阅读说明：本技术 一种耐高温的气体传感器及其封装方法 (High-temperature-resistant gas sensor and packaging method thereof ) 是由 蒲友强 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气体传感器技术领域,具体涉及一种耐高温的气体传感器及其封装方法。传感器包括传感器原件和套管,传感器原件置于套管内,传感器原件包括检测端和电极端,传感器原件的检测端用于气体检测,传感器原件的电极端连接有导线,套管内部设有第一空腔和第二空腔,所述第一空腔内固定有引线装置,传感器原件的电极端与引线装置对接,电极端连接的导线从引线装置内引出,第二空腔用于放置传感器原件,在第二空腔内还设有瓷饼和陶瓷压环,瓷饼将传感器原件的电极端固定在第二空腔内,陶瓷压环将传感器原件的检测端固定在第二空腔内。本发明可以实现对传感器元件的固定、隔热和密封,具有更好的耐高温特性,能在高温环境中使用。(The invention relates to the technical field of gas sensors, in particular to a high-temperature-resistant gas sensor and a packaging method thereof. The sensor includes sensor original paper and sleeve pipe, and the sensor original paper is arranged in the sleeve pipe, and the sensor original paper includes sense terminal and electrode end, and the sense terminal of sensor original paper is used for gaseous detection, and the electrode end of sensor original paper is connected with the wire, and the inside first cavity and the second cavity of being equipped with of sleeve pipe, the first cavity internal fixation has the lead wire device, and the electrode end and the lead wire device butt joint of sensor original paper, the wire that the electrode end is connected are drawn forth from the lead wire device in, and the second cavity is used for placing the sensor original paper, still is equipped with ceramic cake and ceramic clamping ring in the second cavity, and the ceramic clamping ring is fixed the electrode end of sensor original paper in the second cavity, and the ceramic clamping ring is fixed the sense terminal. The invention can realize the fixation, heat insulation and sealing of the sensor element, has better high temperature resistance and can be used in high temperature environment.)

一种耐高温的气体传感器及其封装方法

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种耐高温的气体传感器及其封装方法。

背景技术

气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的电信号的装置。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，能使气体传感器的敏感特性达到最优。

现有的气体传感器，如用于气体分析的氧化锆传感器元件，通常在电极端采用橡胶件作为密封件，而且导线贯穿橡胶件后向外引出。由于橡胶件的耐热性能通常较差，在高温下易融化、变形或者长期受热辐射而劣化，从而使得传感器的密封性变差，影响气体传感器的基本特征。现有技术通常采用在橡胶件和传感器元件之间设置隔热装置来解决这一问题，但是并没有提高整个传感器的耐受温度，限制了这类传感器在高温环境下的应用。像天然气锅炉等烟气排放的环境温度通常在120℃以上，对于这类高温环境，普通的采用了橡胶件的传感器无法进行原位式测量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种耐高温的气体传感器及其封装方法，其应用时，可以实现对传感器元件的固定、隔热和密封，具有更好的耐高温特性，能在高温环境中使用。

本发明所采用的技术方案为：

一种耐高温的气体传感器及其封装方法，包括传感器原件和套管，传感器原件置于套管内，所述传感器原件包括检测端和电极端，传感器原件的检测端用于气体检测，传感器原件的电极端连接有导线，所述套管内部设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内固定有引线装置，传感器原件的电极端与引线装置对接，电极端连接的导线从引线装置内引出，所述第二空腔用于放置传感器原件，在第二空腔内还设有瓷饼和陶瓷压环，所述瓷饼将传感器原件的电极端固定在第二空腔内，所述陶瓷压环将传感器原件的检测端固定在第二空腔内。

作为上述技术方案的优选，所述引线装置为圆柱体，其与传感器原件电极端对接的部位设有限位槽，传感器原件的电极端固定在限位槽内，引线装置的内部沿轴向贯穿有过线孔，所述导线从过线孔内引出。

作为上述技术方案的优选，所述第二空腔的直径大于第一空腔的直径，所述引线装置设有限位槽一端的外壁设有第一凸台和第二凸台，第一凸台和第二凸台之间形成凹槽，引线装置的第一凸台和第二凸台所在端卡在第二空腔内，并通过瓷饼固定，另一端固定在第一空腔内。

