一种矿用传感器敏感元件防护气室结构的制作方法

1.本发明涉及矿用传感器技术领域，尤其涉及一种矿用传感器敏感元件防护气室结构。


背景技术：

2.由于各类矿用气体成分传感器作为煤矿安全监控系统的重要组成部分。传感器敏感元件作为传感器直接接触成分气体的重要元件，对于敏感元件的保护性决定着传感器是否能够及时准确的将测量数据上传。
3.传感器敏感元件通常被气室结构包裹，气室结构的主要作用有：1.抗打击，防止飞溅的石块煤块打击，防止意外坠落等；2.防水，矿井通常下有自然滴落和冲刷造成的淋水，敏感元件进水会造成敏感元件本身失效和气体交换通路堵塞，从而间接影响敏感元件对环境气体的正常检测；3.维持一定的稳定环境，有些敏感元件需要在小空间内形成持续的高温状态，如催化甲烷传感器，最佳运行温度为340℃，有的敏感元件需要对其进行信号屏蔽；4.必要的连接结构，实现敏感元件与通信运算供电主板进行连接。
4.但是随着矿用传感器防护等级提升至ipx6以后。部分传感器敏感元件无法达到相应的防水性能要求，又受限于通气和防水的两极要求中难以实现既要通气效率高还要达到一定的防水性能。
5.现有的气室结构通常有以下缺点：
6.1.底部的通气对流交换孔直接暴露于外壳侧壁，且通气对流交换孔直通敏感元件，淋水后水滴会直接进入到敏感元件内部，存在损坏敏感元件的风险。
7.2.下部的过滤网没有任何防水结构，导致传感器被淋水后，由于水的粘度和表面张力，水膜直接封死底部的过滤网，导致被测气体无法快速的进入到被测腔室内部，导致敏感元件无法正常检测气体，出现反应迟滞或检测数据不准确的情况。
8.3.有的气室将通气孔设于侧壁上，经过测试依然不能对淋水进行有效防护，淋水会进入到气室腔体内，对敏感元件造成影响，在过滤网上形成水封膜。


