用于检测流体介质的至少一个特性的传感器装置的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]由现有技术公开了用于检测流体介质、优选气体的至少一个特性的传感器装置。属于此的有具有至少一个用于检测气体的至少一个参数、特别是内燃机废气的至少一个特性、例如废气的成分含量特别是氧含量、氮含量和/或气态氢含量的传感器元件的传感器装置。可以用这种传感器装置检测的其他特性例如是颗粒负荷、流体介质的温度和/或压力。这种传感器装置尤其可以是拉姆达探头。拉姆达探头优选安装在内燃机的废气系统中，主要用于检测废气中的氧局部压力。例如在Springer Vieweg, 2012第二版第160-165页Konrad Reif著的《机动车中的传感器》中描述了拉姆达探头。
[0002]这种传感器装置特别是在其废气侧的尖端上具有保护壳体，所述保护壳体伸入到废气流中。所述保护壳体用于保护壳体免受安装时和废气中的颗粒引起的机械载荷，将所述流体介质在传感器装置内部有针对性地引导至位于传感器装置中的传感器元件以及保护传感器元件免受废气中的冷凝水和传感器元件的与之相关的热震。特别是当从废气流中形成冷凝液滴并且落到热陶瓷传感器元件上时会出现所谓的热震，由此产生传感器元件表面上的局部温度差，所述局部温度差导致传感器元件中的高的热致应力，所述热致应力最终会引起传感器元件的损坏，甚至损毁。所述保护壳体通常如此构成，以至于将在废气设备中出现的传感器元件液体负载尽可能降低到在露点之前对于传感器元件无害的量。为了除此之外仍保护传感器元件免受热震，优选附加地设置用于隔热和/或用于液体结合的涂层。在此特别有利的是，所述涂层具有陶瓷、特别是氧化铝。
[0003]然而，在很多情况下对于保护壳体的要求是相反的。在实践中，特别是热震的高保护要求与传感器装置的高动态化要求之间存在矛盾。这尤其意味着，在保护壳体上采取的可降低传感器的液体载荷的措施常常也同时导致传感器动态性的降低。其原因是，传感器元件附近的尽可能快速的气体交换会促进传感器装置的动态性，但会提高传感器元件的液体负载，由此通常会降低热震方面的保护。在实践中这意味着，在所选的保护壳体中通常只能以令人满意的方式满足高动态性或高热震保护要求中的一个要求。
[0004]保护壳体自身可以一件式或多件式地构成，其中，特别经常使用的是具有两个保护管并且因此也被称为双保护管的保护壳体。具有两件式结构的保护壳体通常具有内壳体，所述内壳体包围传感器兀件，其中，所述内壳体被外壳体包围。通过这种布置，在内壳体与外壳体之间形成一个中间室，在该中间室中必要时设置另外的保护管、附加的壁结构或者安装在其中的部件。
[0005]由DE 10 2007 030 795 Al公开了在中间室中并且特别是在内保护管上布置用于结合液体的编织物、无纺布或针织物。由金属、例如由钢、半金属或金属氧化物构成的编织物或无纺布在此构造为软管形状，作为软管推套到内壳体上并且通过这种方式固定在内壳体上。所述编织物或无纺布在此特别是由与内壳体相同的钢制成。替代地，所述编织物或无纺布也能够以垫子形状环形地围绕内壳体的圆周布置。所述编织物或无纺布具有粗糙表面，出现的液滴可以在所述粗糙表面上沉积、分布并且又蒸发。所述编织物或无纺布如此布置在所述中间室中，以至于其至少遮盖从所述中间室通往内壳体的内空间的入口。
[0006]DE 200 04 514 Ul公开了一种两件式保护管，在这个两件式保护管的两个壁之间的中间室中如此设置陶瓷纤维材料，以至于流体介质只能在流经所述陶瓷纤维材料之后才能进入到内壳体的设有传感器元件的内空间。所述陶瓷纤维材料能够以脱脂棉、动物毛或无纺布的方式设置。此外，所述陶瓷纤维材料可以通过冲压陶瓷纤维盘的嵌入或者通过陶瓷纤维带的卷绕而放入到所述中间室中。在此，所述陶瓷纤维材料特别是具有由Al2O3和/或ZrO2构成的纤维，其中，陶瓷纤维具有2-5 μ m的厚度和至少Imm的长度。
