一種氧傳感器封裝結構的製作方法
2023-06-25 08:09:41
一種氧傳感器封裝結構的製作方法
【專利摘要】一種氧傳感器封裝結構，主要包括金屬外殼和陶瓷探頭，其特徵在於：包括第一填料和第二填料，沿軸向並列分布於陶瓷探頭和金屬外殼之間，其中，第一填料與第二調料的體積壓縮率相差兩倍以上。本發明旨在利用不同體積壓縮比的第一、第二填料，從而降低封裝時的鉚接應力，獲得較好的封裝效果。同時，可提高產品的成品率、降低製造成本。
【專利說明】一種氧傳感器封裝結構
【技術領域】
[0001]本發明屬於發動機【技術領域】，具體涉及發動機管理系統，尤其涉及一種燃油噴射閉環控制用氧傳感器。
[0002]
【背景技術】
[0003]氧傳感器是實現發動機閉環控制的關鍵傳感器。其中，氧傳感器的封裝對氧傳感器性能起到關鍵作用。
[0004]目前汽車氧傳感器的封裝方法主要有:一種是在氧傳感器探頭和金屬外殼接觸面之間安裝紫銅片，通過紫銅片封裝時產生的彈性力來達到密封效果；還有一種就是氧傳感器探頭和金屬外殼之間填充密封填料，再封裝壓實來防止漏氣。以上方法都存在不同程度的缺陷，首先封裝時鉚接壓力大，對氧傳感器探頭的精度和強度要求比較高，容易造成封裝失敗，降低產品的成品率，提高製造成本。其次，由於在高溫環境下紫銅片的彈性力減弱，通過紫銅片彈性力封裝的方案達不到密封效果。而另一種在氧傳感器探頭和金屬外殼之間填充入密封填料的封裝方案則是在常溫下進行的，當傳感器工作在高溫環境時，由於氧傳感器探頭和金屬外殼的溫度膨脹係數不同，氧傳感器探頭和金屬外殼之間產生間隙，使得密封效果不好，甚至密封失效。國內也開發出了一種將玻璃導體在高溫下融化來填充氧傳感器探頭和金屬外殼之間的封裝方法，這種方法可以有效防止漏氣，並提高了產品的成品率，然而由於玻璃的絕熱性能，使得該類型的氧傳感器散熱、導電性能並不好。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有的問題，之目的在於提供一種氧傳感器封裝結構，在獲得較好的封裝效果的同時，降低鉚接壓力提高產品的成品率降低製造成本。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案實現，即一種氧傳感器封裝結構，包括金屬外殼和陶瓷探頭，其特徵在於:包括第一填料和第二填料，沿軸向並列分布於陶瓷探頭和金屬外殼之間。其中，第一填料與第二調料的體積壓縮率相差兩倍以上。陶瓷探頭包括一個參考氣體室，其特徵在於，在參考氣體室與大氣之間設置有一個或者多個透氣膜(透氣膜依附在一個塑料託盤上)，以阻隔參考氣體室與大氣之間的液體交換。在透氣膜與外界大氣之間覆蓋有一個保護罩，該保護罩可以由金屬材料製成，固定於塑料託盤之上。
[0007]上述氧傳感器封裝結構包含有幾種具體的實施方案，第一種:第一填料的體積壓縮性小於第二填料的體積壓縮性，其中第一填料為滑石粉，第二填料可以是柔性石墨或者EPTFE。第二種:第一填料的體積壓縮性大於第二填料的體積壓縮性，其中第一填料為柔性石墨，第二填料為金屬氧化物，例如AL203。由於氧傳感器是在常溫下封裝完成，金屬外殼和陶瓷探頭的線性膨脹係數不一樣，在氧傳感器作時，工作環境溫度比較高，金屬外殼和氧傳感器探頭之間會出現間隙，由本發明提供的相差兩倍以上體積壓縮率的第一和第二填料，在此時受熱會出現不同程度的膨脹迅速填充金屬外殼與氧傳感器探頭之間的間隙，進而防止氧傳感器漏氣，以達到較好的封裝效果。
[0008]上述第一種方案可以通過添加與第二填料相鄰的第三填料，(其中第三填料的體積壓縮性和第一填料接近)形成新的安裝方案，即方案三，在該方案中金屬骨架還可以安裝在第一填料或者是第二填料內。
[0009]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明提供的氧傳感器封裝之第一實施例結構圖；
圖2為本發明提供的氧傳感器金屬後蓋封裝結構圖；
圖3為本發明提供的氧傳感器封裝之第二實施例結構圖；
圖4為本發明提供的氧傳感器封裝之第三實施例結構圖；
圖5為本發明提供的氧傳感器彈性忖套立體圖；
圖6為本發明提供的氧傳感器陶瓷引線支架立體圖；
圖7為本發明提供的氧傳感器金屬外殼立體圖；
圖8為本發明提供的電極立體圖；
圖9為本發明提供的引線端子立體圖；
圖10為本發明提供的雙電極引線陶瓷支架立體圖；
