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JPH0676987B2 - Oxygen concentration detector - Google Patents
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JPH0676987B2 - Oxygen concentration detector - Google Patents

Oxygen concentration detector

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Publication number
JPH0676987B2
JPH0676987B2 JP57161744A JP16174482A JPH0676987B2 JP H0676987 B2 JPH0676987 B2 JP H0676987B2 JP 57161744 A JP57161744 A JP 57161744A JP 16174482 A JP16174482 A JP 16174482A JP H0676987 B2 JPH0676987 B2 JP H0676987B2
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JP
Japan
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oxygen concentration
electric
concentration detector
nickel
electric heater
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JP57161744A
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JPS5951343A (en
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真弘 柴田
雅寿 鈴木
博美 佐野
正弥 藤本
利孝 斎藤
道廣 山川
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日本電装株式会社
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4067Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素濃度検出器に係り、特に固体電解質素子を
加熱する電気ヒータに関する。
The present invention relates to an oxygen concentration detector, and more particularly to an electric heater for heating a solid electrolyte element.

最近の自動車用エンジンは燃費向上に伴ない排気温度が
低温化する傾向にあり、たとえばアイドル運転で排気温
度が300℃のとき、酸素濃度検出器の固体電解質素子の
先端部では250℃となり、従来の酸素濃度検出器では作
動不能である。
In recent automobile engines, the exhaust temperature tends to decrease with the improvement of fuel efficiency. For example, when the exhaust temperature is 300 ° C in idle operation, it becomes 250 ° C at the tip of the solid electrolyte element of the oxygen concentration detector. It is not possible to operate with the oxygen concentration detector of.

このため電気ヒータを内蔵した検出器が採用される。電
気ヒータとしてはアルミナ等の耐熱電気絶縁管に金属発
熱線を巻き付け、この表面をセラミツクコーテイングし
た構造のものが本出願人により提案されているが、この
ようなものは、ヒータの基体がセラミツク製となるた
め、振動、衝撃等によりクラツクや折損を生じる惧れが
あり、リード線や発熱線の断線を招き易い難点がある。
Therefore, a detector with a built-in electric heater is adopted. As an electric heater, the applicant has proposed a structure in which a metal heating wire is wrapped around a heat-resistant electric insulating tube such as alumina, and the surface of which is coated with ceramics. Therefore, there is a risk that cracking or breakage may occur due to vibration, impact, etc., and there is a drawback that lead wires and heating wires are likely to break.

また、他の電気ヒータとして、特開昭55−69048号公報
に記載された構造のものもある。この電気ヒータは、筒
状のセラミック管の外周に金属発熱線を巻き付け、この
金属発熱線の一端を上記セラミック管の中心孔に挿入さ
れた導電性の棒に接続するとともに他端をセラミック管
の上端に形成した導電層に接続したものである。
Further, as another electric heater, there is one having a structure described in JP-A-55-69048. In this electric heater, a metal heating wire is wound around the outer circumference of a cylindrical ceramic tube, one end of the metal heating wire is connected to a conductive rod inserted in the center hole of the ceramic tube, and the other end is connected to the ceramic tube. It is connected to the conductive layer formed on the upper end.

しかし、このような構造であっても、やはりヒータの基
体がセラミックにより構成されているため、振動や衝撃
などが加わるとクラックや破損を生じ易く、リード線や
発熱線の断線を招く恐れがある。しかも、導電性の棒は
セラミック管の中心孔に挿入されているだけであるた
め、振動や衝撃により導電性棒とセラミック管とが衝突
し合い、セラミック管が容易にクラックや破損を生じる
などの問題がある。
However, even with such a structure, since the base body of the heater is also made of ceramic, cracks or damages are likely to occur when vibration or impact is applied, which may lead to disconnection of the lead wire or the heating wire. . Moreover, since the conductive rod is only inserted into the center hole of the ceramic tube, the conductive rod and the ceramic tube collide with each other due to vibration or shock, and the ceramic tube easily cracks or breaks. There's a problem.

