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一种平面型氧传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种平面型氧传感器，它包括氧化锆基体，二个敏感电极及一个参考电极；氧化锆基体的材料为氧化钇稳定氧化锆，二个敏感电极均位于氧化锆基体上。在二个敏感电极上，加上一层不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂层，用于与被测气体接触，参考电极二个敏感电极均位于氧化锆基体的另一面，用于与空气接触。二个敏感电极分别与参考电极电连接。本发明的平面型氧传感器，用于测量混合可燃气体中氧气含量，而氧气含量是氢气含量与其它气体含量比例的函数，工作温度范围在350~800oC。本发明在单一敏感电极平面型氧传感器上，提高了氧传感器的稳定性，并有内部自校准能力，同时有制作工艺简单的特点。
【专利说明】一种平面型氧传感器

【技术领域】
[0001]本发明属于传感器技术，具体是一种测量氧气的传感器，适用于汽车及其他内燃机尾气中的氧气，氢气和碳氢化合物测量。

【背景技术】
[0002]在内燃机，特别是汽车，控制系统中，氧传感器，三元催化与电子控制供油是内燃机控制的核心。现在使用的最广泛的车用氧传感器是检测理论空燃比型氧传感器，它提供的信息使得发动机保持在理论空燃比附近工作，达到最佳燃油效率；装在三元催化器后的氧传感器能使三元催化处于最佳工作区域。
现在使用的最广泛的车用氧传感器是浓差电势型氧化锆传感器，主要采用片式结构；由于传统的管式结构的氧传感器反应时间较慢，它在逐步被新型的片式结构氧传感器替代。目前的片式结构氧传感器包括氧化锆基体，一个敏感电极及一个参考电极；氧化锆基体的材料为氧化钇稳定氧化锆，敏感电极均位于氧化锆基体上。在敏感电极上，加上多孔陶瓷涂层，用于与被测气体接触，参考电极均位于氧化锆基体的另一面，用于与空气接触。假如被测气体是氧气，那么电极两边的氧气浓差会产生电势，电势突变发生在理论空燃比。然而，在实际的发动机废气中，有氧和各种可燃气体，如，氢气，一氧化碳和烃类共存，造成电势突变偏离理论空燃比。这样用于优化燃料效率，氧传感器需要经常校准。


【发明内容】

[0003]本发明提供了一种新型的氧传感器。它包括氧化锆基体，二个敏感电极及一个参考电极；氧化锆基体的材料为氧化钇稳定氧化锆，二个敏感电极均位于氧化锆基体上。在二个敏感电极上，加上一层不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂层，用于与被测气体接触，参考电极均位于氧化锆基体的另一面，用于与空气接触。二个敏感电极分别与参考电极电连接。
本发明是目前片式氧传感器的改进，增加了一个敏感电极，同时在这敏感电极上，加上一层不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂层。
作为上述技术方案的改进，敏感电极上的多孔陶瓷涂层由氧化钇稳定氧化锆制成，或者由氧化铝和氧化钇稳定氧化锆的复合材料组成，或者由其他同氧化钇稳定氧化锆匹配的氧化物的复合材料组成。
作为上述技术方案的最进一步的改进，氧化锆基体为三氧二钇含量为5?12mole%的氧化锆材料制成。
作为上述技术方案的最进一步的改进，该传感器还包括加热器，加热器有加热电阻与加热层组成；加热器与氧化锆基体之间有供参考电极与空气连接的空气通道。
作为上述技术方案的最进一步的改进，加热层使用导热性能好的氧化铝与氧化锆的复合材料制成。氧化铝的含量为5?40%。氧化锆为三氧二钇含量为5?12mole%的氧化锆材料制成。 作为上述技术方案的最进一步的改进，加热电阻由金属钼制成。电极也由金属钼制成。基体可采用陶瓷流延等方法制造，电极和加热电阻可采用丝网印刷方式制备，多孔陶瓷涂层也可采用丝网印刷方式制备。
本发明的平面型氧传感器，用于测量混合可燃气体中氧气含量，工作温度范围在350^800 °C。本发明在单一敏感电极平面型氧传感器上，提高了氧传感器的稳定性，有内部自校准能力，同时有制作工艺简单的特点。

