一種測量氧濃度的傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種測量氧分子濃度的傳感器，它包括氧化鋯基體，兩個鉑材料泵電流電極及一個參考電極；氧化鋯基體的材料為氧化釔穩定氧化鋯，二個鉑材料泵電流電極均位于氧化鋯基體上。本發明公開的氧傳感器，含有多個尾氣擴散通道，在尾氣通過尾氣擴散通道進入傳感器后，然后再通過多孔陶瓷制成的擴散障，與一個鉑泵電極相遇。氣體的擴散機理同時適用于尾氣擴散通道和一層具有一定孔隙率、孔隙大小的陶瓷層。擴散機理是構成測量氧濃度的傳感器的工作原理的基礎。參考電極位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸。一個泵電極與參考電極電連接。本發明的平面型氧傳感器，用于測量混合可燃氣體中氧氣含量。傳感器的工作溫度范圍在700-800℃。
【專利說明】
一種測量氧濃度的傳感器
技術領域
[0001]本發明涉及氧傳感器，一種能耐久的車用片式測量氧分子濃度的傳感器。
【背景技術】
[0002]日益提高的發動機控制技術，對氧傳感器的測量精度、測量范圍的要求越來越高，傳統的濃差型氧傳感器難以符合進一步節能減排的需求。測量氧濃度的傳感器由于可以精確的測量尾氣中的氧濃度，可以滿足進一步節能減排的需求。
[0003]但是現有的測量氧濃度的傳感器的壽命由于其工作機理是建立在氣體中氧分子在擴散障中的有效“擴散”的原理上，任何影響氣體中氧分子的“擴散”，都會導致氧傳感器“失效”。
[0004]任何影響“擴散”電流大小的因素，都是傳感器失效的可能原因。由于尾氣系統是充滿了發動機排出物質，包括水，未燃燒的碳氫化合物和不同大小的顆粒，積碳，這些物質非常容易堵塞尾氣入口，或者擴散障，從而導致傳感器的失效。傳感器的過早的失效是汽車制造商與氧傳感器制造商始終未解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明解決的技術問題主要在于:提高測量氧分子濃度傳感器的使用壽命。測量氧濃度的傳感器是建立在“擴散”原理上。基于擴散機理的傳感器的主要功能失效模式為:
I.尾氣氣體在進入傳感器時在入口被堵塞
2.尾氣氣體在進入擴散障后在擴散障中被堵塞
所以任何一個單一氣體入口的傳感器，都有被堵塞風險。例如，以一圓形進氣孔為氣體入口的設計，堵住的風險與孔直徑成反比，與孔的深度成正比；對于擴散障，其被堵塞的風險，主要與孔隙大小成反比。由于進氣通道或者擴散孔較為狹窄，導致其很容易因為積碳等原因發生堵塞，最終導致產品過早發生失效。
[0006]本發明公開了一種測量氧分子濃度的傳感器，采用特殊的結構設計，通過引入多個尾氣擴散通道，減低通道被堵塞的幾率，大大提高了傳感器的壽命。
[0007]為了解決以上問題，本發明提出了一種測量氧濃度的傳感器，主要由多個尾氣擴散通道、擴散障、氣體混合空腔、外栗電極、內栗電極、保護層、氧化鋯電解質、空氣通道、參比電極、加熱器單元組成。傳感器還包括標定電阻和輸出電阻。
[0008]發動氣尾氣通過多個尾氣擴散通道入口(2a)，(2b)，(2c)、進入擴散障結構(3)，進入混合空腔(4)，在外栗電極(5)和外栗電極(6)之間的栗電壓下(15)，產生栗電流(19)，栗電流的大小與從入口進入擴散障的氣體中的氧分子濃度成正比。考慮到擴散障在制造中的不一致性會導致栗電流(19)大小的不一致性，一個可調的并聯電阻，或稱標定電阻(12)被使用來調節系統測到的栗電流Ip2(18)，以使在輸出電阻(13)上的電壓Voutput為合適的值，以符合標定技術范圍的需求。加熱器(11)用于把電池(I)加熱到800度C左右的工作溫度范圍內。
[0009]其中，尾氣擴散通道、擴散障結構經特殊設計，以提高傳感器的使用壽命:
1.含多個進氣通道:以避免由于一個進氣通道被堵塞引起的傳感器過早的失效的可會K。
[0010]2.含多個擴散障通道:緩解擴散通道容易被堵塞的現象，以顯著的提高了傳感器的壽命。
[0011]3.可變電阻:在阻值標定后，仍然可以根據傳感器栗電流的變化被再次調節，在線改變阻值，以對應當擴散障被逐漸堵塞時栗電池的總栗電流減小而引起的傳感器過早失效。
【附圖說明】
圖1為本發明測量氧濃度氧傳感器的剖面圖結構示意圖。
【主權項】
1.一種測量氧分子濃度的傳感器，其測量單元(I)包括，多個尾氣擴散通道(2a)、(2b)、(2c)，擴散障(3)，氣體混合空腔(4)，外栗電極(5)，內栗電極(6)，保護層(7)，氧化鋯電解質(8);濃差參比電池單元包括參比空氣通道(9)，參比電極(10)，加熱器單元(11)。2.傳感器還包括標定電阻(12)和輸出電阻(13 )。3.根據權利要求1所述的氧傳感器，其氧化鋯電解質是氧化釔穩定的氧化鋯，為三氧化二釔含量為5-12 mol%的氧化鋯陶瓷材料制成。4.根據權利要求1所述的氧傳感器，其尾氣擴散通道是由多處開口、多個朝向的中空結構2a、2b、2c構成，或由2a、2b、2c構成的任何形式的組合。5.根據權利要求1所述的傳感器，其擴散障由氧化鋁、氧化釔穩定氧化鋯或者由氧化鋁和氧化釔穩定氧化鋯的復合材料組成。6.根據權利要求1所述的傳感器，其擴散障可以在氣體進入傳感器后的任何位置，可以在氣體通道的上方、下方或者后方。7.根據權利要求1所述的傳感器，其氣體混合空腔是由一個空間結構構成，在擴散障與栗電極之間，并不限于在擴散障的上方。8.根據權利要求1所述的氧傳感器，其外栗電極由金屬鉑，或者鉑合金，或者鉑和氧化鋁、氧化鋯的混合體制成。9.根據權利要求1所述的氧傳感器，內栗電極由金屬鉑，或者鉑合金，或者鉑和氧化鋁、氧化鋯的混合體制成。10.根據權利要求1所述的氧傳感器，參比電極由金屬鉑，或者鉑合金，或者鉑和氧化鋁、氧化鋯的混合體制成。11.根據權利要求1所述的氧傳感器，其加熱器單元由加熱層和設置在加熱層內的加熱電阻構成，加熱電阻與加熱層之間是絕緣的；加熱器單元與氧化鋯基體之間有供參比電極與空氣連接的通道。12.根據權利要求1所述的氧傳感器多孔陶瓷保護層由氧化釔穩定氧化鋯，或者氧化鋁和氧化釔穩定氧化鋯的復合材料，或者其他同氧化釔穩定氧化鋯匹配的氧化物的復合材料組成。13.根據權利要求1所述的氧傳感器，其標定電阻是在標定電阻值后仍是可變電阻。
【文檔編號】G01N27/409GK105823813SQ201510956751
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月21日
【發明人】王鐵, 吳鑫娣, 石棟, 易均金
【申請人】杭州納瑙新材料科技有限公司