作为上述技术方案的优选，所述套管上位于第一空腔一端的端部外壁上设有连接螺纹。

作为上述技术方案的优选，所述套管上位于第二空腔一端的端部外壁上设有透气孔，第二空腔内位于传感器原件检测端的端部设有气体过滤装置，气体过滤装置为杯状体，其开口端朝向传感器原件的检测端，将传感器原件的检测端笼罩在第二空腔内，套管上的透气孔正对气体过滤装置。

作为上述技术方案的优选，所述气体过滤装置的外部设有封口装置，所述封口装置将气体过滤装置固定在第二空腔的端部。

作为上述技术方案的优选，所述陶瓷压环设有两个，其中一个将瓷饼挤压固定在传感器原件的电极端，另一个设在第二空腔内靠近传感器原件检测端末端的位置，与气体过滤装置接触，对气体过滤装置进行限位。

作为上述技术方案的优选，所述瓷饼为陶瓷粉末压制成的饼状体，所述陶瓷压环由陶瓷材料制成，所述引线装置由陶瓷或者刚玉制成。

作为上述技术方案的优选，所述导线为银丝，直径为0.8mm，其与传感器原件的电极端焊接。

耐高温气体传感器的封装方法，包括以下步骤：

S1、将导线焊接在传感器原件的电极端，再将传感器原件的电极端与引线装置对接，将焊接好的导线从引线装置内引出；

S2、将传感器原件和引线装置放入套管内，使引线装置固定于第一空腔内，传感器原件置于第二空腔内；

S3、在第二空腔内的传感器原件***套入若干瓷饼，然后套入陶瓷压环；

S4、沿传感器原件的检测端到电极端的方向，对陶瓷压环施加压力，使陶瓷压环挤压瓷饼，并将瓷饼挤碎后填满传感器原件电极端***空间，对传感器原件的电极端进行固定；

S5、再在传感器原件检测端的***套入一个陶瓷压环，对传感器原件的检测端的末端进行固定，在第二空腔内位于传感器原件检测端的端部设置一个气体过滤装置，使气体过滤装置抵住陶瓷压环将传感器原件的检测端笼罩在第二空腔内，最后在气体过滤装置的外部设置一个封口装置，使封口装置将气体过滤装置固定在第二空腔的端部。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置耐高温材料使传感器整体耐受温度高，可以整体工作在烟气等高温环境中；与传感器元件接触的陶瓷材料，具有很好的隔热、绝缘作用，既可以起到对传感器元件电极和导线的电气绝缘，又可以避免传感器元件与套管接触，导致传感器自身温度变化，影响测试精度；采用陶瓷粉末压制成的饼状瓷饼，即便于存储，也便于使用压机将陶瓷粉末压入各个间隙中；其成本低廉，制造简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的套管结构示意图；

图3为本发明的引线装置结构示意图；

图4为本发明的瓷饼结构示意图；

图5为本发明的陶瓷压环结构示意图；

图6为本发明的过滤装置结构示意图；

图7为本发明的封口装置的不同视角结构示意图。

图中：1、传感器元件；2、引线装置；201、限位槽；202、过线孔；203、第一凸台；204、凹槽；205、第二凸台；3、套管；301、连接螺纹；302、透气孔；303、过滤装置；304、封口装置；305、第一空腔；306、第二空腔；4、导线；5、陶瓷压环；6、瓷饼。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供了一种耐高温的气体传感器，如图1至图5所示，包括传感器原件1和套管3，传感器原件1置于套管3内，所述传感器原件1包括检测端和电极端，传感器原件1的检测端用于气体检测，传感器原件1的电极端连接有导线4，所述套管3内部设有第一空腔305和第二空腔306，所述第一空腔305内固定有引线装置2，传感器原件1的电极端与引线装置2对接，电极端连接的导线4从引线装置2内引出，所述第二空腔306用于放置传感器原件1，在第二空腔306内还设有瓷饼6和陶瓷压环5，所述瓷饼6将传感器原件1的电极端固定在第二空腔306内，所述陶瓷压环5将传感器原件1的检测端固定在第二空腔306内。所述瓷饼6为陶瓷粉末压制成的饼状体，所述陶瓷压环5由陶瓷材料制成，所述引线装置2由陶瓷或者刚玉制成。所述导线为银丝，直径为0.8mm，其与传感器原件1的电极端通过银焊焊接。所述套管3上位于第一空腔305一端的端部外壁上设有连接螺纹301，通过连接螺纹301可以与金属探杆之类的其他辅助器械连接，以便于调节传感器***被测环境的深度。套管3可采用不锈钢材料制成，其高耐热性好，使用寿命长。

