JPS61502702A - ガス中の酸素含量を測定するセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス中の酸素含量を測定するセンサ 技術水準 本発明は請求の範囲第１項の概念によるガス中の酸素含量を測定するセンサに関 する。この種のセンサはすでに公知であり（西独特許ｇ２５３８５３６号明細書 ）、このセンサはほぼセラミック材料からなる測定要素（固体電解質管）の管状 金属ケーシングから測定ガス側に突出する部分を離れて包囲する保護管を有する 。この保護管はその側壁に測定ガスの入口として多数の孔を有し、測定ガス側底 部に測定ガスの出口として小直径の孔を有する。保護管の側壁管にある孔は、測 定ガスを保護管の内面に対しほぼ接線方向に導き、それによって測定要素を測定 ガスに含まれる固体粒子による＠−Ｓから十分保護するように、保護管に形成さ れる。

請求の範囲第１項の特徴を有する本発明のセンサはこれに反し測定ガスの測定要 素に対する案内が異なるため、かつ保護管の特殊な形成により測定要素の汚染ま たは中毒（オイルアツシ、鉛の反応生成物、エンジンの弁等の金属ダスト）が著 しく減少し、これが著しい寿命延長に貢献する利点を有する。他の利点として保 護管が前記性質のため代表的でない測定がスピークの際の誤制御を防ぎ、かつ高 い酸素含量から低い酸素含量の方向およびその逆の応答時間が同じ長さであるこ とを可能にし、それによって電子評価回路の簡単化をもたらすことが挙げられる 。測定要素が抵抗加熱要素を備える場合、この保護管のためさらにエネルギー節 約が生ずる。

図面 本発明の実施例を図面に示し、以下の記載で詳細に説明する。図面はセンサの側 面を拡大して示し、センサの測定ガス側端部は縦断面として示される。

実施例の記載 ガス中の酸素含量を測定する図示のセンサ１０はとくに内燃機関の排ガス中で使 用することが予期される；このようなセンサ１０の原理的構造はすでに西独実用 新案第８１０１５８４号明細書から公知である。このセンサ１０はイオン電導性 固体電解質を有する酸素濃淡電池の公知原理により動作する；固体電解質として はとくに安定化した立方晶系２酸化ジルコニウムが使用される。固体電解質はこ の例では測定ガス側に膝部１２を有する固体電解質管１１として形成される。

この固体電解質管１１の外面および内面の層状電極の表示および測定ガスにさら される電極の保護層は省略した；これらの電極はとくに多孔性の層とじて固体電 解質管１１に被覆され、公知法で電気的接続部と接続し、その少なくとも１つは 接続側ケーブル１３に通ずる：通常固体電解質管１１の外面にある触媒作用を有 する電極は電気的にアースした金属ケーシング１４と接続している。固体電解質 管１１の内部空間１５へ棒状の抵抗加熱要素１６が突入し、この要素は内部空間 １５をほぼ充てんし、固体電解質管１１の底部１２近くまで達する：しかしこの センサ１０の多くの使用の場合、抵抗加熱要素１６の配置は省略することができ る。固体電解質管１１の内部空間１５は参照ガス（たとえば空気）にさらされ、 このガスは前記の図示されていない対極と接触している。とのセンサ１０のその 他の構造は西独実用新案第８１０１５８４号明細書に記載のセンサの構造にほぼ 相当する：金属ケーシング１４に失われないように固定したシールリング１Ｔの みが付加的に示される。

固体電解質管１１の金属ケーシング１４から測定ガス側に突出する部分はとくに 耐食性鋼板からなるコツプ状保護管１８によって包囲される。この保護管１８は その開放端部に外向きのフランジ１９を有し、このフランジは波形ワッシャ状に 形成され、金属ケーシング１４の端面で折返し縁２０により固定される。保護管 １８は固体電解質管１１を離れて包囲し、測定ガス側に凸のキャップとして形成 した底部２１を有する。

このキャップ状底部２１のもつとも遠く突出する範囲に乳頭状の凸の隆起２２が 配置され、この隆起はとくに円錐台状に形成され、測定ガス側に細くなる。この 隆起２２は測定ガスの入口として設けた孔２３を含む。

この孔２３は２５朋の直径を有するけれど：適用の場合に応じて１〜４朋とくに ２〜３朋の直径を有する。

孔２３を包囲する隆起２２はこの場合１朋の高さを有するけれど、適用の場合に 応じて０．３〜２正、とくに０．４〜１．５朋の高さを有する。キャップ状底部 ２１の高さは４朋であるけれど、適用の場合に応じて２，５〜６＋＋ＩＮ、とく に３〜５」である。このような保護管１８の全長は２０朋であるけれど、適用の 場合に応じて１２〜６０７Ｉ１１！、とくに１８〜２５ｍｍである。

保護管１８の内部空間からの測定ガスの出口として保護管１８の側壁２４に６つ の孔２５が配置され、この孔は金属ケーシング１４の測定ガス側端部の近くに存 在し、この場合金属ケーシング１４のこの端部から５朋より小さいとくに１．５ 〜６順の距離を有する。この例ではこの距離は２朋である。保護管１８の側壁２ ４内のこの孔２５の自由断面はとくにその高さが０．５ｍｍ、その幅が２ｕであ るように選択される；使用の場合に応じてこの孔はその自由断面を高さ０．６〜 １ｍｍ　ｘ幅１〜６ｎの間で変化することができる。この孔２５の数は使用の場 合に応じて６〜９、しかしとくに４〜６である。有利にこの孔２５は保護管１８ の側壁２４に保護管１８の縦軸に対し直角方向のただ１つの平面内に配置される 。