技术实现要素：

9.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
10.为此，本发明的目的在于提出一种矿用传感器敏感元件防护气室结构，包括外壳，护圈，接头，内衬和滤网。
11.所述外壳内部为竖直贯通的中空结构，外壳下端设有进气口和换气口，换气口较进气口更靠近外壳侧壁，外壳内壁设有用于装配滤网的卡槽，卡槽与换气口、进气口均连通，进气口向外折弯形成一圈凸台，凸台位于换气口的正下方。
12.所述护圈可拆卸连接于外壳下部的外侧，护圈和凸台之间留有一圈用于换气的并与换气口连通的空隙。
13.所述接头内部为竖直贯通的中空结构，接头可拆卸连接于外壳上部，接头和外壳
连接后的内部形成用于放置敏感元件的腔室。
14.所述内衬可拆卸铺设并贴合于腔室内壁，内衬底部留有用于气体交换的开孔，内衬上部留有用于贯穿导线的过线孔，开孔与进气口、换气口均连通。
15.所述滤网装配于卡槽内。
16.在一些实施例中，所述内衬为一体成型的或可拆分组装的结构。
17.在一些实施例中，所述内衬包括相互紧密接触的上内衬、第一侧内衬和第二侧内衬，第一侧内衬卡接于第二侧内衬的上方，上内衬卡接于第一侧内衬的上方。
18.在一些实施例中，所述护圈向下伸出凸台一段距离。
19.在一些实施例中，所述卡槽设有两个，包括上卡槽和下卡槽，上卡槽位于换气口上方并连通于换气口，下卡槽位于靠近进气口的位置，上卡槽内设有防尘滤网，下卡槽内设有外侧不锈钢滤网。
20.在一些实施例中，所述换气口设有不少于4个，围绕进气口外侧均布设置。
21.在一些实施例中，所述外壳内设有用于卡设挡圈的挡圈槽，挡圈槽紧邻上卡槽上方与内衬的下方，挡圈槽的外径大于上卡槽的外径，挡圈槽内卡设有挡圈，挡圈在竖直方向上限制防尘滤网的活动空间。
22.在一些实施例中，所述外壳和接头之间以及护圈和外壳之间均通过螺纹连接。
23.在一些实施例中，所述外壳和接头螺纹连接后的相接处卡设有o型圈，第一侧内衬的内外两侧均开设有用于卡设o型圈的o型圈槽。
24.在一些实施例中，所述内衬的材质为尼龙66。
25.本发明实施例的矿用传感器敏感元件防护气室结构的有益效果为：
26.1、设有的换气口使得腔室内形成气体对流，被测气体能快速进入到腔室内，使敏感元件能够及时响应，快速检测气体，提高检测数据的准确性；
27.2、设有的防水结构能够防止水进入到腔室内对敏感元件造成影响，也防止水在过滤网上形成水封膜而导致被测气体无法快速进入到腔室内；
28.3、可以将不同形状的敏感元件通过更改内衬的部分形状使之符合本气室的安装条件；保证在震动等工况下，敏感元件的位置保持相对固定；由柔性材料制作的内衬可以有效的保护敏感元件在坠落震动等工况下不受伤害；
29.4、所安装的o型圈能够起到密封作用，防止外界的水进入到腔室内。
30.5、该气室可以满足ipx5的淋水要求，同时设有的外侧不锈钢滤网可抵挡大颗粒飞溅或污泥侵入传感器，设有的防尘滤网能满足ip6x的防尘要求。
31.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
32.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
33.其中：
34.图1为本发明实施例1所提供的矿用传感器敏感元件防护气室结构的结构示意图；
35.图2为图1中接头的内部示意图；
36.图3为图1中接头的外部示意图；
37.图4为图3的俯视图；
38.图5为图1中外壳的内部示意图；
39.图6为图1中外壳的外部示意图；
40.图7为图6的俯视图；
41.图8为图1中护圈的内部示意图；
42.图9为护圈的俯视图；
43.图10为上内衬的结构示意图；
44.图11为第一侧内衬的结构示意图；
45.图12为第二侧内衬的结构示意图；
46.图13为挡圈的结构示意图；
47.图14为本发明实施例2所提供的矿用传感器敏感元件防护气室结构的结构示意图；
48.图15为图14中一体成型的内衬的内部示意图；
49.图16为图15的仰视图；
50.附图标记：
[0051]1‑
接头；2
‑
过线孔；3
‑
外壳；4
‑
o型圈槽；5
‑
开孔；6
‑
护圈；7
‑
凸台；8
‑
上内衬；9
‑
第一侧内衬；10
‑
o型圈；11
‑
第二侧内衬；12
‑
挡圈；13
‑
防尘滤网；14
‑
换气口；15
‑
外侧不锈钢滤网；16
‑
进气口；17
‑
空隙；18
‑
挡圈槽；19
‑
上卡槽；20
‑
下卡槽；21
‑
一体成型的内衬。
具体实施方式
[0052]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图1
‑
16描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0053]
下面参考附图描述本发明实施例的矿用传感器敏感元件防护气室结构。
[0054]
实施例1
[0055]
如图1
‑
13所示，本发明实施例提出了一种矿用传感器敏感元件防护气室结构，包括外壳3，护圈6，接头1，内衬和滤网。
[0056]
