專利名稱：一種使用壽命提高的顆粒物傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛尾氣排放控制的技術領域，特別涉及ー種使用壽命提高的顆粒物傳感器。
背景技術：
柴油車在節能與CO2減排等方面具有一定的優勢。同時柴油車尾氣排放的顆粒物對人體和環境造成影響。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聚而成。我國現在正在加強PM2. 5的檢測，為制定更嚴格的排放法規作準備。當前歐美國家已在柴油車上廣泛應用顆粒捕集器(DPF)來去除廢氣中的大多數顆粒。DPF系統的可靠 再生和失效監測需要用車載診斷系統(OBD)。國內外的OBD排放法規在檢測顆粒傳感器功能上有更嚴格的要求。美國加州制定了 2013年開始執行的OBD排放法規，乘用車和輕型車的顆粒物限值將下降為17. 5mg/mile (約10. 8mg/km)。歐盟已經擬定了關于乘用車法規的草案，排放標準分三步實施，2014達到20mg/km, 2016年達到9mg/km,最終達到標準要求4. 5mg/km。我國還未制定相關的OBD
限值法規。隨著OBD限值法規的不斷嚴格，需要新型的顆粒傳感器精確的監測PM的數值，開展車載診斷系統中新型顆粒物傳感器的研究工作對環境保護和節能減排具有積極的意義，可以預見有廣闊的市場前景。德國羅伯特 博世有限公司(BOSCH)，日本特殊陶業株式會社(NTK)等企業都在研究顆粒物傳感器；B0SCH與NTK設計的顆粒物傳感器為平板式電容與電阻形態，在一個陶瓷基片上做上多條電極，當顆粒物經過吋，由于顆粒物濃度不同，電極間的電容量或電阻值發生變化。顆粒物不斷在電極表面沉積，此時傳感器的電參數量實際是瞬時顆粒物濃度與長時間沉積的疊加，并且長時間的沉積所產生的影響更大，這種傳感器將起不到測量瞬時顆粒物濃度的作用，分辨精度達不到10mg/km，滿足不了控制排放的要求。有些顆粒物傳感器由于內部密封效果較差，測量尾氣中的顆粒物時，一些電路引線、外殼等的氧化污染物將會在間隙內附著，影響測量精度和使用壽命。現有顆粒物傳感器采用彈簧壓實密封來提高密封效果，如圖I所示，美國專利US8047054 Particulate MatterSensor中通過測量感應棒20表面上的電勢或者電勢變化量來檢測顆粒物濃度的，電連接器21和底座19之間設置彈簧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，因而會失去原有的硬度，改變彈簧伸縮性，影響了整個結構的密封效果。密封性降低后將會產生漏氣現象，高溫的被測量氣體流入電纜部分導致電纜絕緣層無法承受，從而無法引線；甚至還會出現漏電現象，產生更大的測量誤差。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中顆粒物傳感器密封性差，使用壽命較短的不足，本實用新型提供ー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。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是ー種使用壽命提高的顆粒物傳感器，具有外殼、筒狀的保護件、設置在外殼內并與外殼絕緣的電極、用于檢測顆粒物濃度的尾氣流動空間和用于設置電路的密封空間，外殼一端與保護件一端密封連接，所述的保護件上設有尾氣進口和尾氣出口，所述的尾氣流動空間為筒狀的保護件的內部空間以及外殼靠近尾氣進ロ的內部空間，所述的密封空間為外殼遠離尾氣進ロ的內部空間與電極之間的空間；所述的尾氣流動空間與密封空間連接處設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置在外殼內壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動通道形成轉彎道的凸肩。一般地，所述的尾氣流動空間的截面為環形，顆粒物阻擋器包括兩道環形凸肩，分別為第一凸肩和第二凸肩，第一凸肩設置在外殼內壁上，第二凸肩設置在電極外壁上，所述的第一凸肩與第二凸肩互相錯開設置。為了使顆粒物阻擋器的流動通道形成轉彎道，提高顆粒物阻擋器的阻擋效果，所述的第一凸肩的內徑dl小于或等于第二凸肩的外徑d2。尾氣流動的間距太大，將不能起到阻擋顆粒物的密封效果；間距太小，將會導致電極放電，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通道的間距d為0. 8_ 2_。本實用新型的有益效果是，本實用新型的ー種使用壽命提高的顆粒物傳感器，尾氣經過多道彎到達密封空間，由于轉彎的作用，有效防止了顆粒物沉積，延長加熱器一次エ作的時間，提高工作效率，從而延長了顆粒物傳感器的使用壽命。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型進ー步說明。