圖11為本發明提供的雙電極陶瓷引線支架的三維剖視圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1顯示本發明提供的氧傳感器封裝第一實施例結構圖。所述氧傳感器封裝包括:安裝在金屬外殼15內部的氧傳感器探頭14，其中金屬外殼15的立體圖如圖7所示，氧傳感器探頭14為一個一端封閉的氧化鋯陶瓷錐管，在氧傳感器探頭14和金屬外殼15觸面部位安裝有紫銅片17用於導電和密封。金屬保護罩16安裝在金屬外殼15的前端，金屬保護殼16的側面有通氣孔16a。傳感器探頭14後端和金屬外殼15之間沿軸向依次分布著第一填料11、第二填料12、金屬蓋板13，金屬蓋板13可以是一個由金屬絲或金屬薄片製成的C型環。金屬外殼15通過鉚接的方式將第一填料11、第二填料12、金屬蓋板13以及氧傳感器探頭14固定。電極18位於氧傳感器內部開口端，其前端有兩個安裝齒18a，電極引線21連接電極18依次穿過陶瓷引線支架20、橡膠密封塞23和氧傳感器後蓋19延伸到氧傳感器I外部，在氧傳感器後蓋19中心部位有一個氧傳感器後蓋中心孔19a，橡膠密封塞23伸出於中心孔19a外，中間有沉頭型孔道，其中心孔道23a與後蓋中心孔19a同軸線。彈性忖套22位於陶瓷引線支架20和氧傳感器後蓋19之間，其立體圖如圖5。橡膠密封塞23安裝在氧傳感器後蓋19和陶瓷引線支架20之間，用於固定陶瓷引線支架20，防止其在氧傳感器I內晃動降低氧傳感器I的壽命。其中，陶瓷引線支架20立體圖如圖6。在橡膠密封塞23沉頭內安裝有防止其中心孔道23a擠壓發生變形的塑料進氣嘴26，塑料進氣嘴26後端面26a與金屬保護罩25之間安裝有防水透氣膜24，用於阻隔參考氣體室與外界之間的液體交換，防水透氣膜24可以採用焊接的方式固定於塑料進氣嘴26後端面26a。沉頭端面23b、卡口25a以及進氣嘴26構成一條進氣道27。金屬保護罩25前端卡扣25a鎖於塑料進氣嘴26後端，使透氣膜24免於被外力破壞。在透氣膜24與金屬罩內壁面25b之間可放置金屬透氣網，使空氣更容易流入進氣嘴26。氧傳感器探頭14外部有用於封裝限位的環狀凸臺14a，氣體參照室14b位於氧傳感器探頭14內部封閉端。待測氣體參照室16b處於金屬保護罩16內部。
[0012]氧傳感器I的工作過程:
大氣由進氣道27進入，經透氣膜24過濾掉其中的水分和其他固體顆粒物後，進入塑料進氣嘴26，再透過陶瓷引線支架20，在氧傳感器探頭14的內表面發生氧化還原反應，將空氣中的氧氣還原為氧離子，氧離子吸附在氧傳感器探頭14的內表面。同時，汽車尾氣由待通氣孔16a進入待測氣體參照室16b，在氧傳感探頭14的外表面發生氧化還原反應，生成氧離子並吸附在氧傳感器探頭14的外表面。由於氧傳感器探頭14內外側的氧濃度不一樣，所以兩側產生的氧離子數目也不一樣。氧傳感器探頭14內側電勢由帶電極引線21的電極18測出。由於，氧傳感器探頭14外側接地，其電勢為O，可以求得氧傳感器探頭兩側的電勢差，由於大氣中氧濃度是已知的，進而可以求得汽車尾氣中的氧濃度。
[0013]上述氧傳感器I的第一填料11與第二填料12的體積壓縮比相差兩倍以上。該傳感器有以下兩種封裝方案，第一種:第一填料的體積壓縮比小於第二填料的體積壓縮比，其中第一填料為滑石粉，第二填料為柔性石墨或者EPTFE。第二種:第一填料的體積壓縮比大於第二填料的體積壓縮比，其中第一填料為柔性石墨，第二填料為金屬氧化物，例如AL203。
圖2顯示為本發明提供的氧傳感器金屬後蓋封裝結構圖。圖示在氧傳感器I的彈性忖套22和氧傳感器金屬後蓋19結合部位採取徑向鍛壓的方式，將彈性忖套22與氧傳感器後蓋19固定在一起，也就將氧傳感器I的後端包括陶瓷引線支架20、電極引線21、橡膠密封塞23等部件固定在一起，來達到比較好的封裝效果。
[0014]圖3顯示為本發明提供的氧傳感器封裝第二實施例結構圖。本實施例的封裝結構與第一實施例大體相似，不同之處在於:在氧傳感器探頭14開口端外部和金屬外殼15之間沿軸向依次分布第一填料11、第二填料12、第三填料11a。金屬保護罩16和金屬外殼15之間通過金屬外殼鉚接部15b以鉚接的方式連接在一起。待測氣體參照室透氣孔16a位於金屬外殼保護罩16的中心。
