专利名称：管式双电池型宽域氧传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及氧传感器技术领域，尤其是一种管式双电池型宽域氧传感器。
背景技术：
随着汽车尾气排放法规和发动机控制技术的日益提高，传统的浓差型氧传感器在测量精度和测量范围上都无法满足发动机控制系统的要求，因此基于极限电流原理的双电池型宽域氧传感器应运而生。目前已有的双电池型宽域氧传感器都是片式结构的，这种结构一般是通过流延成型技术获得氧化锆基片，通过切割和打孔加工成所需的形状，再通过丝网印刷和层压共烧技术将氧化锆基体和加热电路、金属钼电极、多孔保护层和扩散障碍层集成一体，从而形成浓差电池管和极限电流泵电池管的双电池结构，并包含加热器，扩散障碍层和多孔保护层。通过调整扩散障碍层的厚度以及形成的空隙大小和密度，可以获得相对稳定的极限电流大小。在工作状态下，通过闭环控制器在泵电池管内外电极端施加泵电压产生一定的泵电流，使得浓差电池管的测量电极参比电极两端产生450mV左右的电压，而该泵电流的输出特性在空燃比大于1也即稀薄燃烧阶段是线性的正电流，在空燃比等于1时为0，而在空燃比小于1时输出负电流，这样该氧传感器就可以在很宽的空燃比范围内进行测量，从而使得其除了实现λ=1的控制外，还可以进行发动机稀薄燃烧控制、柴油发动机和CNG发动机控制、工业燃烧控制以及尾气精确测量等。该片式双电池型宽域氧传感器为了在低泵电压下获得较高的测量精度，需要将传感和测量部位的温度一直维持在70(T800° C之间；与此同时为了获得更快的启动时间以满足高排放法规的要求，其集成的加热电路必须具有足够高的加热功率。这样以来，由于片式结构本身的不对称和不规则引起自身抗热振性能下降，会导致其稳定性和使用寿命下降。此外，同传统的浓差型传感器仅需2到3层结构相比，该双电池型宽域氧传感器需要集成5层甚至更多的功能层，从而导致其制造工艺的复杂度大幅提高，生产效率和成品率较难控制。
发明内容为了克服现有的氧传感器制造工艺复杂的不足，本实用新型提供了一种管式双电池型宽域氧传感器。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种管式双电池型宽域氧传感器，它包括内氧化锆管、外氧化锆管、加热棒和闭环控制器，所述内氧化锆管的外表面和外氧化锆管的内表面相互吻合，所述内氧化锆管和外氧化锆管叠加后在其顶端留有扩散腔， 所述内氧化锆管的内表面设有参比气体通道，所述参比气体通道设置钼电极形成参比电极，所述内氧化锆管的外表面设置测量电极，且与外氧化锆管的内表面相切形成泵电池管的内电极，所述外氧化锆管的外表面设置泵电池管外电极，所述外氧化锆管的顶部开有小孔，并设有填充扩散层的扩散障碍孔，所述外氧化锆管的外层设置多孔外电极保护层。[0007]根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述内氧化锆管作为浓差电池管， 所述外氧化锆管作为极限电流泵电池管。本实用新型的有益效果是，用本实用新型制备出的管式双电池型宽域氧传感器结构简单、工艺难度�。谀谥眉尤劝舻慕裘芘浜舷驴赏耆迪�15s以内的冷启动要求；同时其输出电流特性稳定；此外管式结构大幅提高了成品的抗热振性能，可延长产品的使用寿命，提高产品的使用稳定性。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的放大示意图；图3是本实用新型泵电流输出特性曲线示意图。图中1.内氧化锆管，11.测量电极，12.参比电极，13.参比气体通道，2.内氧化锆管，21.内电极，22.外电极，3.加热棒，4.扩散障碍孔，43.扩散腔，5.外电极保护层，6.闭环控制器。
具体实施方式
一种管式双电池型宽域氧传感器，包括内氧化锆管1、测量电极11、参比电极12、 参比气体通道13、内氧化锆管2、内电极21、外电极22、加热棒3、扩散障碍孔4、扩散腔43、 外电极保护层5和闭环控制器6。如图1是本实用新型的结构示意图，一种管式双电池型宽域氧传感器包括内氧化锆管1、内氧化锆管2、加热棒3和闭环控制器6，所述内氧化锆管1的外表面和外氧化锆管 2的内表面相互吻合，所述内氧化锆管1和外氧化锆管2叠加后在其顶端留有扩散腔43，所述内氧化锆管1的内表面设有参比气体通道13，所述参比气体通道13设置钼电极形成参比电极12，所述内氧化锆管1的外表面设置测量电极11，且与外氧化锆管2的内表面相切形成泵电池管的内电极21，所述外氧化锆管2的外表面设置泵电池管外电极22，所述外氧化锆管2的顶部开有小孔，并设有填充扩散层的扩散障碍孔4，所述外氧化锆管2的外层设置多孔外电极保护层5。所述内氧化锆管1作为浓差电池管，所述外氧化锆管2作为极限电流泵电池管。如图2是本实用新型的放大示意图，该传感器由内外两个氧化锆管芯构成，而加热棒3与其分开设置。内氧化锆管1做为浓差电池管，外氧化锆管2做为极限电流泵电池管用。且内部浓差电池管1的外表面和外部泵电池管2的内表面要相互吻合，以利于共烧或高温粘接。另外两个管体叠加后要能够在其顶端留出0. Γ2. 5mm的间隙做为极限电流泵电池的扩散腔43。