一種測(cè)量氧濃度的傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)量氧分子濃度的傳感器，它包括氧化鋯基體，兩個(gè)鉑材料泵電流電極及一個(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)鉑材料泵電流電極均位于氧化鋯基體上。本發(fā)明公開的氧傳感器，含有多個(gè)尾氣擴(kuò)散通道，在尾氣通過(guò)尾氣擴(kuò)散通道進(jìn)入傳感器后，然后再通過(guò)多孔陶瓷制成的擴(kuò)散障，與一個(gè)鉑泵電極相遇。氣體的擴(kuò)散機(jī)理同時(shí)適用于尾氣擴(kuò)散通道和一層具有一定孔隙率、孔隙大小的陶瓷層。擴(kuò)散機(jī)理是構(gòu)成測(cè)量氧濃度的傳感器的工作原理的基礎(chǔ)。參考電極位于氧化鋯基體的另一面，用于與空氣接觸。一個(gè)泵電極與參考電極電連接。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。傳感器的工作溫度范圍在700-800℃。
【專利說(shuō)明】
一種測(cè)量氧濃度的傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氧傳感器，一種能耐久的車用片式測(cè)量氧分子濃度的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]日益提高的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，對(duì)氧傳感器的測(cè)量精度、測(cè)量范圍的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的濃差型氧傳感器難以符合進(jìn)一步節(jié)能減排的需求。測(cè)量氧濃度的傳感器由于可以精確的測(cè)量尾氣中的氧濃度，可以滿足進(jìn)一步節(jié)能減排的需求。
[0003]但是現(xiàn)有的測(cè)量氧濃度的傳感器的壽命由于其工作機(jī)理是建立在氣體中氧分子在擴(kuò)散障中的有效“擴(kuò)散”的原理上，任何影響氣體中氧分子的“擴(kuò)散”，都會(huì)導(dǎo)致氧傳感器“失效”。
[0004]任何影響“擴(kuò)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(tǒng)是充滿了發(fā)動(dòng)機(jī)排出物質(zhì)，包括水，未燃燒的碳?xì)浠衔锖筒煌笮〉念w粒，積碳，這些物質(zhì)非常容易堵塞尾氣入口，或者擴(kuò)散障，從而導(dǎo)致傳感器的失效。傳感器的過(guò)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(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題主要在于:提高測(cè)量氧分子濃度傳感器的使用壽命。測(cè)量氧濃度的傳感器是建立在“擴(kuò)散”原理上。基于擴(kuò)散機(jī)理的傳感器的主要功能失效模式為:
I.尾氣氣體在進(jìn)入傳感器時(shí)在入口被堵塞
2.尾氣氣體在進(jìn)入擴(kuò)散障后在擴(kuò)散障中被堵塞
所以任何一個(gè)單一氣體入口的傳感器，都有被堵塞風(fēng)險(xiǎn)。例如，以一圓形進(jìn)氣孔為氣體入口的設(shè)計(jì)，堵住的風(fēng)險(xiǎn)與孔直徑成反比，與孔的深度成正比；對(duì)于擴(kuò)散障，其被堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，主要與孔隙大小成反比。由于進(jìn)氣通道或者擴(kuò)散孔較為狹窄，導(dǎo)致其很容易因?yàn)榉e碳等原因發(fā)生堵塞，最終導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)早發(fā)生失效。
[0006]本發(fā)明公開了一種測(cè)量氧分子濃度的傳感器，采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)引入多個(gè)尾氣擴(kuò)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(wèn)題，本發(fā)明提出了一種測(cè)量氧濃度的傳感器，主要由多個(gè)尾氣擴(kuò)散通道、擴(kuò)散障、氣體混合空腔、外栗電極、內(nèi)栗電極、保護(hù)層、氧化鋯電解質(zhì)、空氣通道、參比電極、加熱器單元組成。傳感器還包括標(biāo)定電阻和輸出電阻。
[0008]發(fā)動(dòng)氣尾氣通過(guò)多個(gè)尾氣擴(kuò)散通道入口(2a)，(2b)，(2c)、進(jìn)入擴(kuò)散障結(jié)構(gòu)(3)，進(jìn)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(chǎn)生栗電流(19)，栗電流的大小與從入口進(jìn)入擴(kuò)散障的氣體中的氧分子濃度成正比?？紤]到擴(kuò)散障在制造中的不一致性會(huì)導(dǎo)致栗電流(19)大小的不一致性，一個(gè)可調(diào)的并聯(lián)電阻，或稱標(biāo)定電阻(12)被使用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)測(cè)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(biāo)定技術(shù)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(nèi)。
[0009]其中，尾氣擴(kuò)散通道、擴(kuò)散障結(jié)構(gòu)經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，以提高傳感器的使用壽命:
1.含多個(gè)進(jìn)氣通道:以避免由于一個(gè)進(jìn)氣通道被堵塞引起的傳感器過(guò)早的失效的可會(huì)K。
[0010]2.含多個(gè)擴(kuò)散障通道:緩解擴(kuò)散通道容易被堵塞的現(xiàn)象，以顯著的提高了傳感器的壽命。
[0011]3.可變電阻:在阻值標(biāo)定后，仍然可以根據(jù)傳感器栗電流的變化被再次調(diào)節(jié)，在線改變阻值，以對(duì)應(yīng)當(dāng)擴(kuò)散障被逐漸堵塞時(shí)栗電池的總栗電流減小而引起的傳感器過(guò)早失效。
【附圖說(shuō)明】
圖1為本發(fā)明測(cè)量氧濃度氧傳感器的剖面圖結(jié)構(gòu)示意圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)量氧分子濃度的傳感器，其測(cè)量單元(I)包括，多個(gè)尾氣擴(kuò)散通道(2a)、(2b)、(2c)，擴(kuò)散障(3)，氣體混合空腔(4)，外栗電極(5)，內(nèi)栗電極(6)，保護(hù)層(7)，氧化鋯電解質(zhì)(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(biāo)定電阻(12)和輸出電阻(13 )。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器，其氧化鋯電解質(zhì)是氧化釔穩(wěn)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(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器，其尾氣擴(kuò)散通道是由多處開口、多個(gè)朝向的中空結(jié)構(gòu)2a、2b、2c構(gòu)成，或由2a、2b、2c構(gòu)成的任何形式的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其擴(kuò)散障由氧化鋁、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯或者由氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其擴(kuò)散障可以在氣體進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其氣體混合空腔是由一個(gè)空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在擴(kuò)散障與栗電極之間，并不限于在擴(kuò)散障的上方。8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器，內(nèi)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器，其加熱器單元由加熱層和設(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(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器多孔陶瓷保護(hù)層由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，或者氧化鋁和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的復(fù)合材料，或者其他同氧化釔穩(wěn)定氧化鋯匹配的氧化物的復(fù)合材料組成。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器，其標(biāo)定電阻是在標(biāo)定電阻值后仍是可變電阻。
【文檔編號(hào)】G01N27/409GK105823813SQ201510956751
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日
【發(fā)明人】王鐵, 吳鑫娣, 石棟, 易均金
【申請(qǐng)人】杭州納瑙新材料科技有限公司