本発明はこのような事情にもとづきなさたもので、その
目的とするところは、クラツクや破損を生じることがな
く、断線等に対する信頼性の高い電気ヒータを備えた酸
素濃度検出器を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an oxygen concentration detector provided with an electric heater having high reliability against disconnection or the like without causing cracking or damage. To do.

すなわち本発明は、金属導電部材よりなる基体の外周に
耐熱電気絶縁層を被覆することにより、上記基体に上記
電気絶縁層を一体となるように形成し、この絶縁層の外
周に電気発熱線を配し、この発熱線の一端は上記基端に
接続するとともに他端は上記絶縁層の外面に設けられた
金属端子部材に接続して電気ヒータを構成したことを特
徴とする。
That is, according to the present invention, a heat-resistant electric insulating layer is coated on the outer circumference of a base made of a metal conductive member to integrally form the electric insulating layer on the base, and an electric heating wire is formed on the outer circumference of the insulating layer. One end of the heating wire is connected to the base end and the other end is connected to a metal terminal member provided on the outer surface of the insulating layer to form an electric heater.

以下本発明の一実施例にもとづき説明する。第1図は酸
素濃度検出器の要部を示し、1はコップ状をなす酸素イ
オン伝導性金属酸化物からなる固体電解質素子である。
この素子1はハウジング2に固定されており、該ハウジ
ング2は取付用フランジ3を備えている。上記素子1の
内側および外側には詳図しないが電極4a,4bを設けてあ
り、そのうちの外側電極4bは多孔質なセラミツク保護層
(図示しない)により覆われている。内側電極4aおよび
外側電極4bはそれぞれ図示の上端において検出端子5a,5
bに接続されている。
An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the main part of an oxygen concentration detector, and 1 is a solid electrolyte element made of a cup-shaped oxygen ion conductive metal oxide.
The element 1 is fixed to a housing 2, which has a mounting flange 3. Although not shown in detail, electrodes 4a and 4b are provided on the inside and outside of the element 1, and the outer electrode 4b among them is covered with a porous ceramic protective layer (not shown). The inner electrode 4a and the outer electrode 4b have detection terminals 5a, 5
connected to b.

前記ハウジン2の上端は金属管6とかしめ結合されてお
り、該金属管6と外側検出端子5bの間にはセラミツク絶
縁管7が介装されている。
An upper end of the housing 2 is caulked with a metal tube 6, and a ceramic insulating tube 7 is interposed between the metal tube 6 and the outer detection terminal 5b.

ハウジング2の下端には保護管8が連結されており、こ
の保護管8は素子1を間隙を存して覆つている。保護管
8には複数の通気孔9…が開設されている。
A protective tube 8 is connected to the lower end of the housing 2, and the protective tube 8 covers the element 1 with a gap. A plurality of ventilation holes 9 ... Are opened in the protective tube 8.

