CN100363741C - 氧气传感器的分段式电极载体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧气传感器的分段式电极载体结构，包括在一感知器的器体内组设一检测端载体及另一传导端载体，二载体上埋设有可相互搭接通电的正、负极引线，且至少在检测端载体内形成有一连通至大气的腔槽，使其正极引线的正电极接口裸露于腔槽内与大气接触，并使其负极引线的负电极接口裸露于检测端载体的外壁面而与受测气体接触，以将大气与受测气体中的氧催化分解成不同电位差的氧离子，并藉由检测端载体的电化学反应产生电压值，再经由传导端载体内正、负极引线的传递输出，以检知受测气体含氧浓度的技术。
Description
技术领域
本发明涉及将氧气传感器内的电极载体制成分段型式，特别包括使用氧化锆(ZrO2)制成一检测端载体，以及使用三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)或氧化镁(MgO)制成另一传导端载体，并在二载体上埋设有可相互搭接通电的正、负极引线，用于检知受测气体含氧浓度的技术。
背景技术
氧气传感器(或称氧气检知器，O2 Sensor)通常被组设在汽、机车引擎的油气进气端或引擎的排气管内，用以检测出引擎进气端的油气(空气与燃油)混合比(或称空燃比)或废气排放端的含氧量。换言之，也就是用氧气传感器来检测出受测气体(油气或废气)中的含氧浓度数值，便于引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)调整出最佳空燃比，减少废气中有害物质的排放量。
传统的氧气传感器可分为加热式及非加热式二种，其差异在于感知器体内装设有或无装设热电偶加热器。加热式的氧气传感器，可使感知器体内固态电解质型的电极载体快速升温至350℃以上，氧气传感器才能逐渐发挥检知空燃比或含氧浓度的电位信号。而非加热式的氧气传感器只能由油气或废气温度逐渐来为氧气传感器体内的电极载体加温，因此检知含氧浓度电位信号的反应速度较慢，但仍可在引擎激活一段时间后发挥正常的检知能力。
由上述可知，不论是有还是没有加热能力的氧气传感器，其体内均必须组设一固态电解质型的电极绝缘载体。传统典型的电极绝缘载体是以氧化锆(ZrO2)制成的，属电位式固态电解质型的高温氧气感知器，它被制成单一长条状的电极载体，载体内形成有连通至大气的腔槽，且载体内埋设有正、负极的金属引线，并形成有正电极接口与腔槽内的大气接触，以及负电极接口与废气接触，并在正、负电极接口以及固态电解质型氧化锆载体之间形成电化学反应，将大气与受测气体中的氧催化分解成不同电位差的氧离子，并产生电压值，而在单一氧化锆载体中传导，以检知受测气体的含氧浓度值或空燃比值。
但是，在整个载体中仅有正、负电极接口位置周边须要借助氧化锆来产生电压值，其它需求将电压值传导输出的载体部位，并不一定需要藉助氧化锆来作为固态电解质，同时，因为氧化锆原物料的市售价格非常的高昂，市售的氧气传感器内的电极载体却仅能使用氧化锆制成固态电解质，以至于造成售价高昂无法降低生产成本的技术问题，亟待加以克服及改善。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种减少电极载体中氧化锆(ZrO2)的使用量，以降低氧气传感器的生产成本的氧气传感器的分段式电极载体结构。
为达到上述目的，本发明提供一种氧气传感器的分段式电极载体结构，其是将电极载体制成分段型式，它包括在一感知器的器体内组设一检测端载体及另一传导端载体，二所述载体上埋设有可相互搭接通电的正、负极引线，且至少在所述检测端载体内形成有一连通至大气的腔槽，所述检测端载体内正极引线一端具有正电极接口裸露于所述腔槽内与大气接触，且所述负极引线一端具有负电极接口裸露于检测端载体的外壁面并与受测气体接触。
所述检测端载体采用氧化锆(ZrO2)材质制成；所述传导端载体，选用三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)或氧化镁(MgO)制成。
