專利名稱：一種使用壽命提高的顆粒物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛尾氣排放控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種使用壽命提高的顆粒物傳感器。
背景技術(shù)：
柴油車在節(jié)能與CO2減排等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)柴油車尾氣排放的顆粒物對(duì)人體和環(huán)境造成影響。顆粒物排放中PM2. 5以下的占80%，且大的顆粒是由小的顆粒團(tuán)聚而成。我國(guó)現(xiàn)在正在加強(qiáng)PM2. 5的檢測(cè)，為制定更嚴(yán)格的排放法規(guī)作準(zhǔn)備。當(dāng)前歐美國(guó)家已在柴油車上廣泛應(yīng)用顆粒捕集器(DPF)來(lái)去除廢氣中的大多數(shù)顆粒。DPF系統(tǒng)的可靠再生和失效監(jiān)測(cè)需要用車載診斷系統(tǒng)(OBD)。國(guó)內(nèi)外的OBD排放法規(guī)在檢測(cè)顆粒傳感器功能上有更嚴(yán)格的要求。美國(guó)加州制定了 2013年開始執(zhí)行的OBD排放法規(guī)，乘用車和輕型車的顆粒物限值將下降為17. 5mg/ mile (約10. 8mg/km)。歐盟已經(jīng)擬定了關(guān)于乘用車法規(guī)的草案，排放標(biāo)準(zhǔn)分三步實(shí)施，2014 達(dá)到20mg/km, 2016年達(dá)到9mg/km,最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求4. 5mg/km。我國(guó)還未制定相關(guān)的OBD
限值法規(guī)。隨著OBD限值法規(guī)的不斷嚴(yán)格，需要新型的顆粒傳感器精確的監(jiān)測(cè)PM的數(shù)值，開展車載診斷系統(tǒng)中新型顆粒物傳感器的研究工作對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排具有積極的意義， 可以預(yù)見有廣闊的市場(chǎng)前景。德國(guó)羅伯特 博世有限公司(BOSCH)，日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社(NTK)等企業(yè)都在研究顆粒物傳感器；B0SCH與NTK設(shè)計(jì)的顆粒物傳感器為平板式電容與電阻形態(tài)，在一個(gè)陶瓷基片上做上多條電極，當(dāng)顆粒物經(jīng)過(guò)時(shí)，由于顆粒物濃度不同，電極間的電容量或電阻值發(fā)生變化。顆粒物不斷在電極表面沉積，此時(shí)傳感器的電參數(shù)量實(shí)際是瞬時(shí)顆粒物濃度與長(zhǎng)時(shí)間沉積的疊加，并且長(zhǎng)時(shí)間的沉積所產(chǎn)生的影響更大，這種傳感器將起不到測(cè)量瞬時(shí)顆粒物濃度的作用，分辨精度達(dá)不到10mg/km，滿足不了控制排放的要求。有些顆粒物傳感器由于內(nèi)部密封效果較差，測(cè)量尾氣中的顆粒物時(shí)，一些電路引線、外殼等的氧化污染物將會(huì)在間隙內(nèi)附著，影響測(cè)量精度和使用壽命?，F(xiàn)有顆粒物傳感器采用彈簧壓實(shí)密封來(lái)提高密封效果，如圖I所示，美國(guó)專利US8047054 Particulate Matter Sensor中通過(guò)測(cè)量感應(yīng)棒20表面上的電勢(shì)或者電勢(shì)變化量來(lái)檢測(cè)顆粒物濃度的，電連接器21和底座19之間設(shè)置彈簧22，彈簧22將電連接器21和底座19往外推，以保證電連接器21和底座19與外部緊密配合，提高密封性。但是，彈簧是由金屬材料制成，在高溫下容易退火，因而會(huì)失去原有的硬度，改變彈簧伸縮性，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的密封效果。密封性降低后將會(huì)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象，高溫的被測(cè)量氣體流入電纜部分導(dǎo)致電纜絕緣層無(wú)法承受，從而無(wú)法引線；甚至還會(huì)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，產(chǎn)生更大的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中顆粒物傳感器密封性差，使用壽命較短的不足，本發(fā)明提供一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，顆粒物傳感器密封效果好，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