素子1の内部には電気ヒータ10が取着されている。電気
ヒータ10は第2図に示すごとき構造を成している。すな
わち11は基体となる柱状形状の金属導電部材、たとえば
ニツケル管であり、このニツケル管11の外周面には厚さ
200μ程度の耐熱電気絶縁層12を被覆してあり、この被
覆によりこの耐熱絶縁層12はニッケル層12に一体に形成
されている。この絶縁層12はたとえばマグネシアアルミ
ナスピネル(MgAl2O4)などのセラミック層が好適す
る。そして上記絶縁層12の外表面にはFe−Cr−Al合金な
どからなる帯状の発熱線13が、上記ニツケル管11の先端
部位に位置して螺旋状に巻かれている。また絶縁像12の
外側には上記ニツケル管11の後端部位に位置して金属端
子部材としてのニツケルリング14が被嵌されており、こ
のニツケルリング14はセラミツク接着剤15によつて絶縁
層12に固着されている。上記発熱線13の一端13aはニツ
ケル管11の先端部に溶接されているとともに、他端13b
はニツケルリング14の先端部に溶接されている。なお発
熱線13およびニツケルリング14の外表面には、素子1と
の接触を防止しかつ発熱線13保護を目的として、プラズ
マ溶射によるセラミツクコーテイング層16が被層されて
おり、このセラミツクコーテイング層16は絶縁層12と同
一材質により形成されている。またニツケル管11の上端
にはニツケル栓17が嵌合されており、このニツケル栓17
にはニツケル線18が接続されている。
An electric heater 10 is attached inside the element 1. The electric heater 10 has a structure as shown in FIG. That is, 11 is a columnar metal conductive member that serves as a base, for example, a nickel pipe, and the nickel pipe 11 has a thickness on the outer peripheral surface.
A heat resistant electric insulating layer 12 having a thickness of about 200 μ is coated, and the heat resistant insulating layer 12 is integrally formed with the nickel layer 12 by this coating. The insulating layer 12 is preferably a ceramic layer such as magnesia alumina spinel (MgAl 2 O 4 ). On the outer surface of the insulating layer 12, a strip-shaped heating wire 13 made of Fe—Cr—Al alloy or the like is spirally wound at the tip portion of the Nickel tube 11. Further, a nickel ring 14 as a metal terminal member is fitted on the outside of the insulating image 12 at the rear end portion of the nickel tube 11, and the nickel ring 14 is covered with a ceramic adhesive 15 to form an insulating layer 12. Is stuck to. One end 13a of the heating wire 13 is welded to the tip of the nickel pipe 11 and the other end 13b is
Is welded to the tip of the nickel ring 14. A ceramic coating layer 16 formed by plasma spraying is coated on the outer surfaces of the heating wire 13 and the nickel ring 14 for the purpose of preventing contact with the element 1 and protecting the heating wire 13, and this ceramic coating layer 16 is formed. Are formed of the same material as the insulating layer 12. A nickel plug 17 is fitted on the upper end of the nickel pipe 11, and the nickel plug 17
A nickel wire 18 is connected to.

このような電気ヒータ10は固体電解質素子1の上端開口
部から差し込まれ、素子1の上面とニツケルリング14と
の間にセラミツク絶縁リング20を介在させるとともに、
ニツケルリング14と内側検出端子5aとの間に、タルク材
21およびセラミツク絶縁リング22を介在させて組み付け
られる。そしてニツケルリング14の上端にはヒータ端子
23が接続される。
Such an electric heater 10 is inserted through the upper opening of the solid electrolyte element 1, and a ceramic insulating ring 20 is interposed between the upper surface of the element 1 and the nickel ring 14.
Between the nickel ring 14 and the inner detection terminal 5a, talc material
21 and the ceramic insulating ring 22 are assembled. And the heater terminal is on the upper end of the nickel ring 14.
23 is connected.

なお上記構造の酸素濃度検出器は理論空燃比を検出する
ものであり、素子1の内部は大気に開放されている。こ
れは素子1の内面と、セラミツク絶縁リング20、タルク
材21およびセラミツク絶縁リング22との隙間を通じて素
子1の内部が金属管6の内部に導通されており、金属管
6の内部が大気に開放されているものである。
The oxygen concentration detector having the above structure detects the stoichiometric air-fuel ratio, and the inside of the element 1 is open to the atmosphere. This is because the inside of the element 1 is conducted to the inside of the metal tube 6 through the gap between the inner surface of the element 1 and the ceramic insulating ring 20, the talc material 21, and the ceramic insulating ring 22, and the inside of the metal tube 6 is open to the atmosphere. It has been done.

このような構成による実施例のものは、電気ヒータ10の
基体11がニツケル管のごとき導電性金属材料により構成
されているので、振動や衝撃に対してきわめて強くな
る。たとえば実施例のもので3000G程度の衝撃にも耐え
得ることが確認されている。
In the embodiment having such a configuration, the base 11 of the electric heater 10 is made of a conductive metal material such as a nickel pipe, and thus is extremely strong against vibration and impact. For example, it has been confirmed that the example can withstand an impact of about 3000 G.

