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一種平面型氧傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面型氧傳感器，它包括氧化鋯基體，二個(gè)敏感電極及一個(gè)參考電極；氧化鋯基體的材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，二個(gè)敏感電極均位于氧化鋯基體上。在二個(gè)敏感電極上，加上一層不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂層，用于與被測(cè)氣體接觸，參考電極二個(gè)敏感電極均位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸。二個(gè)敏感電極分別與參考電極電連接。本發(fā)明的平面型氧傳感器，用于測(cè)量混合可燃?xì)怏w中氧氣含量，而氧氣含量是氫氣含量與其它氣體含量比例的函數(shù)，工作溫度范圍在350~800oC。本發(fā)明在單一敏感電極平面型氧傳感器上，提高了氧傳感器的穩(wěn)定性，并有內(nèi)部自校準(zhǔn)能力，同時(shí)有制作工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
【專利說明】一種平面型氧傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)，具體是一種測(cè)量氧氣的傳感器，適用于汽車及其他內(nèi)燃機(jī)尾氣中的氧氣，氫氣和碳?xì)浠衔餃y(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機(jī)，特別是汽車，控制系統(tǒng)中，氧傳感器，三元催化與電子控制供油是內(nèi)燃機(jī)控制的核心?，F(xiàn)在使用的最廣泛的車用氧傳感器是檢測(cè)理論空燃比型氧傳感器，它提供的信息使得發(fā)動(dòng)機(jī)保持在理論空燃比附近工作，達(dá)到最佳燃油效率；裝在三元催化器后的氧傳感器能使三元催化處于最佳工作區(qū)域。
現(xiàn)在使用的最廣泛的車用氧傳感器是濃差電勢(shì)型氧化鋯傳感器，主要采用片式結(jié)構(gòu)；由于傳統(tǒng)的管式結(jié)構(gòu)的氧傳感器反應(yīng)時(shí)間較慢，它在逐步被新型的片式結(jié)構(gòu)氧傳感器替代。目前的片式結(jié)構(gòu)氧傳感器包括氧化鋯基體，一個(gè)敏感電極及一個(gè)參考電極；氧化鋯基體的材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，敏感電極均位于氧化鋯基體上。在敏感電極上，加上多孔陶瓷涂層，用于與被測(cè)氣體接觸，參考電極均位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸。假如被測(cè)氣體是氧氣，那么電極兩邊的氧氣濃差會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，電勢(shì)突變發(fā)生在理論空燃比。然而，在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中，有氧和各種可燃?xì)怏w，如，氫氣，一氧化碳和烴類共存，造成電勢(shì)突變偏離理論空燃比。這樣用于優(yōu)化燃料效率，氧傳感器需要經(jīng)常校準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種新型的氧傳感器。它包括氧化鋯基體，二個(gè)敏感電極及一個(gè)參考電極；氧化鋯基體的材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，二個(gè)敏感電極均位于氧化鋯基體上。在二個(gè)敏感電極上，加上一層不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂層，用于與被測(cè)氣體接觸，參考電極均位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸。二個(gè)敏感電極分別與參考電極電連接。
本發(fā)明是目前片式氧傳感器的改進(jìn)，增加了一個(gè)敏感電極，同時(shí)在這敏感電極上，加上一層不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂層。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，敏感電極上的多孔陶瓷涂層由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯制成，或者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料組成，或者由其他同氧化釔穩(wěn)定氧化鋯匹配的氧化物的復(fù)合材料組成。
作為上述技術(shù)方案的最進(jìn)一步的改進(jìn)，氧化鋯基體為三氧二釔含量為5?12mole%的氧化鋯材料制成。
作為上述技術(shù)方案的最進(jìn)一步的改進(jìn)，該傳感器還包括加熱器，加熱器有加熱電阻與加熱層組成；加熱器與氧化鋯基體之間有供參考電極與空氣連接的空氣通道。
作為上述技術(shù)方案的最進(jìn)一步的改進(jìn)，加熱層使用導(dǎo)熱性能好的氧化鋁與氧化鋯的復(fù)合材料制成。氧化鋁的含量為5?40%。氧化鋯為三氧二釔含量為5?12mole%的氧化鋯材料制成。 作為上述技術(shù)方案的最進(jìn)一步的改進(jìn)，加熱電阻由金屬鉬制成。電極也由金屬鉬制成?；w可采用陶瓷流延等方法制造，電極和加熱電阻可采用絲網(wǎng)印刷方式制備，多孔陶瓷涂層也可采用絲網(wǎng)印刷方式制備。
