中间导体。

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，中间导体的横截面为半圆形，直径为0.5～1.2mm。本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅仅是给出适合半圆形截面中间导体的部分工艺参数。

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，中间导体的数量为多根，位于同一外管内，沿外管的长度方向排列，中间导体与外管之间填充有绝缘填充物。中间导体的数量可为一根也可为多根，本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅给出一种可行的技术方案。高温连接棒是在中间导体、外管及绝缘粉体在装配好后，通过压缩或拉拔工艺加工成一高致密性棒体，再通过校直、切割、去壳等工艺加工而成的。

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，多根为2、3、4、6或8根，多根中间导体相互平行，多根中间导体的a段位于同一侧。

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，外管为圆柱管，外径为2.0～8.0mm，壁厚为0.2～1.0mm，材质为高温合金；中间导体的材质为镍、cr20ni80、inconel600、inconel601或310s；绝缘填充物的形态为颗粒状、块状或柱状；绝缘填充物的材质为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅或氮化硼。外管的尺寸及形状也并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求进行选择。外管、中间导体及绝缘粉体的材质并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择其材质。

如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒，高温合金为inconel600、inconel601、inconel718或310s。

本发明还提供一种探测器，主要由如上所述的含半剖管状中间导体的高温连接棒和测量元件组成，测量元件的引线插入a段内，由a段夹紧，同时引线插入a段内的部分与a段焊接。本发明通过夹持和焊接双重固定强化中间导体与测量元件之间的连接强度，以提高传感器经受高温和低温时热膨胀收缩的疲劳强度，提高抗振能力，其中a段的深度及尺寸可根据实际需求进行设置，a段夹紧引线可以是直接夹紧，也可以是间接夹紧，直接夹紧即中a段与引线的接触部变形，使得a段的尺寸缩小，挤压引线并将其夹紧，间接夹紧即将引线插入a段内后，向a段内填充物料，a段通过物料传递夹持力至引线后将其夹紧，具体可根据实际需求进行设置。

作为优选的技术方案：

如上所述的探测器，测量元件的引线与a段采用激光焊的方法焊接。本发明的引线与a段的焊接形式并不仅限于激光焊，其他焊接形式也可适用于本发明。

如上所述的探测器，一测量元件含2根引线，每根引线各与一根中间导体连接；测量元件为测温元件(热敏电阻或pt200)或测压元件，即探测器可以是温度探测器，也可以是压力探测器，还可以是其他探测器。测量元件的导线数量及其与中间导体的具体连接形式本领域技术人员可根据实际需求进行选择。

发明机理：

现有技术中高温连接棒内部的中间导体多为中空管，导致高温连接棒的寿命较短，故障率较高，主要原因是：(1)中空管内孔较小无法进行孔内清理或清理不净，孔内的异物和空气在高温连接棒使用过程中加速了中间导体内孔壁的氧化和污染；(2)中空管还存在加工精度控制难度较大的问题，不利于工业化生产。

本发明通过对高温连接棒的结构进行改进解决了上述问题，本发明的高温连接棒内的中间导体为半剖管状结构，半剖管状结构的强度及刚性较好，其相对于中空管，开放结构的设计使得可以方便地对其进行清理，不会由于异物和空气的存在缩短其使用寿命；开放结构的设计方便了焊接等后续加工，降低了加工难度，其加工精度要求较低，进而显著提升了生产效率，降低了生产成本。因此本发明的高温连接棒使用寿命较长，加工难度小，加工精度要求较低。

采用本发明的高温连接棒能够制得结构稳定、使用寿命较长的探测器，采用现有技术的高温连接棒制备探测器时，中间导体与测量元件的引线一般都是焊接连接的，在极大多数情况下，测量元件的引线和中间导体二者的材料并不相同，热膨胀系数存在较大的差异，在高温的条件下，测量元件的引线和中间导体二者会发生不同程度的膨胀，导致测量元件的引线与中间导体的接触面积减小，甚至发生悬空，即测量元件与连接棒断开连接，伴随着高频振动的发生，测量元件与连接棒时而接触，时而断开，无法正常使用，即丧失使用功能，同时不同材料的测量元件的引线和中间导体组装后，在高温和高频振动下，二者会发生应力不平衡，随着使用时间的延长，应力不平衡现象逐渐加重，最终导致测量元件的引线脱离连接棒。因而，现有技术由高温连接棒制得的探测器的使用寿命较短。

