液态检测部件及液态检测传感器制造技术

本发明专利技术提供一种显示良好灵敏度同时具有适宜强度的液态检测部件，及一种防止液态检测部件破损并可精确检测液体状态的液态检测传感器。本发明专利技术的液态检测部件（１１０）是通过同时焙烧形成的，包括第一陶瓷绝缘层（１１１）、第二陶瓷绝缘层（１１２）、和不透液体地密封于第一和第二陶瓷绝缘层之间且其电阻值随其温度变化的发热电阻器（１１７），，该液态检测部件浸入到液体中。特别是，第一陶瓷绝缘层（１１１）做得比第二陶瓷绝缘层（１１２）薄。该液态检测部件（１１０）与检测部分一同构成液态检测传感器，并基于根据发热电阻器（１１７）的电阻值输出的输出信号，用于检测液体状态（例如，液体中某组分的浓度）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液态检测部件及使用该部件的液态检测传感器。
技术介绍
例如，用于减少由柴油动力机动车排出的氮氧化物(NOX)的废气净化装置可使用NOX选择性催化还原(SCR)系统。该SCR系统使用尿素水溶液作为还原剂。已知用32.5wt％尿素浓度的尿素水溶液对于进行这种还原反应是有效的。然而，由于随时间进程而变化等原因造成了置于柴油动力机动车上的尿素水溶液罐中所含有的尿素水溶液的尿素浓度发生变化，并且，不同的溶液(例如，轻油)、水等可能误混入了尿素水溶液罐中。在这种情况下，为控制尿素水溶液罐中的液体状态(尿素水溶液中的尿素浓度)，提出了液态检测传感器(尿素浓度检测装置)(例如，参见专利文献1)。日本专利申请公开号(kokai)No.2005-84026。专利文献1的尿素浓度测定装置包括具有层叠结构部件(薄膜片)的间接加热浓度测定部分，其中基底、温度感测部件、绝缘层、发热部件和保护层按顺序叠放。在该尿素浓度测定装置中，使发热部件通电一段预定的时间。基于发热部件通电之前和之后由温度感测部件所测定的发热部件温度的变化，确定尿素的浓度。具体的，由于尿素水溶液中尿素浓度的不同引起尿素水溶液热容量的差异，尿素浓度的差异引起了发热部件温度变化的差异。这样，通过测定发热部件温度的变化确定尿素浓度。
技术实现思路
然而在专利文献1中的尿素浓度测定装置中，为避免尿素水溶液进入该部件(薄膜片)，该部件(薄膜片)上模压(mold)有树脂。在该尿素浓度测定装置中，由于树脂的热导率低，将热传导到尿素水溶液中很困难。这样，用树脂模压该部件(薄膜片)导致了尿素水溶液难于升温。因此，由尿素水溶液中尿素浓度的差异造成的温度感测部件温度变化的差异就不可能升高。也就是说，专利文献1中的尿素浓度测定装置未能发挥该部件(薄膜片)的良好灵敏度，并由此不能精确测定尿素浓度。相反，本专利技术的专利技术者研制了一种具有液态检测部件(以下仅称为“部件”)的液态检测传感器，具有如下设计发热电阻器密封在由第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层构成层叠结构的陶瓷基底中(参见日本专利申请No.2005-200808)。将发热电阻器密封在陶瓷层叠材料中减小了液体进入该部件的风险。这样，该部件可以直接浸入液体中。因而，与专利文献1中用树脂模压而成的部件相比，灵敏度提高了。近几年，增加了对具有更高灵敏度的液态检测部件的需求。覆盖发热电阻器的陶瓷绝缘层越薄，由陶瓷绝缘层带走的热量减少就越大；即，传导到液体的热量可能就越多，因而提高了液态检测部件的灵敏度。然而随陶瓷绝缘层厚度的减小，部件的机械强度(此后称为“强度”)将降低。这样，使用该部件的液态检测传感器就不能显示良好的可靠性。特别是，当用于形成该部件的陶瓷基底直接与液体接触用于检测液体状态时，如果该部件处于液体冻结的温度条件下，反复给发热电阻器通电和断电伴随着在该部件周围的液体反复融化和冻结。所伴随的液体(固体)体积的巨大变化给该部件施加了巨大的力。为避免该部件破裂，部件的强度不能过分降低。本专利技术已考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供一种显示良好灵敏度同时具有适当强度的液态检测部件，和一种防止液态检测部件破裂并可精确检测液体状态的液态检测传感器。用于解决上述技术问题的装置是一种液态检测部件，包括不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间并具有随其温度变化的电阻值的发热电阻器。随着将液态检测部件浸入液体中并给发热电阻器通电，发热电阻器输出与液体状态相关的输出信号。第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。本专利技术的液态检测部件使用电阻随其温度变化的发热电阻器。因此，通过给发热电阻器通电，根据液体的状态液态检测部件产生相应于发热电阻器阻值的输出信号。在该信号的基础上确定液体的状态。