圖I是美國專利US8047054Particulate Matter Sensor實施例的結構不意圖。圖2是本實用新型的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實施例的結構示意圖。圖3是圖2中A處的局部放大圖。圖4是本實用新型的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實施例的氣體在尾氣流動空間內的流向不意圖。圖I中19、底座，20、感應棒，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、負極，10、隔離層，11、粉末填料層，12-1、第一金屬密封環，12-2、第二金屬密封環，12-3、第三金屬密封環，13、外側保護件，13-1、外側進氣孔，14、保護件，14-1、凸出部，14-2、尾氣出口，14-3、尾氣進ロ，15-1、第一凸肩，15-2、第二凸肩，17、陶瓷絕緣層，18、凸圈，d，流動通道的間距，dl、第一凸肩的內徑，d2、第二凸肩的外徑。
具體實施方式
現在結合附圖對本實用新型作進ー步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。如圖2、圖3所示，本實用新型的使用壽命提高的顆粒物傳感器最佳實施例的結構示意圖。具有外殼I、筒狀的保護件14、設置在外殼I內并與外殼I絕緣的電極、用于檢測顆粒物濃度的尾氣流動空間3和用于設置電路的密封空間4，所述的外殼I為導電材料，夕卜殼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 一端與保護件14 一端密封連接，所述的保護件14上設有尾氣進ロ 14-3和尾氣出ロ 14-2，所述的尾氣流動空間3為筒狀的保護件14的內部空間以及外殼I靠近尾氣進ロ 14-3的內部空間，所述的密封空間4為外殼I遠離尾氣進ロ 14-3的內部空間與電極之間的空間。電極在尾氣流動空間3部分為ー個電極吸杯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。尾氣流動空間3與密封空間4連接處設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通道形成多個轉彎道的第一凸肩15-1和第二凸肩15-2，第二凸肩15-2為ー個與外殼I的內壁緊密連接的環形密封擋板，第一凸肩15-1設置在尾氣流動空間3內、靠近密封空間4處的電極外表面上,與電極為一體結構。第一凸肩15-1與第二凸肩15-2互相錯開設置,第一凸肩15-1的內徑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通道的間距d為0. 8mm 2mm。密封空間4內、電極外圍設有金屬屏蔽層6，金屬屏蔽層6接地，并且與電極絕緣。密封空間4內設有加熱器，加熱器包括加熱體7、正極8和負極9，加熱體7位于靠近尾氣流動空間3的一端，負極9接地，加熱體7、正極8和負極9上均包覆絕緣且耐高溫的隔離層10，加熱體7、正極8和負極9上包覆的隔離層10材料為陶瓷。加熱器的負極9與外殼I之間設有地屏蔽層5。加熱器的負極9、外殼I和地屏蔽層5互相連通；或者根據電路要求，所述的加熱器的負極9與地屏蔽層5互相連通并向外獨立引出導線，所述的加熱器的負極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，當金屬屏蔽層6與地屏蔽層5之間的阻值小于一定值時，電阻傳感控制電路控制加熱器啟動。密封空間4內、外殼I與加熱器之間的間隙通過粉末填料層11和/或金屬密封環密封在電極吸杯2-1與密封空間4內的陶瓷絕緣層17的接觸面上設置第一金屬密封環12-1 ;加熱器的隔離層10的內表面設有凸圈18，電極棒2-2外圍的陶瓷絕緣層17設置與凸圈18相配合的凹槽，在凸圈18與凹槽配合處設有第二金屬密封環12-2和第三金屬密封環12-3 ;在密封空間4內的加熱器與外殼I的間隙處設有粉末填料層11。尾氣流動空間3還設置有筒狀的外側保護件13，外側保護件13 —端與外殼I 一端密封連接，另ー端端面上開設有用于將尾氣導入外側保護件13內部的外側進氣孔13-1，并且保護件14具有從外側保護件13帶有外側進氣孔13-1 —端的端面伸出的凸出部14-1，尾氣出口 14-2開設在保護件14在凸出部14-1 一端的筒底面上，外殼I遠離凸出部14-1的一端以及外側保護件13套裝在保護件14外部，保護件14套裝在電極靠近尾氣進ロ 14-3的外部，尾氣進ロ 14-3開設在保護件14遠離凸出部14-1 一端，尾氣進ロ 14-3為圓孔，在保護件14的圓周均布。[0031]氣體在尾氣流動空間4內的流向如圖4所示。