中心にガス入口としての孔２３を含む隆起２２とともにこの保護管１８の有利な 作用には迂回装置２６の配置および形成が重要であり、この迂回装置は孔２５か ら出る測定ガスを保護管１８の縦軸に対し鋭角的に循環するように案内する。こ の迂回装置２６はとくに保護管１８の側壁２４へ切込んで曲げである。この舌状 迂回装置２６はその自由端が保護管１８の内部空間へ突入し、その際はぼセンサ １０の測定ガスと反対側の端部を向く。保護管１８の底部２１にある隆起２２は 測定ガス中にある固体粒子が保護管１８の内部空間へまったく入らないために役 立つけれど、ガス流出に役立つ孔２５のこの迂回装置２６は隆起２２の利点を支 持するとともにとくに誤制御の回避および電子評価回路の簡単化に関する前記利 点に作用する；孔２３および２５の小さい断面ならびにそれによって達成される 保護管１８を貫流する小さい測定ガス量は固体電解質管１１の内部空間２５に抵 抗加熱要素１６を含むセンサ１０の場合さらに加熱能力の減少に役立つ。

本発明のセンサ１１０の測定要素と、しては底部１２等を有する前記固体電解質 管１１のみならず、他の形態（たとえば米国特許第４０１１６５５号、第４２８ ３２６１号明細書に記載の小板状）または他の機能（たとえば米国特許第４００ ７．４５５号、第４０１１６５５号明細書に記載の抵抗または導電性変化）の測 定要素を使用することもできる。；シかしこれらすべての測定要素は固体である 。

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Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．固体物質のみからなる測定要素を有し、この要素が一部管状金属ケーシング によつて気密に包囲され、その測定ガスにさらされる部分がコツプ状の保護管を 備え、この保護管がその１つの端部で金属ケーシングに固定され、その他の範囲 で測定要素の金属ケーシングから測定ガス側に突出する部分を離れて包囲し、測 定ガスのため測定ガス側底部に１つの孔および側壁に迂回装置を備える多数の孔 を有する、ガスとくに内燃機関の排ガス中の酸素含量を測定するセンサにおいて 、保護管の測定ガス側端部が凸のキヤツプとして形成され、そのもつとも遠くへ 突出する範囲に乳頭状隆起（２２）を有し、この隆起（２２）に測定ガス入口と して設けた孔（２３）を有し、かつ測定ガス出口として設けた多数の孔（２５） が設置され、その迂回装置（２６）が保護管（１８）を縦方向に貫流するガスを 保護管（１８）の縦軸に対し鋭角的に外側へ循環案内するように向いていること を特徴とするガス中の酸素含量を測定するセンサ。
2. ２．保護管（１８）の孔（２５）が金属ケーシング（１４）の測定ガス側端部近 くに存在することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。
3. ３．保護管（１８）が金属からなることを特徴とする請求の範囲第１項または第 ２項記載のセンサ。
4. ４．保護管（１８）が１２〜３０ｍｍとくに１８〜２５ｍｍの全長を有すること を特徴とする請求の範囲第１項から第３項までの１項に記載のセンサ。
5. ５．保護管（１８）の底部（２１）の測定ガス入口として設けた孔（２３）が１ 〜４ｍｍ、とくに２〜３ｍｍの直径を有することを特徴とする請求の範囲第１項 から第４項までの１項に記載のセンサ。
6. ６．保護管（１８）の乳頭状隆起（２２）が０．３〜２ｍｍ、とくに０．４〜１ ．５ｍｍの高さを有することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までの１ 項に記載のセンサ。
7. ７．保護管（１８）の隆起（２２）が凸であることを特徴とする請求の範囲第６ 項記載のセンサ。
8. ８．保護管（１８）のキヤツプ状底部（２１）の隆起（２２）が円錐台形に形成 されていることを特徴とする請求の範囲第６項記載のセンサ。
9. ９．保護管（１８）のキヤツプ状底部（２１）が２．５〜６ｍｍとくに３〜５ｍ ｍの高さを有することを特徴とする請求の範囲第１項から第８項までの１項に記 載のセンサ。
10. １０．保護管（１８）の側壁（２４）にある測定ガスの出口として役立つ孔（２ ５）が金属ケーシング（１４）の測定ガス側端部から５ｍｍより小さいとくに１ ．５〜３ｍｍの距離を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第９項まで の１項に記載のセンサ。
11. １１．保護管（１８）の側壁（２４）にある測定ガスの出口として役立つ孔（２ ５）が０．３〜１ｍｍ（高さ）×１〜３ｍｍ（幅）とくに０．５ｍｍ（高さ）× ２ｍｍ（幅）の自由断面を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第１０ 項までの１項に記載のセンサ。
12. １２．測定ガスの出口として設けた孔（２５）の迂回装置（２６）が保護管（１ ８）の側壁（２４）へ切込んで曲げた舌状片として形成され、その自由端が保護 管（１８）内へ突入し、センサ（１０）の測定ガスに遠い端部を向いていること を特徴とする請求の範囲第１項から第１１項までの１項に記載のセンサ。
13. １３．保護管（１８）がその側壁（２４）に測定ガスの出口として設けた３〜９ とくに４〜６の孔（２５）を有し、この孔がとくに保護管（１８）の縦軸に対し 直角のただ１つの平面内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項か ら第１２項までの１項に記載のセンサ。
14. １４．保護管（１８）の開いた端部が外側へ向く固定フランジ（１９）を備え、 このフランジがとくに波形ワツシヤのプロフイルを有することを特徴とする請求 の範囲第１項から第１３項までの１項に記載のセンサ。