，具有外殼、筒狀的保護(hù)件、設(shè)置在外殼內(nèi)并與外殼絕緣的電極、用于檢測(cè)顆粒物濃度的尾氣流動(dòng)空間和用于設(shè)置電路的密封空間，外殼一端與保護(hù)件一端密封連接，所述的保護(hù)件上設(shè)有尾氣進(jìn)口和尾氣出口，所述的尾氣流動(dòng)空間為筒狀的保護(hù)件的內(nèi)部空間以及外殼靠近尾氣進(jìn)口的內(nèi)部空間，所述的密封空間為外殼遠(yuǎn)離尾氣進(jìn)口的內(nèi)部空間與電極之間的空間；所述的尾氣流動(dòng)空間與密封空間連接處設(shè)有迷宮式的顆粒物阻擋器，所述的顆粒物阻擋器包括至少一道設(shè)置在外殼內(nèi)壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道形成轉(zhuǎn)彎道的凸肩。一般地，所述的尾氣流動(dòng)空間的截面為環(huán)形，顆粒物阻擋器包括兩道環(huán)形凸肩，分別為第一凸肩和第二凸肩，第一凸肩設(shè)置在外殼內(nèi)壁上，第二凸肩設(shè)置在電極外壁上，所述的第一凸肩與第二凸肩互相錯(cuò)開設(shè)置。為了使顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道形成轉(zhuǎn)彎道，提高顆粒物阻擋器的阻擋效果，所述的第一凸肩的內(nèi)徑dl小于或等于第二凸肩的外徑d2。尾氣流動(dòng)的間距太大，將不能起到阻擋顆粒物的密封效果；間距太小，將會(huì)導(dǎo)致電極放電，而不是在電極表面積累了一定厚度的顆粒物后才放電，為了保證顆粒物傳感器正常工作，所述的顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道的間距d為O. 8_ 2_。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，尾氣經(jīng)過(guò)多道彎到達(dá)密封空間，由于轉(zhuǎn)彎的作用，有效防止了顆粒物沉積，延長(zhǎng)加熱器一次工作的時(shí)間，提高工作效率，從而延長(zhǎng)了顆粒物傳感器的使用壽命。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是美國(guó)專利US8047054 Particulate Matter Sensor實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖。圖2是本發(fā)明的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A處的局部放大圖。圖4是本發(fā)明的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實(shí)施例的氣體在尾氣流動(dòng)空間內(nèi)的流向示意圖。圖I中19、底座，20、感應(yīng)棒，21、電連接器，22、彈簧。圖2、圖3和圖4中I、外殼，2-1、電極吸杯，2-2、電極棒，3、尾氣流動(dòng)空間，4、密封空間，5、地屏蔽層，6、金屬屏蔽層，7、加熱體，8、正極，9、負(fù)極，10、隔離層，11、粉末填料層，12-1、第一金屬密封環(huán)，12-2、第二金屬密封環(huán)，12-3、第三金屬密封環(huán)，13、外側(cè)保護(hù)件, 13-1、外側(cè)進(jìn)氣孔，14、保護(hù)件，14-1、凸出部，14-2、尾氣出口，14-3、尾氣進(jìn)口，15-1、第一凸肩，15-2、第二凸肩，17、陶瓷絕緣層，18、凸圈，d，流動(dòng)通道的間距，dl、第一凸肩的內(nèi)徑，d2、 第二凸肩的外徑。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以
4示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖2、圖3所示，本發(fā)明的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具有外殼I、筒狀的保護(hù)件14、設(shè)置在外殼I內(nèi)并與外殼I絕緣的電極、用于檢測(cè)顆粒物濃度的尾氣流動(dòng)空間3和用于設(shè)置電路的密封空間4，所述的外殼I為導(dǎo)電材料，外殼I接地，所述的電極與高壓電源連接，所述的高壓電源的電壓為800V 1500V ;外殼I 一端與保護(hù)件14 一端密封連接，所述的保護(hù)件14上設(shè)有尾氣進(jìn)口 14-3和尾氣出口 14-2，所述的尾氣流動(dòng)空間3為筒狀的保護(hù)件14的內(nèi)部空間以及外殼I靠近尾氣進(jìn)口 14-3的內(nèi)部空間， 所述的密封空間4為外殼I遠(yuǎn)離尾氣進(jìn)口 14-3的內(nèi)部空間與電極之間的空間。