一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置
阅读：282发布：2022-02-28
专利汇可以提供一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种气体 传感器 陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其包括：底座，沿前后方向设有第一滑轨和第二滑轨；元件 定位 座，设于所述底座上，并具有一检测工位槽阵列；第一探针阵列，通过第一探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第一滑轨上，且位于所述元件定位座的前侧部；第二探针阵列，通过第二探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第二滑轨上，且位于所述元件定位座的后侧部；以及探针驱动机构，设于所述底座上，并连接所述第一探针固定件和所述第二探针固定件。本实用新型的检测装置，可用于对传感器陶瓷元件在制备过程和装配过程中产生的裂纹的检测，填补这一技术空白。，下面是一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置专利的具体信息内容。
1.一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其特征在于：包括：
底座，沿前后方向设有第一滑轨和第二滑轨；
元件定位座，设于所述底座上，并具有一检测工位槽阵列；
第一探针阵列，通过第一探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第一滑轨上，且位于所述元件定位座的前侧部；
第二探针阵列，通过第二探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第二滑轨上，且位于所述元件定位座的后侧部；以及
探针驱动机构，设于所述底座上，并连接所述第一探针固定件和所述第二探针固定件。
2.如权利要求1所述的一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其特征在于：
所述探针驱动机构进一步包括：
气缸，设于所述底座上；
主动齿轮，设于所述底座上并由所述气缸驱动旋转；
第一齿条，前后方向布置并固定连接于所述第一探针固定件，且与所述主动齿轮啮合；
以及
第二齿条，前后方向布置并固定连接于所述第二探针固定件，且与所述主动齿轮啮合。
3.如权利要求1所述的一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其特征在于：
还包括：
直流稳压源，两端连接所述元件定位座，为所述检测工位槽阵列供电，形成检测电路；
电流检测仪，串接于所述检测电路上。
4.如权利要求1所述的一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其特征在于：
还包括：
保护壳，覆盖于所述底座上，并具有一开口，使所述元件定位座露于该开口处。
5.如权利要求1所述的一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，其特征在于：
还包括：
风扇，设于底座上，且风向对准检测工位槽阵列。
一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种陶瓷元件裂纹的检测装置，可针对气体传感器陶瓷元件在制备和装配过程中产生的内部裂纹进行有效分选。
背景技术
[0002] 气体传感器为陶瓷元件的一种，属于功能性陶瓷，广泛应用于汽车尾气排放、医疗、家电、食品包装等领域。此类气体传感器利用氧化锆电解质作为氧离子的传输载体，可实现在不同领域中对氧含量的精确测量。图1所示，为现有的一种气体传感器装配件的剖视结构示意图，包括安装壳体1’、前端陶瓷件2’、后端陶瓷件3’、密封环4’、传感器陶瓷元件5’、前端外保护壳6’和前端内保护壳7’，其中，前端陶瓷件2’、后端陶瓷件3’一前一后设于所述安装壳体1’内，并通过密封环4’连接，传感器陶瓷元件5’依次穿设于前端陶瓷件2’、密封环4’和后端陶瓷件3’，且传感器陶瓷元件5’的前端部位通过前端外保护壳6’和前端内保护壳7’封装，后端则突伸于后端陶瓷件3’之外，且传感器陶瓷元件5’的电极引脚523’和加热器引脚542’露于传感器陶瓷元件5’后端部的表面。
[0003] 但由于传感器陶瓷元件都是通过高温烧制而成，在冷却过程中由于产品内部的应力变化，会导致产品产生裂纹。而且陶瓷元件在装配过程中，也会因受外部压力的作用，在陶瓷元件内部产生细小裂纹。