またニツケル線18と、ニツケルリング14の間に電流を流
すことにより発熱線13を発熱させるものであるが、この
場合基体としてのニツケル管11のリード線を兼用してい
るから、従来最も劣化の激しかつた発熱中心内部の耐熱
性が向上される。このことからヒータの耐久性が強化さ
れた。すなわち第3図にはアルミナ碍子管を基体として
従来のもの(特性Aで示す)と、ニツケル管11を基体と
した本実施例のもの(特性Bで示す)とを抵抗変化率に
ついて耐久テストを行つた結果を示してあるが、本実施
例のものBは30W通電により素子1の温度を700℃に加熱
しても500時間経過後でほとんど抵抗変化を示さない
が、従来のものAは150時間ないし200時間を経過すると
抵抗が急激に上昇して耐久性に劣ることが確認されてい
る。
Further, the heating wire 13 is heated by passing an electric current between the nickel wire 18 and the nickel ring 14, but in this case, since it also serves as the lead wire of the nickel tube 11 as the base, it is the most deteriorated conventionally. The heat resistance inside the intense heat generating center is improved. From this, the durability of the heater was enhanced. That is, FIG. 3 shows a durability test of the resistance change rate of a conventional one (shown by characteristic A) using an alumina insulator tube as a base and one of the present embodiment (shown by characteristic B) using a nickel tube 11 as a base. The results obtained are shown in Example B of the present example, which shows almost no resistance change after 500 hours even if the temperature of the element 1 is heated to 700 ° C. by energizing 30 W, but the conventional example A is 150 It has been confirmed that after a lapse of time or 200 hours, the resistance sharply increases and the durability is poor.

なお、本発明の酸素濃度検出器は自動車用内燃機関の排
ガス中の酸素濃度を検出するものに限定されず、例えば
溶鉱炉などの空気制御にも適用可能であり、また理論空
燃比のセンサには限らずリーンセンサであつても実施可
能である。
The oxygen concentration detector of the present invention is not limited to the one that detects the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine for automobiles, and is applicable to air control of, for example, a blast furnace, and is also used as a sensor for the theoretical air-fuel ratio. The present invention is not limited to this, and can be implemented with a lean sensor.

さらに固体電解質素子1はカツプ状のものには限らず、
したがつて電気ヒータ10は素子1に挿入されるものに制
約されず、素子1の近傍に配置してもよい。また発熱線
13の材質はFe−Cr−Al合金には限らず、ニクロム線、Fe
−Cr合金などの金属発熱線であれば実施可能である。基
体11もニツケル管に限られず、Ni−Cr,Fe−Cr,Fe−Cr−
Alなどのような他の耐熱耐酸化性金属材料であつてもよ
く、かつ電気絶縁層12はAl2O3などの他のセラミツク材
料であつてもよい。
Further, the solid electrolyte element 1 is not limited to the cup-shaped one,
Therefore, the electric heater 10 is not limited to being inserted in the element 1, and may be arranged in the vicinity of the element 1. Also heating line
The material of 13 is not limited to Fe-Cr-Al alloy, but Nichrome wire, Fe
-It is possible to use any metal heating wire such as a Cr alloy. The base body 11 is not limited to the nickel pipe, but Ni-Cr, Fe-Cr, Fe-Cr-
It may be another heat resistant and oxidation resistant metallic material such as Al and the electrically insulating layer 12 may be another ceramic material such as Al 2 O 3 .