所述外壳3内部为竖直贯通的中空结构，外壳3下端设有进气口16和换气口14，换气口14较进气口16更靠近外壳3侧壁，外壳3内壁设有用于装配滤网的卡槽，卡槽与换气口14、进气口16均连通，进气口16向外折弯形成一圈凸台7，凸台7位于换气口14的正下方。
[0057]
所述护圈6通过螺纹连接于外壳3下部的外侧，护圈6和凸台7之间留有一圈用于换气的空隙17，该空隙17与换气口14连通。
[0058]
所述接头1内部为竖直贯通的中空结构，接头1螺纹连接于外壳3上部，接头1和外壳3连接后，其内部形成用于放置敏感元件的腔室。接头1与外壳3之间通过螺纹旋合，起到固定作用，且保护敏感元件不受坠落、打击的影响。
[0059]
接头1肩部外侧的相对位置处铣有两个平面，便于旋合接头1。
[0060]
所述内衬可拆卸铺设并贴合于腔室内壁，具体的贴合于接头1内壁，内衬与接头1内壁之间只紧密接触贴合而不连接，方便拆装。
[0061]
内衬底部留有用于气体交换的开孔5，内衬上部留有用于贯穿导线的过线孔2，开
孔5与进气口16、换气口14均连通。导线的一端连接敏感元件，导线的另一端从开孔5和接头1穿出后，连接于外部的传感器电路板，接头1上部的孔洞处用704硅橡胶进行封堵。整体气室装置通过接头1上部的外螺纹连接固定在外部设备上。
[0062]
所述滤网装配于卡槽内。所述卡槽设有两个，包括上卡槽19和下卡槽20，上卡槽19位于换气口14上方并连通于换气口14，下卡槽20位于靠近进气口16的位置，滤网设有两层，上卡槽19内设有防尘滤网13，下卡槽20内设有外侧不锈钢滤网15。防尘滤网13为密度230目的薄不锈钢网，用于满足ip6x的防尘要求。外侧不锈钢滤网15为18目不锈钢网，用于抵挡大颗粒飞溅或污泥侵入传感器。
[0063]
在一些实施例中，所述外壳内设有用于卡设挡圈的挡圈槽18，挡圈槽18紧邻上卡槽上方与内衬的下方，挡圈槽18的外径大于上卡槽19的外径，挡圈槽18内卡设有挡圈12，挡圈12在竖直方向上限制防尘滤网13的活动空间。由于上卡槽19的厚度需要满足不同厚度、不同材质的滤网安装进去，所以上卡槽19内需要预留一定的空间，所安装滤网的最大厚度为2mm。如果所安装的滤网厚度小于2mm，滤网在上卡槽19内可以稍微上下活动，由于挡圈12的限制使得滤网不会跑出来。防尘滤网13设于换气口14上方，不妨碍气体流通。
[0064]
在一些实施例中，所述内衬可以是一体成型的结构，如图14所示，腔室内设有一体成型的内衬21；也可以是可拆分组装的结构，如图1所示。
[0065]
在一些实施例中，当内衬是可拆分组装的结构时，内衬包括相互紧密接触的上内衬8、第一侧内衬9和第二侧内衬11，第一侧内衬9卡接于第二侧内衬11的上方，上内衬8卡接于第一侧内衬9的上方，形成包裹体，将敏感元件装配在该包裹体内，可达到以下效果：1)适配：可以将不同形状的敏感元件通过更改内衬的部分形状使之符合本气室的安装条件；
[0066]
2)固定：保证在震动等工况下，敏感元件的位置保持相对固定；3)保护：由柔性材料制作的内衬可以有效的保护敏感元件在坠落震动等工况下不受伤害。
[0067]
当内衬是可拆分组装的结构时，可以根据实际需求，产生多种形状，不限于上述这一种，内衬之间的连接方式也可以有多种，只要能在腔室内固定住且能包裹住敏感元件即可。
[0068]
在一些实施例中，所述内衬的材质为尼龙66，化学性能稳定，且包裹紧实。
[0069]
在一些实施例中，所述护圈6向下伸出凸台一段距离，即护圈6的下端面在凸台7的下端面之下，起到一定的防水作用，防止水从侧面进入到腔室内。
[0070]
在一些实施例中，所述换气口14的个数不能少于4个，否则响应速度达不到要求，换气口14围绕进气口16外侧均布设置。设有换气口14的作用在于：因为气室在使用时，腔室的空间是相对密闭的，里面充满空气，要使被测空气进入到腔室内，需要进气口16和换气口14配合形成气体对流，否则会影响敏感元件的响应速度，进而影响到传感器测量的准确性。由于在矿井内的使用环境中，响应速度一定要快。
[0071]
在一些实施例中，所述外壳3和接头1螺纹连接后的相接处卡设有o型圈10，用于外壳3与接头1之间的密封，第一侧内衬9的内外两侧均开设有用于卡设o型圈10的o型圈槽4，其中第一侧内衬9外侧的o型圈10用于内衬与接头1内壁的密封，第一侧内衬9内侧的o型圈10用于敏感元件与内衬之间的密封。设有o型圈10起密封作用，防止水从进入到腔室内。
[0072]
实施例2
[0073]
如图14
‑
16所示，与实施例1的不同之处在于其内衬是一体成型的结构。
[0074]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
[0075]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0076]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0077]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0078]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0079]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。