電極在尾氣流動(dòng)空間3部分為一個(gè)電極吸杯2-1，在密封空間4部分為帶外螺紋的電極棒2-2，電極吸杯2-1與電極棒2-2螺紋連接，電極棒2-2外圍包覆有一層陶瓷絕緣層 17。尾氣流動(dòng)空間3與密封空間4連接處設(shè)有迷宮式的顆粒物阻擋器，顆粒物阻擋器包括用于使顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道形成多個(gè)轉(zhuǎn)彎道的第一凸肩15-1和第二凸肩15-2， 第二凸肩15-2為一個(gè)與外殼I的內(nèi)壁緊密連接的環(huán)形密封擋板，第一凸肩15-1設(shè)置在尾氣流動(dòng)空間3內(nèi)、靠近密封空間4處的電極外表面上,與電極為一體結(jié)構(gòu)。第一凸肩15-1 與第二凸肩15-2互相錯(cuò)開設(shè)置,第一凸肩15-1的內(nèi)徑dl小于或等于第二凸肩15-2的外徑d2，顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道的間距d為O. 8mm 2mm。密封空間4內(nèi)、電極外圍設(shè)有金屬屏蔽層6，金屬屏蔽層6接地，并且與電極絕緣。密封空間4內(nèi)設(shè)有加熱器，加熱器包括加熱體7、正極8和負(fù)極9，加熱體7位于靠近尾氣流動(dòng)空間3的一端，負(fù)極9接地，加熱體7、正極8和負(fù)極9上均包覆絕緣且耐高溫的隔離層10，加熱體7、正極8和負(fù)極9上包覆的隔離層10材料為陶瓷。加熱器的負(fù)極9與外殼I之間設(shè)有地屏蔽層5。加熱器的負(fù)極9、外殼I和地屏蔽層5互相連通；或者根據(jù)電路要求，所述的加熱器的負(fù)極9與地屏蔽層5互相連通并向外獨(dú)立引出導(dǎo)線，所述的加熱器的負(fù)極9和地屏蔽層5均與外殼I絕緣。還具有用于控制加熱器啟停的電阻傳感控制電路，當(dāng)金屬屏蔽層6與地屏蔽層5 之間的阻值小于一定值時(shí)，電阻傳感控制電路控制加熱器啟動(dòng)。密封空間4內(nèi)、外殼I與加熱器之間的間隙通過(guò)粉末填料層11和/或金屬密封環(huán)密封在電極吸杯2-1與密封空間4內(nèi)的陶瓷絕緣層17的接觸面上設(shè)置第一金屬密封環(huán) 12-1 ;加熱器的隔離層10的內(nèi)表面設(shè)有凸圈18，電極棒2-2外圍的陶瓷絕緣層17設(shè)置與凸圈18相配合的凹槽，在凸圈18與凹槽配合處設(shè)有第二金屬密封環(huán)12-2和第三金屬密封環(huán)12-3 ;在密封空間4內(nèi)的加熱器與外殼I的間隙處設(shè)有粉末填料層11。尾氣流動(dòng)空間3還設(shè)置有筒狀的外側(cè)保護(hù)件13，外側(cè)保護(hù)件13 —端與外殼I 一端密封連接，另一端端面上開設(shè)有用于將尾氣導(dǎo)入外側(cè)保護(hù)件13內(nèi)部的外側(cè)進(jìn)氣孔13-1，并且保護(hù)件14具有從外側(cè)保護(hù)件13帶有外側(cè)進(jìn)氣孔13-1 —端的端面伸出的凸出部14-1，尾氣出口 14-2開設(shè)在保護(hù)件14在凸出部14-1 一端的筒底面上，外殼I遠(yuǎn)離凸出部14-1的一端以及外側(cè)保護(hù)件13套裝在保護(hù)件14外部，保護(hù)件14套裝在電極靠近尾氣進(jìn)口 14-3 的外部，尾氣進(jìn)口 14-3開設(shè)在保護(hù)件14遠(yuǎn)離凸出部14-1 一端，尾氣進(jìn)口 14-3為圓孔，在保護(hù)件14的圓周均布。
氣體在尾氣流動(dòng)空間4內(nèi)的流向如圖4所示。待測(cè)尾氣從外側(cè)進(jìn)氣孔13-1進(jìn)入外側(cè)保護(hù)件13和保護(hù)件14的間隙內(nèi)，流向外殼I與保護(hù)件14之間的間隙，隨后通過(guò)尾氣進(jìn)口 14-3進(jìn)入保護(hù)件14與電極吸杯2-1的間隙，分成兩股流動(dòng)路線，大部分待測(cè)尾氣往顆粒物傳感器的頭部方向流動(dòng)，從尾氣出口 14-2流出；另外有一小部分待測(cè)尾氣將往顆粒物傳感器的尾部方向流動(dòng)，進(jìn)入顆粒物阻擋器。實(shí)施例中顆粒物傳感器的測(cè)量方法將外殼I接地,在電極上施加高電壓，電壓范圍為800V 1500V，待測(cè)氣體從尾氣進(jìn)口 14-3進(jìn)入尾氣流動(dòng)空間3，流過(guò)電極與外殼I間的間隙，待測(cè)氣體中的顆粒物被高壓電極電離或極化成導(dǎo)體，且待測(cè)氣體中的其他物質(zhì)沒(méi)有很大變化，測(cè)量電極與外殼I之間的漏電流、電容容量或電阻阻值，按照電極與外殼I之間的漏電流、電容容量或電阻阻值與顆粒物的濃度的函數(shù)關(guān)系得出待測(cè)氣體中顆粒物的濃度。