[0004] 如图2和图3所示，为气体传感器陶瓷元件5’的结构，自下而上包括基体层51’、固体电解质层52’和多孔保护层53’，固体电解质层52’的外表面设有外电极521’，内表面设有内电极522’，外电极521’和内电极522’通过电极引脚523’和外部电源U连接，基体层51’的下方还设有加热器基体层56’，加热器基体层56’内还设有加热器54’，加热器54’则通过加热器引脚542’和外部电源Uh连接，其中，气体传感器陶瓷元件5’带有气道55’，气道位于基体层51’和固体电解质层52’之间，是一个单端与空气相通的腔体，在高温烧制过程中，由于气道位置处于两层材料之间，更容易因内部的应力变化而产生裂纹，如图8所示，裂纹W容易产生于气道55’附近位置。但在装配过程中，如图1所示，传感器陶瓷元件5’受外部压力的作用，裂纹W容易产生于与密封环4’的接触位置，并贯穿传感器陶瓷元件5’的气道55’。在气道55’处产生的裂纹是致命缺陷，会直接影响气体传感器功能的实现。
[0005] 裂纹通常分为两种：一是比较明显的裂纹，该裂纹可以通过目视识别然后排除；二是传感器陶瓷元件内部结构出现暗裂，该裂纹不容易被发现，带有这种裂纹的不良产品会导致无法正常输出电信号从而不能对气体含量进行精确测定，甚至在外力作用下极容易产生断裂，导致客诉。
[0006] 而且在装配过程中，传感器陶瓷元件内部产生的细小裂纹不影响接触，因此，无法通过检测电气连接性将此类裂纹品挑选出来，一旦流入客户端，客户端使用一段时间后细小裂纹还会进一步扩大，使得气体传感器无法正常检测氧含量进而导致客诉。
[0007] 现有的裂纹检测装置主要应用在公路路面、金属裂纹、钣金折弯、玻璃、晶体芯片等领域，但鲜有应用于陶瓷元件的裂纹检测的相关技术报道。发明内容
[0008] 本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种陶瓷元件的裂纹检测装置，可同时对多个气体传感器陶瓷元件进行裂纹检测，可用于对传感器陶瓷元件在制备过程和装配过程中产生的裂纹的检测，填补这一技术空白。
[0009] 本实用新型是这样实现的：一种气体传感器陶瓷元件的多工位裂纹检测装置，包括：
[0010] 底座，沿前后方向设有第一滑轨和第二滑轨；
[0011] 元件定位座，设于所述底座上，并具有一检测工位槽阵列；
[0012] 第一探针阵列，通过第一探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第一滑轨上，且位于所述元件定位座的前侧部；
[0013] 第二探针阵列，通过第二探针固定件固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第二滑轨上，且位于所述元件定位座的后侧部；以及
[0014] 探针驱动机构，设于所述底座上，并连接所述第一探针固定件和所述第二探针固定件。
[0015] 进一步的，所述探针驱动机构包括：
[0019] 第二齿条，前后方向布置并固定连接于所述第二探针固定件，且与所述主动齿轮啮合。
[0020] 进一步的，本实用新型的检测装置还包括：直流稳压源，两端连接所述元件定位座，为所述检测工位槽阵列供电，形成检测电路；
[0021] 电流检测仪，串接于所述检测电路上。
[0022] 进一步的，本实用新型的检测装置还包括：保护壳，覆盖于所述底座上，并具有一开口，使所述元件定位座露于该开口处。
[0024] 本实用新型的优点在于：本实用新型的裂纹检测装置通过在元件定位座上设置检测工位槽阵列，得以同时检测多个气体传感器陶瓷元件，并通过探针驱动机构驱动第一探针阵列和第二探针阵列的前后移动来控制检测工位槽阵列的导通状态，检测效率高，操作方便。由于检测过程只需固定和导通被测气体传感器陶瓷元件的引脚端部，引脚端部在传感器陶瓷元件在制备过程和装配过程均是自由端，因此本实用新型的裂纹检测装置不仅可用于对传感器陶瓷元件在制备过程中进行裂纹在线检测，也可在传感器陶瓷元件的装配过程进行裂纹在线检测。附图说明
[0025] 下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0026] 图1为现有的一种气体传感器装配件的剖视结构示意图。
[0027] 图2为现有的气体传感器陶瓷元件的分解结构示意图。
[0028] 图3为现有的气体传感器陶瓷元件的氧气传输的工作原理示意图。
[0029] 图4为本实用新型裂纹检测装置的外部整体结构示意图。
[0030] 图5为本实用新型裂纹检测装置的内部结构示意图。
[0031] 图5a为图5的局部结构放大图。
[0032] 图6为本实用新型裂纹检测装置电连接结构示意图。
[0033] 图7为本实用新型裂纹检测装置的一检测状态的结构示意图。
[0034] 图8为本实用新型裂纹检测装置的另一检测状态的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 请参阅图4至图5a所示，本实用新型的多工位裂纹检测装置100，包括底座1、元件定位座2、第一探针阵列3、第二探针阵列4以及探针驱动机构5。其中，
[0036] 所述底座1，沿前后方向设有第一滑轨11和第二滑轨12；
[0037] 所述元件定位座2，设于所述底座1上，并具有一检测工位槽阵列22；
[0038] 所述第一探针阵列3，通过第一探针固定件32固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第一滑轨11上，且位于所述元件定位座2的前侧部；
[0039] 所述第二探针阵列4，通过第二探针固定件42固定连接为一体，并可前后移动地设于所述第二滑轨12上，且位于所述元件定位座2的后侧部；以及