【专利附图】

【附图说明】
[0004]图1为本发明提供的氧传感器的结构示意图。
[0005]图2为本发明提供的一种具体实例氧传感器的结构示意图。
[0006]图3为采用图2所示结构，电极2和电极3的在不同空燃比下的电势。
[0007]【具体实施方式】:
为了将本发明解释更清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的说明。
如图2，平面型氧传感器由氧化锆基体1，二个敏感电极2，3及一个参考电极4组成。氧化锆基体I的材料为氧化钇稳定氧化锆，二个敏感电极2和3均位于氧化锆基体I上。在二个敏感电极上，加上一层不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂层5，6，用于与被测气体接触，参考电极4均位于氧化锆基体I的另一面，用于与空气接触9。二个敏感电极2，3分别与参考电极4电连接。
为了提高平面型氧传感器的灵敏度，该传感器还设置加热器。加热器由加热层10，11和加热电阻12组成，加热器和加热层10，11之间绝缘。加热器的功能是将传感器加热到350^800 °(:工作温度范围。为了更好的导热，加热层10，11可以采用导热比较好的绝缘材料，如氧化铝，或者由氧化铝和氧化钇稳定氧化锆的复合材料制成。加热电阻12由白金制成。连接电极2，3，4的引线也由金属钼制成。
加热层10和氧化锆基体I之间有设置空气通道9供参考电极4与空气接触。
加热层10和氧化锆基体I连接块7，8由绝缘材料制成；为了简单制备，可以采用氧化锆基体1，或加热层10，11同类或者类似的材料。
二个敏感电极2，3上的多孔陶瓷涂层5，6由氧化钇稳定氧化锆制成，或者由氧化铝和氧化钇稳定氧化锆的复合材料组成，或者由其他同氧化钇稳定氧化锆匹配的氧化物的复合材料组成。
[0008]下面举例说明上述平面氧传感器的制造工艺:
以5% mole%氧化钇稳定氧化锆材料采用流延成型得到流延片，采用丝网印刷方式将白金浆料分别印刷在流延片两边制成电极，80 °C焙烤10分钟，再用丝网印刷将者由氧化铝和氧化钇稳定氧化锆的复合浆料印刷在敏感电极电极上，再经过80 °C焙烤10分钟。
在5% mole%氧化钇稳定氧化锆材料的流延片印刷加热电阻，80 °C焙烤10分钟。在加热层和氧化锆基体之间的连接块流延片上打空，形成空气通道。
接下来是把印有加热电阻的导热层流延片，另一层导热层流延片，连接块流延片上和印有电极的氧化锆基体流延片堆加压成，安设计，切割成单个平面氧传感器。经过1450 0C,100分钟的烧结，形成平面氧传感器片芯。经过组装，得到可用平面氧传感器。
【权利要求】
1.一种平面型氧传感器，它包括氧化锆基体，二个敏感电极及一个参考电极；氧化锆基体的材料为氧化钇稳定氧化锆，二个敏感电极均位于氧化锆基体上；在二个敏感电极上，加上一层不同厚度的多孔，或者不同空穴的多孔陶瓷涂层，用于与被测气体接触，参考电极均位于氧化锆基体的另一面，用于与空气接触；二个敏感电极分别与参考电极电连接。
2.根据权利要求1所述的平面氧传感器，多孔陶瓷涂层由氧化钇稳定氧化锆制成，或者由氧化铝和氧化钇稳定氧化锆的复合材料组成，或者由其他同氧化钇稳定氧化锆匹配的氧化物的复合材料组成。
3.根据权利要求1和2所述的平面氧传感器，氧化钇稳定氧化锆为三氧化二钇含量为5-12 Mole%的氧化锆陶瓷材料制成。
4.根据权利要求1和2所述的平面氧传感器，该氧传感器还包括加热器，加热器由加热层和设置在加热层内的加热电阻构成，加热电阻与加热层之间是绝缘的；加热器与氧化锆基体之间有供参考电极与空气连接的通道。
5.根据权利要求4所述的平面氧传感器，加热层使用导热性能好的氧化铝与氧化锆的复合材料制成，氧化铝的含量为5?40%，氧化锆为三氧二钇含量为5?12mole%的氧化锆材料制成。
6.根据权利要求1，2和4所述的平面氧传感器，加热电阻由白金制成，电极引线也是由白金制成。
【文档编号】G01N27/60GK104374818SQ201410387830
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】王铁, 吴鑫娣 申请人:杭州纳瑙新材料科技有限公司