電極與外殼I之間的漏電流、電容容量或電阻阻值與顆粒物濃度的函數(shù)關(guān)系是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的，實(shí)驗(yàn)中顆粒物濃度值由激光顆粒物濃度分析儀(AVL 483 Micro Soot Sensor, AVL李斯特公司生產(chǎn))測(cè)量得出，然后將顆粒物濃度值與本發(fā)明的顆粒物傳感器測(cè)得的漏電流值或電容容量或電阻阻值描點(diǎn)畫圖得出函數(shù)關(guān)系。金屬屏蔽層6與地屏蔽層5之間的電阻阻值隨間隙中沉積的顆粒物的增加而變小，當(dāng)金屬屏蔽層6與地屏蔽層5之間的電阻阻值小于一定值時(shí)，加熱體7開始加熱，使密封空間4升溫，燃燒沉積在密封空間4內(nèi)壁上的顆粒物。電極本身放電燃燒掉尾氣流動(dòng)空間3內(nèi)沉積的顆粒物。根據(jù)不同溫度下測(cè)得的漏電流、電容容量或電阻阻值與顆粒物濃度的函數(shù)關(guān)系， 將加熱器的電阻值作為測(cè)量顆粒物傳感器工作溫度的溫度傳感器，信號(hào)輸出電路通過(guò)測(cè)量加熱器的電阻值大小對(duì)顆粒物傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理與補(bǔ)償。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，其特征在于具有外殼(I)、筒狀的保護(hù)件 (14)、設(shè)置在外殼(I)內(nèi)并與外殼(I)絕緣的電極、用于檢測(cè)顆粒物濃度的尾氣流動(dòng)空間(3)和用于設(shè)置電路的密封空間(4)，外殼(I) 一端與保護(hù)件(14) 一端密封連接，所述的保護(hù)件(14)上設(shè)有尾氣進(jìn)口(14-3)和尾氣出口(14-2)，所述的尾氣流動(dòng)空間(3)為筒狀的保護(hù)件(14)的內(nèi)部空間以及外殼(I)靠近尾氣進(jìn)口(14-3)的內(nèi)部空間，所述的密封空間⑷為外殼⑴遠(yuǎn)離尾氣進(jìn)口(14-3)的內(nèi)部空間與電極之間的空間；所述的尾氣流動(dòng)空間(3)與密封空間(4)連接處設(shè)有迷宮式的顆粒物阻擋器，所述的顆粒物阻擋器包括至少一道設(shè)置在外殼(I)內(nèi)壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道形成轉(zhuǎn)彎道的凸肩。
2.如權(quán)利要求I所述的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，其特征在于所述的尾氣流動(dòng)空間(3)的截面為環(huán)形，顆粒物阻擋器包括兩道環(huán)形凸肩，分別為第一凸肩(15-1)和第二凸肩(15-2),第一凸肩(15-1)設(shè)置在外殼(I)內(nèi)壁上，第二凸肩(15-2)設(shè)置在電極外壁上，所述的第一凸肩(15-1)與第二凸肩(15-2)相錯(cuò)開設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，其特征在于所述的第一凸肩(15-1)的內(nèi)徑dl小于或等于第二凸肩(15-2)的外徑d2。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，其特征在于 所述的顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道的間距d為O. 8mm 2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛尾氣排放控制的技術(shù)領(lǐng)域，一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，具有外殼、筒狀的保護(hù)件、設(shè)置在外殼內(nèi)并與外殼絕緣的電極、用于檢測(cè)顆粒物濃度的尾氣流動(dòng)空間和用于設(shè)置電路的密封空間；尾氣流動(dòng)空間與密封空間連接處設(shè)有迷宮式的顆粒物阻擋器，顆粒物阻擋器包括至少一道設(shè)置在外殼內(nèi)壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動(dòng)通道形成轉(zhuǎn)彎道的凸肩。本發(fā)明的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，尾氣經(jīng)過(guò)多道彎到達(dá)密封空間，由于轉(zhuǎn)彎的作用，防止了顆粒物沉積，延長(zhǎng)加熱器一次工作的時(shí)間，提高工作效率，延長(zhǎng)了顆粒物傳感器的使用壽命。
文檔編號(hào)G01N15/06GK102588057SQ20121003106
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者劉嶼, 肖建中, 藤衛(wèi)星, 陳烈 申請(qǐng)人:金壇鴻鑫電子科技有限公司