本发明对测量元件的引线与中间导体的连接方式进行调整，延长了探测器的使用寿命，调整方式即利用中间导体a段夹持固定引线，同时将引线深入a段部分与a段焊接，即测量元件的引线与中间导体采用了夹持+焊接的连接方式，相对于单一的焊接方式，夹持+焊接的连接方式能够提高探测器的稳定性、耐用性和可靠性的主要原因是：(1)夹持+焊接使得焊接点处能够发生小幅度弯曲，增大了焊接点处测量元件的引线与中间导体的接触面积，保证了测量元件与连接棒始终处于接触状态，不随高温和高频振动发生改变；(2)夹持+焊接削弱了不同材料的测量元件的引线和中间导体发生应变的能力，降低了由于应力不平衡导致测量元件脱落的可能性；(3)夹持+焊接增加了固定点，增加夹持结构之前，固定点仅指焊点，增加夹持结构之后，固定点还包括半剖管的管壁与引线和焊点接触的点，固定点的增加增强了连接强度；(4)夹持+焊接对引线起到了一定的固定作用，削弱了引线在高温和高频振动作用下的活动能力，进而减少了其活动对焊接结构造成的不利影响，在一定程度上缓解了高温和高频振动对焊点的直接冲击，进而延缓探测器在高低温膨胀收缩下的疲劳，提高抗振能力。

有益效果：

(1)本发明的含半剖管状中间导体的高温连接棒，加工难度低，生产成本低廉，使用寿命长；

(2)本发明的探测器，适用于高温和高频振动工况，耐高温性能及抗振性能优良，响应灵敏；

(3)本发明的探测器，通过a段对引线进行夹持，增大了其连接处的有效截面积进而增大连接强度；

(4)本发明的探测器，无第三部件的加入，故障点少，可靠性好，应用前景好。

附图说明

图1和2分别为本发明的含半剖管状中间导体的高温连接棒的纵截面示意图和横截面示意图；

图3和4为探测器未完成连接时的示意图；

图5和6为本发明的探测器连接完成后的示意图；

其中，100-外管，200-绝缘填充物，303-中间导体，304-焊点，400-热敏电阻，401-引线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种含半剖管状中间导体的高温连接棒，如图1～2所示，包括外管100、中间导体303及填充在两者之间的绝缘填充物200；

中间导体303为横截面为半圆形结构，直径为0.5～1.2mm，长度为60～200mm，壁厚为0.1～0.5mm，沿长度方向分为a段和b段，a段的长度为1.5～6mm，两中间导体303相互平行且a段位于同一侧，其均位于同一外管100内且均沿外管100的长度方向排列，外管100为外径为2.0～8.0mm，壁厚为0.2～1.0mm的圆柱管，材质为inconel600、inconel601、inconel718或310s，中间导体303的材质为镍、cr20ni80、inconel600、inconel601或310s，绝缘填充物200的形态为颗粒状、块状或柱状，其材质为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氮化硅或氮化硼。中间导体的横截面形状并不仅限于此，其他如c形、u形、v形、抛物线形或半椭圆形也可适用于本发明，一外管内中间导体的根数也不仅限于两根，也可为3根、4根、6根或8根。

实施例2

一种探测器，如图3～6所示，主要由与实施例1相同的含半剖管状中间导体的高温连接棒和测量元件组成，测量元件为热敏电阻400，其含2根引线401，每根引线401各与一中间导体303连接，其引线401插入中间导体303的a段内，由a段夹紧，从图中可以看出，连接前后，外管由圆柱形变为扁形，说明外管与引线连接的部分即a段已经被压扁，同时引线插入a段内的部分与a段采用激光焊的方法焊接，其焊点304如图5和图6所示。

对比例1

一种探测器，其结构与实施例2基本相同，不同在于其高温连接棒的中间导体为中空管状结构，引线与中间导体直接焊接的。

将如对比例1所述的探测器和如实施例2所述的探测器同时置于温度为800℃、振动频率为200mhz的工况下，本发明的探测器即如实施例2所述的探测器的使用寿命较如对比例1所述的探测器长50～60％。这主要是因为本发明增设了夹持结构，夹持结构能够提高焊接结构的稳定性，提高探测器的使用寿命，由此可以看出本发明的探测器适用于高温和高频振动工况，其耐高温性能及抗振性能优良，响应灵敏，结构简单，制造成本低廉，可靠性高，应用前景好。

实施例3

一种探测器，其结构与实施例2基本相同，不同仅在于测量元件为测压元件。