采用上述的设计，可以大为降低氧化锆的使用量，且使电极载体的制作费用大幅降低，同时也可以使检测端载体内正、负电极接口位置周边，须要借助氧化锆来产生电压值以检知受测气体含氧浓度的既定效用仍被维持。相对的，在载体上仅需将电压值传导输出的部位，转而使用较为廉价且具绝缘特性的三氧化二铝、氧化钙或氧化镁制成传导端载体，已可保护内载电极的正、负极引线，使通过检测端载体内的正、负极引线传导至的电压值，可以被安全且稳定地传导至外界的信号接收端。
除此之外，上述正、负极引线是同时被埋设在检测端载体与传导端载体上，且在氧气传感器的器体内，所述二载体之间分别具有正、负极引线的搭接面，可相互搭接结合形成传导电压值信号的架构形态。
另外，在本发明之中，在检测端载体内至少必须形成有一连通至大气的腔槽，使正极引线的电极接口裸露在腔槽内与大气接触，并使负极引线的电极接口裸露于检测端载体的外壁面与受测气体接触，以便于检知及比对大气与受测气体中的含氧浓度，产生不同电位差的电压值信号。
再者，本发明的传导端载体内，也可以开设出与上述腔槽相连通的开放式连通槽，以辅助导引大气(外界空气)能够更加顺畅的进入检测端载体的腔槽内，接受正电极接口的测量。
本发明的传导端载体内，也利于埋设热电偶加热器，通过热传热导效应以及位于器体内的热对流效应，迅速加热二载体至350℃以上的正常工作温度。
为能更加详细地说明本发明，下面根据其实施方式并配合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明氧气传感器的实施例剖示图，说明将氧气传感器设置在一待测气体的流体管壁2上，且器体内具有设有检测端载体及传导端载体。
图2是本发明一分段式载体的立体分解图，说明在检测端载体内设有一连通槽，且在检测端载体及传导端载体上埋设有正、负极引线的实施形态。
图3是图1的3-3断面剖视图，说明氧气传感器的器体内与检测端载体之间设有嵌座及插环，将检测端载体嵌置于器体内的组装形态。
图4是本发明另一分段式载体的立体分解图，说明在传导端载体内增设一连通槽的实施形态。
图5是图4的剖视图，说明传导端载体内的连通槽与检测端载体内腔槽相连通的组装形态。
图6是本发明又一分段式载体的立体分解图，说明在传导端载体内增设一热电偶加热器的实施形态。
图7是图6的剖视图，说明该热电偶加热器为埋设于未设有连通槽的传导端载体内，且与电源线相连接的实施形态。
图8是本发明次一款实施例的剖视图，说明该热电偶加热器为埋设于已设有连通槽的传导端载体内的实施形态。
具体实施方式
如图1所示，为本发明氧气传感器的实施例剖视图，由图1中可见氧气传感器具有一器体1，是由一基座10顶端结合一筒盖11并在底端结合另一透气框罩12所组成。通过座体10将氧气传感器设置在一待测气体的流体管壁2上，并使透气框罩12埋入流体管壁2内。
流体管壁2可以是汽、机车引擎的油气进气岐管壁或是引擎的排气管壁，以便于利用氧气传感器来检测出引擎进气端的油气(空气与燃油)混合比(或称空燃比)或是废气排放端的含氧量。
在本发明上述的器体1内可组设一体积比较小的检测端载体4及另一体积比较大的传导端载体5(如图1所示)，其中：
检测端载体4是采用电位式固态电解质型的氧化锆(ZrO2)材质制成，检测端载体4上埋设有正极引线41及负极引线42(如图2所示)，且检测端载体4内形成有一连通至大气的腔槽43。
检测端载体4内的正极引线41，其一端形成有正极搭接面41a裸露在检测端载体4的端壁上，另一端形成有正电极接口41b裸露于腔槽43内。
检测端载体4内的负极引线42，其一端形成有负极搭接面42a裸露在检测端载体4的端壁上，另一端形成有负电极接口42b裸露于检测端载体4的外壁面。
器体1的基座10内可锁装一嵌座13(如图1及图3所示)，嵌座13上具有座孔131可供检测端载体4穿入，且座孔131一端延伸形成有斜推状孔壁132，同时在检测端载体4的外壁上固设一具有相同斜推状外壁142的插环14，使插环14的斜推状外壁142能嵌持于嵌座13的斜推状孔壁132内，以将检测端载体4稳定地嵌置于器体1内的基座10上。由此，检测端载体4上的负电极接口42b，能够通过透气框罩12与流体管壁2内的待测气体相接触。