[0015]本實施例所述封裝結構中，第一填料11與第二填料12的體積壓縮比相差兩倍以上。第一填料11的體積壓縮比小於第二填料的體積壓縮比，其中第一填料11為滑石粉，第二填料12為柔性石墨或者EPTFE，第三填料Ila和第二填料12相鄰，其體積壓縮比與第一填料11接近，金屬骨架13位於第三填料Ila內。
[0016]本實施例所述封裝結構中，金屬骨架13也可以包含於第一填料11或者第二填料12形成兩種新的封裝結構。
[0017]圖4顯示為本發明提供的氧傳感器封裝第三實施例結構圖。本實施例的封裝於第一實施例部分相似，氧傳感器金屬保護罩16位於氧傳感器探頭14的前端，在其中心部位有一個通氣孔16a。在金屬外殼15和氧傳感器探頭14之間沿軸向依次分布得著著隔熱陶瓷31、第一填料11、第二填料12、第三填料I Ia及金屬骨架13。電極引線30a —端連接位於雙電極陶瓷引線支架上半部29a中的電極端子28a，另一端延伸到氧傳感器I外部。同樣，電極引線30b —端連接位於雙電極陶瓷弓I線支架下半部29b中的電極弓I線端子28b，另一端延伸到氧傳感器I外部，其中電極引線端子28a (b)立體圖如圖9。
[0018]本實施例中第一填料11和第二填料12的體積壓縮比相差兩倍以上，其中第一填料11為滑石粉，第二填料12為柔性石墨或者EPTFE，第三填料Ila和第二填料12相鄰，其體積壓縮比與第一填料11接近。
[0019]圖8顯示為本發明提供的電極立體圖。電極18前端有兩個安裝齒18a，安裝齒18a便於電極18的安裝定位，提高封裝效率。
[0020]圖10顯示為本發明提供的雙電極引線陶瓷支架立體圖。圖示雙電極陶瓷引線支架29為對稱式結構，其特徵為:包含雙電極陶瓷引線支架左半部29a和雙電極陶瓷引線支架右半部29b，其三維剖視圖如圖11所示。
[0021]基於本發明精神實質的其它進一步的方案均屬於本發明應屬保護權利範圍。
【權利要求】
1.一種氧傳感器封裝結構，包括金屬外殼和陶瓷探頭，其特徵在於:包括第一填料和第二填料，沿軸向並列分布於陶瓷探頭和金屬外殼之間，其中，第一填料與第二填料的體積壓縮率相差兩倍以上。
2.如權利要求1所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第一填料的體積壓縮性小於第二填料的體積壓縮性。
3.如權利要求1所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第一填料的體積壓縮性大於第二填料的體積壓縮性。
4.如權利要求2所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第二填料包括柔性石墨。
5.如權利要求3所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第一填料包括柔性石墨。
6.如權利要求4所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，包括與第二填料並列相鄰的第三填料，第三填料的體積壓縮比與第一填料相近。
7.如權利要求6所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第三填料包括金屬骨架。
8.如權利要求7所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第一填料包括金屬骨架。
9.如權利要求8所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，第二填料包括金屬骨架。
10.如權利要求1-9之一項所述氧傳感器封裝結構，其陶瓷探頭包括一個參考氣體室，其特徵在於，在參考氣體室與大氣之間設置有一個或者多個透氣膜，以阻隔參考氣體室與大氣之間的液體交換。
11.如權利要求10所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，透氣膜依附在一個塑料託盤上。
12.如權利要求11所述氧傳感器封裝結構，其特徵在於，在透氣膜的外側覆蓋有一個保護罩，所述保護罩固定於塑料託盤。
【文檔編號】G01N27/60GK104422728SQ201310376142
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】郗大光, 樂起獎, 鄭遠師 申請人:浙江福愛電子有限公司