[0040] 所述探针驱动机构5，设于所述底座1上，并连接所述第一探针固定件32和所述第二探针固定件42，即可通过探针驱动机构5带动第一探针阵列3和第二探针阵列4靠近元件定位座2，以接触导通检测工位槽阵列22，或者带动第一探针阵列3和第二探针阵列4远离元件定位座2，以结束检测工位槽阵列22的导通状态。
[0041] 具体的，所述探针驱动机构5包括：
[0042] 气缸51，设于所述底座1上；
[0043] 主动齿轮52，设于所述底座1上并由所述气缸51驱动旋转；
[0044] 第一齿条53，前后方向布置并固定连接于所述第一探针固定件32，且与所述主动齿轮51啮合；以及
[0045] 第二齿条54，前后方向布置并固定连接于所述第二探针固定件42，且与所述主动齿轮51啮合。
[0046] 主动齿轮52正转时，可同时带动第一齿条53和第二齿条54靠近元件定位座2移动，从而带动第一探针阵列3和第二探针阵列4同时导通检测工位槽阵列22；反之，主动齿轮52反转时，可同时带动第一齿条53和第二齿条54远离元件定位座2移动，从而带动第一探针阵列3和第二探针阵列4沿着第一滑轨11和第二滑轨12远离元件定位座2移动，同时结束检测工位槽阵列22的导通状态；
[0047] 如图6所示，本实用新型的检测装置还包括直流稳压源和电流检测仪，直流稳压源和电流检测仪可以内置，也可以外接。
[0048] 所述直流稳压源U两端连接所述第一探针阵列3和所述第二探针阵列4，通过所述第一探针阵列3和所述第二探针阵列4为所述检测工位槽阵列22供电，形成多路检测电路；
[0049] 所述电流检测仪A，串接于所述检测电路上，每一路检测电路都串接一个电流检测仪A，用于观测所有检测工位槽阵列22内被测气体传感器陶瓷元件的极限电流。
[0050] 另外，本实用新型的检测装置还包括：保护壳6和风扇7，保护壳6覆盖于所述底座1上，并具有一开口62，使所述元件定位座2露于该开口62处。风扇7设于底座1上，且风向对准检测工位槽阵列22。
[0051] 本实用新型的检测装置具体检测步骤如下所示：
[0052] (1).将多个待测气体传感器陶瓷元件一一对应地放入检测工位槽阵列22中，控制气缸使探针与元件加热器引脚及电极引脚接触；
[0053] (2).给每个检测工位中的待测气体传感器陶瓷元件的加热器端加载12V～14V直流电压Uh，以给固体电解质层进行加热，加热时间约1min，使固体电解质层达到其正常工作温度约800℃并处于稳定状态；
[0054] (3).加热1min后，再给每个检测工位中的待测气体传感器陶瓷元件的电极侧加载0.3V～0.6V直流电压U，电源正极接外电极引脚，负极接内电极引脚，此时电流方向为外电极到内电极，则氧离子的传输方向为内电极到外电极，电极侧的电压不宜过大，太大会导致气道内供氧严重不足从而消耗固体电解质中的氧，使得固体电解质无法正常工作；
[0055] (4).电极侧电压加载30～50s后采集陶瓷元件电极侧回路中的电流I，因为电极侧电压刚加载上去时消耗的是气道内部储存的氧，电极侧回路中形成的电流波动较大，该值无法反应气道的真实大小，约30s后该电流值达稳定状态，此时所采的电流值即为有效极限电流值，该值反映了气道的尺寸；
[0056] (5).根据气道的设计尺寸计算极限电流的理论Ip值，若测试值I>理论值Ip，则说明气道处存在裂纹使其横截面积增大，故判定为裂纹产品，否则，说明不是裂纹产品。
[0057] (6).测试结束后，待气体传感器陶瓷元件冷却，将其手动取出即可。
[0058] 结合图7和图8所示，本实用新型的检测原理是：
[0059] 气道55’的横截面积A、长度L决定了气体的进入量，使得从内电极522’到外电极521’方向的氧离子传输量受限，当在电极两侧加载一定电压U时，此时在两电极间就会形成极限电流Ip，极限电流值反映了进入气道中氧的含量，其大小取决于气道55’的尺寸。根据气体扩散的极限电流Ip公式为：
[0060] Ip＝C·A/L(PO2’-PO2”)，
[0061] 公式中C为气体扩散常数，A为气道横截面积，L为气道长度，PO2’为气道外界的氧分压，PO2”为气道内部靠近内电极侧的氧分压，当形成极限电流IP时，内电极侧的氧气最大限度地往外电极侧传输，这种情况下PO2”的值接近零。本发明的检测装置均在空气气氛中进行，即PO2’为空气中的分压，通过实际测量可计算出在空气气氛下的气体扩散常数C的值，实测结果为C·PO2’＝150mA/mm。故在空气气氛下极限电流Ip公式可写为：
[0062] Ip＝150*A/L。
[0063] 由空气气氛下极限电流公式可知，当气道尺寸一定时，Ip也应相对固定。若产品在气道位置出现裂纹，则氧气进入量增加，相当于气道的截面积A增大，此时检测的Ip值较无裂纹的产品大，利用这一差异就可以通过判断Ip值的大小分选出裂纹产品。裂纹产品的氧气传输示意图如图8所示，如果产品没有裂纹，氧气传输示意图则如图7所示。
[0064] 虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
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