传导端载体5可以选用绝缘性佳的三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)或是氧化镁(MgO)材质制成，其中就市场上金属原料价格而言，三氧化二铝(Al2O3)最低、其次是氧化钙(CaO)，再是氧化镁(MgO)，选择此三种金属原料中的任一种来制成传导端载体5，其价格均远低于检测端载体4所使用的氧化锆(ZrO2)，且传导端载体5的体积又较大于检测端载体4，因此大可降低氧气传感器内电极载体的生产成本。同时传导端载体5上也埋设有正极引线51及负极引线52(如图2所示)，
传导端载体5内的正极引线51，其双端均形成有正极搭接面51a及51b，并外露于传导端载体5的双侧端壁上。
传导端载体5内的负极引线52，其双端均形成有负极搭接面52a及52b，并外露于传导端载体5的双侧外壁上。
上述器体1的筒盖11内可活动地套设一导电承座15(如图1及图3所示)，导电承座15上形成有一嵌置槽151，用于罩设在传导端载体5的一端部，且至少具有正、负极信号导电片15a及15b，分别穿置于导电承座15的顶壁152上与嵌置槽151内，使传导端载体5一端的正、负极搭接面51b及52b能分别与正、负极信号导电片15a及15b相压触，且正、负极信号导电片15a及15b也连接有正、负极信号线161及162至外界的信号接收端。
导电承座15顶部设有一压簧16压触筒盖11的内壁(如图1所示)，使导电承座15具弹性力推持传导端载体5，而让传导端载体5另一端部上的正、负极搭接面51a及52a能紧紧的压触于检测端载体4的正、负极搭接面41a及42a上。
检测端载体4与传导端载体5上的正、负极引线41、42、51、52及其正、负极搭接面51a与41a及52a与42a，均可使用传导性佳的白金制成薄片状。且各正、负极搭接面51a与41a及52a与42a相互搭接后，在传导端载体5与检测端载体4之间保有一透气间隙17(如图3所示)，同时，导电承座15上设有若干通气孔153及154(如图3所示)，各通气孔153及154能通过筒盖11上的开孔100(如图1所示)，而与器体1外界的大气相通，并将大气导引通过透气间隙17而导入检测端载体4的腔槽43内，让裸露于腔槽43内的正电极接口41b能与大气相接触。
按照上述的构件配置，在进行检测时，检测端载体4上的正电极接口41b为从腔槽43内检知大气中的含氧量，且检测端载体4上的负电极接口42b也能检知流体管壁2内待测气体的含氧量，藉此将大气与受测气体中的氧催化分解成不同电位差的氧离子，并藉由氧化锆(ZrO2)制成的检测端载体4产生的电化学反应，比对大气与受测气体之间含氧浓度(氧离子多寡的量)的差异，而产生不同电位差的电压值信号，陆续通过检测端载体4内的正、负极引线41、42，以及传导端载体5内正、负极引线51、52，以及导电承座15内的正、负极信号导电片15a及15b等的相互搭接作用，将正、负电极的电压值信号通过正、负极信号线161及162而传导至外界的信号接收端，此信号接收端可以位于引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)内，调整出最佳的空燃比，以减少废气中有害物质的排放量。
除此之外，在本发明中，传导端载体5内亦可形成一连通槽53(如图4所示)，使传导端载体5内的连通槽53能与检测端载体4内的腔槽43相连通(如图5所示)，并通过导电承座15上的通气孔154以及筒盖11上的开孔100(如图1所示)与器体1外的大气相连通，藉此，可辅助传导端载体5与检测端载体4之间的透气间隙17，传递外界大气中更加充足的空气进入腔槽43，供给正电极接口41b检知大气中的含氧量。