内氧化锆管1的内表面通过参比气体通道13同参比空气接触，设置钼电极以形成参比电极12 ；在内氧化锆管1外表面设置测量电极11，且与外氧化锆管2的内表面电极层相切又形成泵电池管的内电极21 ；在外氧化锆管2的外表面设置泵电池管外电极 22。外部泵电池管2的顶部开有小孔，并填充一定孔隙大小和孔隙率的扩散层形成扩散障碍孔4，尾气中的氧分子就是通过该孔隙扩散到扩散腔43中形成极限电流。通过调整开孔孔径以及扩散层的孔隙率和大�。苫竦靡欢ǖ募薜缌髦�。外氧化锆管2的最外层设置多孔保护层以保护外电极不被污染，同时确保扩散障碍孔4不被尾气中的杂物堵塞影响信号输出特性。在工作中，由单独设置的加热棒3将双电池锆管顶端部位加热并维持在70(Γ800 度之间，通过闭环控制器6在外部极限电流泵电池管2的外电极22和内电极21两端施加泵电压产生一定的泵电流，使得浓差电池管1的参比电极12和测量电极11之间产生450mV 左右的电压。这样获得的泵电流在空燃比大于1的范围内是正电流，且随着空燃比增大而线性增大；在空燃比等于1时泵电流为0 ；在空燃比小于1的范围内泵电流是负值。由此该传感器同样可以满足全空燃比范围内的测量和控制。由于本实用新型的氧传感器将加热器和双电池管芯分开设置，大大降低了制作的工艺难度；另外其本身是管状对称结构，可大幅提高产品整体的抗热振性能，为其使用寿命和稳定性提供了很好的保障。具体实施例将掺杂5mol氧化钇的氧化锆粉末添加59Γ25%的粘结剂制备成胚体料或浆料，通过模压成型方法或者注射成型方法制备成内氧化锆管1和外氧化锆管2胚体，经脱脂后形成素胚管体。通过模具控制素胚管体的外型，使得内氧化锆管1素胚的外表面和外氧化锆管2素胚的内表面能充分吻合。可以使用可高温共烧的钼电极浆料直接涂敷或印刷在两个锆管素胚的内外表面，以便烧结后形成浓差电池管的参比电极12和测量电极11以及泵电池的内外电极；然后在外部大锆管素胚的顶部加工开孔，并在孔内注入扩散层流体浆料； 再将大小管体素胚充分叠加在一起，且顶部能够留出0. 2^3mm的间隙，之后再用提拉法将制备好的多孔保护层流体浆料提拉在外电极的表面；将表面浆料烘干后放入高温炉内，在 1350^1600度之间共烧广5个小时，最终可制备出本实用新型的管式双电池型宽域氧传感器。也可以将脱脂后的素坯管体先加工开孔后分开在135(Γ1600度之间烧结广5个小时，然后使用低温钼电极浆料涂敷在烧结后的管体内外表面，在90(Γ1250度烧结0. 5^3个小时，形成所需的功能电极层，然后用中温玻璃釉料在70(Γ1250度下将两个管体融接在一起，同时在上述两个烧结阶段完成顶部扩散孔内扩散层浆料的注入和烧结。最后再用等离子或热喷涂方式将保护层喷涂在最外层表面。由以上步骤制备出的管式双电池型宽域氧传感器结构简单、工艺难度�。谀谥眉尤劝舻慕裘芘浜舷驴赏耆迪�15s以内的冷启动要求；同时其输出电流特性稳定，具体样品的泵电流输出特性曲线见图3 ；此外，管式结构大幅提高了成品的抗热振性能，可延长产品的使用寿命，提高产品的使用稳定性。
权利要求1.一种管式双电池型宽域氧传感器，其特征是，它包括内氧化锆管(1)、外氧化锆管 (2)、加热棒(3)和闭环控制器(6)，所述内氧化锆管(1)的外表面和外氧化锆管(2)的内表面相互吻合，所述内氧化锆管(1)和外氧化锆管(2)叠加后在其顶端留有扩散腔(43)，所述内氧化锆管(1)的内表面设有参比气体通道(13)，所述参比气体通道(13)设置钼电极形成参比电极(12)，所述内氧化锆管(1)的外表面设置测量电极(11)，且与外氧化锆管(2)的内表面相切形成外氧化锆管(2)的内电极(21)，所述外氧化锆管(2)的外表面设置外氧化锆管(2)的外电极(22)，所述外氧化锆管(2)的顶部开有小孔，并设有填充扩散层的扩散障碍孔(4 )，所述外氧化锆管(2 )的外层设置多孔外电极保护层(5 )。
2.根据权利要求1所述的管式双电池型宽域氧传感器，其特征是，所述内氧化锆管(1) 作为浓差电池管，所述外氧化锆管(2)作为极限电流泵电池管。
专利摘要本实用新型涉及氧传感器技术领域，尤其是一种管式双电池型宽域氧传感器。它包括内氧化锆管、外氧化锆管、加热棒和闭环控制器，所述内氧化锆管的外表面和外氧化锆管的内表面相互吻合，所述内氧化锆管和外氧化锆管叠加后在其顶端留有扩散腔，所述内氧化锆管的内表面设有参比气体通道，所述参比气体通道设置铂电极形成参比电极，所述内氧化锆管的外表面设置测量电极，且与外氧化锆管的内表面相切形成泵电池的内电极，所述外氧化锆管的外表面设置泵电池外电极，所述外氧化锆管的顶部开有小孔，并设有填充扩散层的扩散障碍孔，所述外氧化锆管的外层设置多孔外电极保护层。 用本实用新型制备出的管式双电池型宽域氧传感器结构简单、工艺难度小。
文档编号G01N27/409GK201955324SQ201020692880
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者党桂彬, 冯江涛, 杨世养 申请人:常州联德电子有限公司
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