本發(fā)明的平面型氧傳感器，用于測(cè)量混合可燃?xì)怏w中氧氣含量，工作溫度范圍在350^800 °C。本發(fā)明在單一敏感電極平面型氧傳感器上，提高了氧傳感器的穩(wěn)定性，有內(nèi)部自校準(zhǔn)能力，同時(shí)有制作工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1為本發(fā)明提供的氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]圖2為本發(fā)明提供的一種具體實(shí)例氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0006]圖3為采用圖2所示結(jié)構(gòu)，電極2和電極3的在不同空燃比下的電勢(shì)。
[0007]【具體實(shí)施方式】:
為了將本發(fā)明解釋更清楚，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
如圖2，平面型氧傳感器由氧化鋯基體1，二個(gè)敏感電極2，3及一個(gè)參考電極4組成。氧化鋯基體I的材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，二個(gè)敏感電極2和3均位于氧化鋯基體I上。在二個(gè)敏感電極上，加上一層不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂層5，6，用于與被測(cè)氣體接觸，參考電極4均位于氧化鋯基體I的另一面，用于與空氣接觸9。二個(gè)敏感電極2，3分別與參考電極4電連接。
為了提高平面型氧傳感器的靈敏度，該傳感器還設(shè)置加熱器。加熱器由加熱層10，11和加熱電阻12組成，加熱器和加熱層10，11之間絕緣。加熱器的功能是將傳感器加熱到350^800 °(:工作溫度范圍。為了更好的導(dǎo)熱，加熱層10，11可以采用導(dǎo)熱比較好的絕緣材料，如氧化鋁，或者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料制成。加熱電阻12由白金制成。連接電極2，3，4的引線也由金屬鉬制成。
加熱層10和氧化鋯基體I之間有設(shè)置空氣通道9供參考電極4與空氣接觸。
加熱層10和氧化鋯基體I連接塊7，8由絕緣材料制成；為了簡(jiǎn)單制備，可以采用氧化鋯基體1，或加熱層10，11同類或者類似的材料。
二個(gè)敏感電極2，3上的多孔陶瓷涂層5，6由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯制成，或者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料組成，或者由其他同氧化釔穩(wěn)定氧化鋯匹配的氧化物的復(fù)合材料組成。
[0008]下面舉例說明上述平面氧傳感器的制造工藝:
以5% mole%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料采用流延成型得到流延片，采用絲網(wǎng)印刷方式將白金漿料分別印刷在流延片兩邊制成電極，80 °C焙烤10分鐘，再用絲網(wǎng)印刷將者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合漿料印刷在敏感電極電極上，再經(jīng)過80 °C焙烤10分鐘。
在5% mole%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料的流延片印刷加熱電阻，80 °C焙烤10分鐘。在加熱層和氧化鋯基體之間的連接塊流延片上打空，形成空氣通道。
接下來是把印有加熱電阻的導(dǎo)熱層流延片，另一層導(dǎo)熱層流延片，連接塊流延片上和印有電極的氧化鋯基體流延片堆加壓成，安設(shè)計(jì)，切割成單個(gè)平面氧傳感器。經(jīng)過1450 0C,100分鐘的燒結(jié)，形成平面氧傳感器片芯。經(jīng)過組裝，得到可用平面氧傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種平面型氧傳感器，它包括氧化鋯基體，二個(gè)敏感電極及一個(gè)參考電極；氧化鋯基體的材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，二個(gè)敏感電極均位于氧化鋯基體上；在二個(gè)敏感電極上，加上一層不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂層，用于與被測(cè)氣體接觸，參考電極均位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸；二個(gè)敏感電極分別與參考電極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面氧傳感器，多孔陶瓷涂層由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯制成，或者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料組成，或者由其他同氧化釔穩(wěn)定氧化鋯匹配的氧化物的復(fù)合材料組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的平面氧傳感器，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯為三氧化二釔含量為5-12 Mole%的氧化鋯陶瓷材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的平面氧傳感器，該氧傳感器還包括加熱器，加熱器由加熱層和設(shè)置在加熱層內(nèi)的加熱電阻構(gòu)成，加熱電阻與加熱層之間是絕緣的；加熱器與氧化鋯基體之間有供參考電極與空氣連接的通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面氧傳感器，加熱層使用導(dǎo)熱性能好的氧化鋁與氧化鋯的復(fù)合材料制成，氧化鋁的含量為5?40%，氧化鋯為三氧二釔含量為5?12mole%的氧化鋯材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2和4所述的平面氧傳感器，加熱電阻由白金制成，電極引線也是由白金制成。
【文檔編號(hào)】G01N27/60GK104374818SQ201410387830
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】王鐵, 吳鑫娣 申請(qǐng)人:杭州納瑙新材料科技有限公司