以上述べたごとく本発明によれば、電気ヒータの基体と
して金属導電部材を使用したので振動や衝撃に対する耐
久性が向上する。しかも上記金属導電部材は発熱線のリ
ード線を兼用するので構成が簡単になるばかりでなく、
細いリード線に比べて熱劣化が少く、このため断線など
の不具合が未然に防止される。そしてまた、金属導電部
材よりなる基体の外周に耐熱電気絶縁層を被覆すること
により、この基体に上記電気絶縁層を一体となるように
形成したから、振動や衝撃が加わってもこれら基体と電
気絶縁層との間で衝突が生じなく、よってこれら基体お
よび電気絶縁層の破損が生じなくなり、長寿命で信頼性
の高いヒータを得ることができる、等の効果を奏する。
As described above, according to the present invention, since the metal conductive member is used as the base of the electric heater, the durability against vibration and shock is improved. Moreover, since the metal conductive member also serves as the lead wire of the heating wire, not only the structure is simplified, but also
Thermal deterioration is less than that of thin lead wires, which prevents problems such as wire breakage. Further, since the outer periphery of the base made of a metal conductive member is coated with the heat-resistant electric insulating layer so that the electric insulating layer is formed integrally with the base, the base and the base are electrically connected to each other even if vibration or shock is applied. There are no collisions with the insulating layer, and hence no damage to the base body and the electric insulating layer occurs, and it is possible to obtain a heater having a long life and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本発明の一実施例を示し、第1図は酸素濃度検出
器の要部を示す断面図、第2図はその電気ヒータを示す
断面図、第3図は耐久性を示す特性図である。 1……固体電解質素子、2……ハウジング、10……電気
ヒータ、11……金属導電性基体、12……耐熱電気絶縁
層、13……電気発熱線、14……金属端子部材、16……セ
ラミツクコーテイング層。
The drawings show one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing the main part of an oxygen concentration detector, FIG. 2 is a sectional view showing its electric heater, and FIG. 3 is a characteristic diagram showing durability. is there. 1 ... Solid electrolyte element, 2 ... Housing, 10 ... Electric heater, 11 ... Metal conductive substrate, 12 ... Heat-resistant electric insulation layer, 13 ... Electric heating wire, 14 ... Metal terminal member, 16 ... ... ceramic coating layer.

フロントページの続き (72)発明者 佐野 博美 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 藤本 正弥 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 斎藤 利孝 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 山川 道廣 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内(72) Inventor Hiromi Sano 1-1, Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture, Nihon Denso Co., Ltd. (72) Inventor, Masaya Fujimoto, 1-1, Showa-cho, Kariya City, Aichi, Nihondenso Co., Ltd. (72) Inventor Toshitaka Saito 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture, Nihon Denso Co., Ltd. (72) Inventor, Michihiro Yamakawa, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture, Nihondenso Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸素イオン伝導性金属酸化物よりなる固定
電解質素子と、 この素子を加熱する電気ヒータと、 を備えた酸素濃度検出器において、 上記電気ヒータは、柱状形状をなす金属導電部材よりな
る基体の外周に、耐熱電気絶縁層を被覆してこの電気絶
縁層を上記基体と一体となるように形成し、この前記絶
縁層の外周に電気発熱線を配し、この発熱線の一端を上
記基体に接続するとともに、他端を上記電気絶縁層の外
周に設けた金属端子部材に接続したことを特徴とする酸
素濃度検出器。
1. An oxygen concentration detector comprising: a fixed electrolyte element made of an oxygen ion conductive metal oxide; and an electric heater for heating the element, wherein the electric heater comprises a columnar metal conductive member. The outer periphery of the base body is covered with a heat resistant electric insulation layer to form the electric insulation layer so as to be integrated with the base body, and an electric heating wire is arranged on the outer circumference of the insulation layer. An oxygen concentration detector characterized in that the oxygen concentration detector is connected to the base body and the other end is connected to a metal terminal member provided on the outer periphery of the electric insulating layer.
JP57161744A 1982-09-17 1982-09-17 Oxygen concentration detector Expired - Lifetime JPH0676987B2 (en)

Priority Applications (1)

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JP57161744A JPH0676987B2 (en) 1982-09-17 1982-09-17 Oxygen concentration detector

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JPS5951343A JPS5951343A (en) 1984-03-24
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4169778A (en) * 1978-11-16 1979-10-02 General Motors Corporation Heated solid electrolyte oxygen sensor

Also Published As

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JPS5951343A (en) 1984-03-24

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