待測尾氣從外側進氣孔13-1進入外側保護件13和保護件14的間隙內，流向外殼I與保護件14之間的間隙，隨后通過尾氣進ロ 14-3進入保護件14與電極吸杯2-1的間隙，分成兩股流動路線，大部分待測尾氣往顆粒物傳感器的頭部方向流動，從尾氣出口 14-2流出；另外有一小部分待測尾氣將往顆粒物傳感器的尾部方向流動，進入顆粒物阻擋器。實施例中顆粒物傳感器的測量方 法將外殼I接地,在電極上施加高電壓，電壓范圍為800V 1500V，待測氣體從尾氣進ロ 14-3進入尾氣流動空間3，流過電極與外殼I間的間隙，待測氣體中的顆粒物被高壓電極電離或極化成導體，且待測氣體中的其他物質沒有很大變化，測量電極與外殼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關系得出待測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關系是根據實驗得出的，實驗中顆粒物濃度值由激光顆粒物濃度分析儀(AVL 483Micro Soot Sensor,AVL李斯特公司生產)測量得出，然后將顆粒物濃度值與本實用新型的顆粒物傳感器測得的漏電流值或電容容量或電阻阻值描點畫圖得出函數關系。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増加而變小，當金屬屏蔽層6與地屏蔽層5之間的電阻阻值小于一定值時，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內壁上的顆粒物。電極本身放電燃燒掉尾氣流動空間3內沉積的顆粒物。根據不同溫度下測得的漏電流、電容容量或電阻阻值與顆粒物濃度的函數關系，將加熱器的電阻值作為測量顆粒物傳感器工作溫度的溫度傳感器，信號輸出電路通過測量加熱器的電阻值大小對顆粒物傳感器的輸出信號進行處理與補償。以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內，進行多祥的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求1.ー種使用壽命提高的顆粒物傳感器，其特征在干具有外殼(I)、筒狀的保護件(14)、設置在外殼(I)內并與外殼(I)絕緣的電極、用于檢測顆粒物濃度的尾氣流動空間(3)和用于設置電路的密封空間(4)，外殼(I) 一端與保護件(14) 一端密封連接，所述的保護件(14)上設有尾氣進ロ(14-3)和尾氣出口(14-2)，所述的尾氣流動空間(3)為筒狀的保護件(14)的內部空間以及外殼(I)靠近尾氣進ロ(14-3)的內部空間，所述的密封空間⑷為外殼⑴遠離尾氣進ロ(14-3)的內部空間與電極之間的空間；所述的尾氣流動空間(3)與密封空間(4)連接處設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置在外殼(I)內壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動通道形成轉彎道的凸肩。
2.如權利要求I所述的ー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空間(3)的截面為環形，顆粒物阻擋器包括兩道環形凸肩，分別為第一凸肩(15-1)和第二凸肩(15-2),第一凸肩(15-1)設置在外殼(I)內壁上，第二凸肩(15-2)設置在電極外壁上，所述的第一凸肩(15-1)與第二凸肩(15-2)相錯開設置。
3.如權利要求2所述的ー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)的內徑dl小于或等于第二凸肩(15-2)的外徑d2。
4.如權利要求I至3中任一項所述的ー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通道的間距d為0. 8mm 2mm。
專利摘要本實用新型涉及車輛尾氣排放控制的技術領域，一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，具有外殼、筒狀的保護件、設置在外殼內并與外殼絕緣的電極、用于檢測顆粒物濃度的尾氣流動空間和用于設置電路的密封空間；尾氣流動空間與密封空間連接處設有迷宮式的顆粒物阻擋器，顆粒物阻擋器包括至少一道設置在外殼內壁或電極外壁上、用于使顆粒物阻擋器的流動通道形成轉彎道的凸肩。本實用新型的一種使用壽命提高的顆粒物傳感器，尾氣經過多道彎到達密封空間，由于轉彎的作用，防止了顆粒物沉積，延長加熱器一次工作的時間，提高工作效率，延長了顆粒物傳感器的使用壽命。
文檔編號G01N15/06GK202520406SQ20122004501
公開日2012年11月7日 申請日期2012年2月10日 優先權日2012年2月10日
發明者劉嶼, 肖建中, 藤衛星, 陳烈 申請人:金壇鴻鑫電子科技有限公司