其应用时，不仅实现了对传感器元件1的固定、隔热和密封作用，还可以耐受500℃以上的高温，解决了传感器无法在烟气等高温环境中原位测量的难题，同时，与传感器元件接触的陶瓷材料，具有很好的隔热、绝缘作用，既可以起到对传感器元件电极和导线的电气绝缘，又可以避免传感器元件与套管接触，导致传感器自身温度变化，影响测试精度。

实施例2：

作为对上述实施例的优化，所述引线装置2为圆柱体，其与传感器原件1电极端对接的部位设有限位槽201，传感器原件1的电极端固定在限位槽201内，引线装置2的内部沿轴向贯穿有过线孔202，所述导线4从过线孔202内引出。限位槽201的尺寸可略大于传感器元件1的电极端，使传感器元件1电极端的端头刚好放入限位槽201中；所述过线孔202设置于所述限位槽201两侧或者四周，其孔径略大于导线4直径，过线孔202的数量与传感器元件1电极数量相同，为便于使用，可设置6个过线孔202，分列在限位槽201两侧。

所述第二空腔306的直径大于第一空腔305的直径，所述引线装置2设有限位槽201一端的外壁设有第一凸台203和第二凸台205，第一凸台203和第二凸台205之间形成凹槽204，引线装置2的第一凸台203和第二凸台205所在端卡在第二空腔306内，并通过瓷饼6固定，另一端固定在第一空腔305内。通过设置第一凸台203、第二凸台205和凹槽204便于使瓷饼6填充在凹槽204内，对引线装置2形成高效地固定。

实施例3：

作为对上述实施例的优化，如图6至图7所示，所述套管3上位于第二空腔306一端的端部外壁上设有透气孔302，第二空腔306内位于传感器原件1检测端的端部设有气体过滤装置303，气体过滤装置303为杯状体，其开口端朝向传感器原件1的检测端，将传感器原件1的检测端笼罩在第二空腔306内，套管3上的透气孔302正对气体过滤装置303。所述气体过滤装置303的外部设有封口装置304，所述封口装置304将气体过滤装置303固定在第二空腔306的端部。所述陶瓷压环5设有两个，其中一个将瓷饼6挤压固定在传感器原件1的电极端，另一个设在第二空腔306内靠近传感器原件1检测端末端的位置，与气体过滤装置303接触，对气体过滤装置303进行限位。其应用时，待检测的空气可从透气孔302进入，经气体过滤装置303过滤后达到传感器原件1的检测端进行检测，在靠近传感器原件1检测端末端的位置设置陶瓷压环5，可以防止在高温环境中气流过大时，气流冲击传感器原件1的检测端使之振动断裂，起到高效的固定保护作用。

实施例4：

作为对上述实施例的优化，本实施例提供耐高温气体传感器的封装方法，包括以下步骤：

S1、将导线4焊接在传感器原件1的电极端，再将传感器原件1的电极端与引线装置2的限位槽201对接，将焊接好的导线4从引线装置2的过线孔202内引出；

S2、将传感器原件1和引线装置2放入套管3内，使引线装置2固定于第一空腔305内，其第一凸台203、第二凸台205和凹槽204部分置于第二空腔306内，传感器原件1置于第二空腔306内；

S3、在第二空腔306内的传感器原件1***套入若干瓷饼6，然后套入陶瓷压环5；

S4、沿传感器原件1的检测端到电极端的方向，对陶瓷压环5施加压力，使陶瓷压环5挤压瓷饼6，瓷饼6挤碎后填充到过线孔202、204凹槽、引线装置2与套管3的间隙、传感器元件1电极端与套管3间的空隙，放入的瓷饼6数量必须确保陶瓷压环5不会与传感器元件1的电极端接触，否则在挤压过程中可能会损坏传感器元件1的电极端；

S5、再在传感器原件1检测端的***套入一个陶瓷压环5，对传感器原件1的检测端的末端进行固定，在第二空腔306内位于传感器原件1检测端的端部设置一个气体过滤装置303，使气体过滤装置303抵住陶瓷压环5将传感器原件1的检测端笼罩在第二空腔306内，最后在气体过滤装置303的外部设置一个封口装置304，使封口装置304将气体过滤装置303固定在第二空腔306的端部；封口装置304通过铆压收口的方式保证过过滤装置303不会脱落，也可以将封口装置304以螺纹连接或者焊接的方式固定在第二空腔306的末端，防止过滤装置303掉落。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。