[0007]EP 2 554 984 Al描述了一种由编结的编织物形式的陶瓷纤维构成的软管，其特别是可以放入到内壳体与外壳体之间的内空间中。该软管特别是具有Imm的厚度并且由编结的陶瓷纤维束构成，所述陶瓷纤维束包括抗热材料例如铝硼硅酸盐、铝硅酸盐或铝氧化物。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种传感器装置，用于检测流体介质、特别是内燃机废气的至少一个特性，其至少很大程度上克服了公知的限制和缺点。这种传感器特别是用于检测流体介质的至少一个特性，优选内燃机废气的特性，例如废气中的氧含量、氮含量和/或气态氢的含量。然而也可以考虑检测所述流体介质的其他特性。本发明的传感器装置由于其构造而特别适合于在高温、优选600°C至1000°C的范围内使用，但不局限于此。
[0009]本发明的传感器装置包括至少一个保护壳体，所述保护壳体设置用于接收至少一个传感器元件并且为了这个目的至少部分地包围所述传感器元件。保护壳体在此指的是一种装置，该装置被设置用于至少针对其余的、在安装传感器装置时和/或在传感器装置运行时出现的机械载荷和/或化学载荷保护传感器元件。为此，所述保护壳体至少部分地由刚性材料、特别是金属和/或合金和/或陶瓷制成，其特别是在以普通力、例如以普通螺接力固定所述保护壳体时不变形。特别是，所述保护壳体可被设置用于至少部分地对外包围传感器装置并且由此给予传感器装置的至少一部分一外部形状。所述保护壳体特别是可以被设置用于完全或者部分地放入到所述流体介质中，例如放入内燃机废气系统的废气中。
[0010]所述保护壳体可以构造为两件式或多件式，其中，所述保护壳体特别是构造为两件式并且相应地具有单独的内壳体,所述内壳体至少部分地包围传感器元件,其中,所述内壳体自身至少部分地被一外壳体包围。在此，所述内壳体和所述外壳体彼此相对如此地布置，以至于在所述内壳体与所述外壳体之间构造一个可以加载废气的中间室，所述中间室优选可具有环形空隙的形状。中间室的另外的构型也是可以考虑的。在另一构型中，所述保护壳体可具有至少一个另外的保护管，其优选可放入到所述内壳体与所述外壳体之间的中间室中。
[0011]本发明的装置包括至少一个陶瓷部件，所述陶瓷部件放入到内壳体与外壳体之间的中间室中。在此，“陶瓷”应理解为这样一种材料，该材料通常以两部分的制造方法由主要细粒度的无机原料制成。在所述制造方法的第一部分中在各种情况下由主要为细粒度的无机原料成形所谓的“基体”并且紧接着进行干燥。在所述制造方法的第二部分中通过以下方式获得陶瓷，也就是将所述基体经历一个通常高于700°c的燃烧方法，由此得到持久的硬物体。与之相对照，所谓的“烧结”需要在燃烧过程期间将温度提高到至少1200°C，在所述烧结方法中实现陶瓷的孔隙度的显著降低，直至消除。
[0012]本发明的传感器装置的特征是，放入内壳体与外壳体之间的中间室中的陶瓷部件以可延展多孔隙陶瓷织物的形式、特别是作为面状的二维纺织结构和/或优选作为三维立体纺织结构的形式存在。体的“孔隙度”是指没有维度的测量参量，其描述该体内部的空腔体积与该体的总体积之比。由此，孔隙度描述的是所涉及的体中实际存在的空腔的量度，其中，一个体的总孔隙度特别是由第一空腔(其相互连接和/或与该体的周围环境连接并且因此其总孔隙度百分比被称为所谓的“开放孔隙度”)和第二空腔(其相互隔离并且因此不相互连接并且其通常小百分比的总孔隙度被称为所谓的“闭合孔隙度”)之和得出。因此，在本情况中可通过使用陶瓷来通过选择燃烧温度调节相关的体之内的孔隙度。如果(就像在本例中那样)要采用的陶瓷具有尽可能高的孔隙度，则在制造该陶瓷时需注意的是，在为此所用的燃烧方法中的温度在任何情况下低于、优选远低于烧结时所用的温度。
[0013]“织物”指的是一维、二维和/或三维的结构，其能够以多种多样的实施方式存在，其主要组成部分包括纤维和由纤维制成的线状一维纺织结构。“纤维”在此指的是柔性结构，其长度与直径之比至少为3:1，特