同时，在本专利技术的液态检测部件中，用于将发热电阻器不透液体地密封在其中的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层的厚度是不同的；具体的，第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄。对于给定总厚度的部件，例如与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本专利技术的液态检测部件显示更好的灵敏度同时具有类似的强度。可以理解这是由于下述原因造成的。覆盖发热电阻器的陶瓷绝缘层越薄，由陶瓷绝缘层带走的热量减少就越大；即，传导到液体的热量可能就越多。对于给定总厚度的部件，例如与第一和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本专利技术的液态检测部件使得热更稳定地通过第一陶瓷绝缘层传导到液体中。因而，发热电阻器的温度对液体状态(例如，液体中一定组分的浓度)更灵敏。这是由于液体状态(例如，液体中一定组分的浓度)的差异引起了热量向液体传导的差异。因而，本专利技术的液态检测部件中，由液体状态的差异而导致的发热电阻器电阻的差异变得更大；因而，由发热电阻器输出的输出信号的差异就变大了。也就是说灵敏度提高了。这样，对于给定总厚度的部件，与第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层具有相等厚度的液态检测部件相比较，本专利技术的液态检测部件显示了更高的灵敏度同时具有类似的强度。因而，本专利技术的液态检测部件显示了良好的灵敏度同时具有适宜的强度。优选的，在上述液态检测部件中，发热电阻器设定为弯曲形状，包括大量彼此平行的直线部分及大量连接部分，每一连接部分连接相邻的平行直线部分，平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层厚度的间隔设置。通过这种将发热电阻器的平行直线部分以小于第一陶瓷绝缘层表面和平行直线部分之间距离(也就是第一陶瓷绝缘层厚度)的间隔设置方式，第一陶瓷绝缘层表面上的温度分布变化可以变得较小，因而减小液体加热的不均匀性。由于该特征与由第一陶瓷绝缘层比第二陶瓷绝缘层薄而产生的效果相结合，可更精确地检测液体状态。值得注意的是，不特定地限定每一平行直线部分的形状，只要大量直线部分彼此平行延伸即可。例如，直线部分或曲线部分可彼此平行延伸。优选的，在上述液态检测部件中，陶瓷基底的外表面包括与液体相接触的接触区。如上所述，本专利技术的液态检测部件显示了适宜的强度。这样，甚至当将该部件置于使液体冻结的温度条件下并给发热电阻器反复通电断电时，也能够有效避免部件的破损。陶瓷基底与液体直接接触加速了将热通过薄的第一陶瓷绝缘层传导到液体中，因而最大化地提高了灵敏度。优选的，在任一上述的液态检测部件中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层是由同样的材料制成的。由同样材料制成的第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层具有相同的热膨胀系数。因而，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层随温度膨胀或收缩至相似程度，由此避免了该液态检测部件的应变和破裂，否则会由于第一和第二陶瓷绝缘层之间的膨胀/收缩的差异产生这种应变和破裂。因此，本专利技术的液态检测部件的损坏较大程度地得到了抑制。优选的，在任一上述的液态检测部件中，第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层通过同时焙烧而形成。通过同时焙烧形成第一陶瓷绝缘层和第二绝缘层提高了第一和第二陶瓷绝缘层之间的结合强度。这样改善了将发热电阻器密封在陶瓷基底中的条件，因而加强了该液态检测部件的可靠性。优选的，在任一上述的液态检测部件中，与发热电阻器电连接的连接导体贯穿第一陶瓷绝缘层的厚度，通过该连接导体输出该输出信号。在连接导体与发热电阻器电连接形成的过程中，沿陶瓷基底厚度的方向，连接导体以如下方式形成贯穿薄的第一陶瓷绝缘层的厚度，由此减少用于形成连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态检测部件，包括：层叠结构形式的陶瓷基底，包括第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层；和发热电阻器，不透液体地密封于第一陶瓷绝缘层和第二陶瓷绝缘层之间，并且其电阻值随其温度变化；将该液态检测部件浸入液体中并给发热电阻器通电，发热电阻器输出与液体状态相关的输出信号；其中，第一陶瓷绝缘层的厚度比第二陶瓷绝缘层的厚度小。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：笹沼威夫，佐藤美邦，水野雄贵，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]