再者，本发明中未设有连通槽53的传导端载体5内也可埋设一热电偶加热器6(如图6所示)，加热器6裸露于传导端载体5的一侧端面上具有正极电源接点61与负极电源接点62(如图7所示)，并与导电承座15内所增设的正、负极电源导电片15c及15d相搭触，正、负极电源导电片15c及15d的外接端还可连接正、负极电源线163及164并连接至外界的电源供应端，此电源供应端可以是汽、机车内的蓄电池，以供应电源启动加热器6产生热能，通过热传热导效应以及位于器体1内的热对流效应，迅速加热传导端载体5与检测端载体4至350℃以上的正常工作温度。同时，在传导端载体5内埋设热电偶加热器6的实施方式，也可实施在传导端载体5内设有连通槽53的结构之中(如图8所示)，均属本发明的应用范畴。
综上所述，本发明克服了传统的氧气传感器生产成本高昂的缺陷，具有可供实施的高度利用性。但本发明的技术并不局限于此，凡依据本发明的说明书及权利要求书的内容进行简略修饰而作出的等效技术变化，均应隶属于本发明的应用范畴。
Claims (13)
1.一种氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：它包括在一传感器的器体内装设一检测端载体及一传导端载体，二个所述载体上分别埋设有可相互搭接通电的正、负极引线，且至少在所述检测端载体内形成有一连通至大气的腔槽，所述检测端载体内正极引线一端具有正电极接口裸露于所述腔槽内与大气接触，且所述负极引线一端具有负电极接口裸露于检测端载体的外壁面并与受测气体接触；且所述检测端载体由电位式固态电解质型的氧化锆材质制成，所述传导端载体由三氧化二铝、氧化钙或氧化镁制成。
2.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述检测端载体的体积小于传导端载体的体积。
3.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述检测端载体的外壁上套设有一插环，所述插环以斜推面贴触方式嵌持于所述器体内的一嵌座的斜倾状孔壁内，固定所述检测端载体。
4.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述检测端载体正极引线与负极引线的一端各具有外露在检测端载体的端壁上的搭接面。
5.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述传导端载体正极引线与负极引线的双端均具有外露在传导端载体的双侧外壁上的搭接面。
6.如权利要求5所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述传导端载体其中一端正、负极引线的搭接面与所述检测端载体正、负极引线的搭接面相互搭接通电。
7.如权利要求5所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述传导端载体一端正、负极引线的搭接面分别与所述器体内一导电承座的二导电片相压触，且二导电片的一端分别外露于所述导电承座顶部，并将正、负极引线连接至外界的信号接收端。
8.如权利要求7所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述导电承座顶部设有一压簧。
9.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：二个所述载体的相互搭接处具有一透气间隙，连通于所述检测端载体内的腔槽与所述器体外的大气之间。
10.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述传导端载体内设有一开放式连通槽，连通于所述检测端载体内的腔槽与所述器体外的大气之间。
11.如权利要求1所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述传导端载体内埋设有热电偶加热器。
12.如权利要求11所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述热电偶加热器具有正极与负极电源接点，所述正极与负极电源接点设于所述传导端载体的端面上。
13.如权利要求12所述氧气传感器的分段式电极载体结构，其特征在于：所述正、负极电源接点与所述器体内一导电承座的正、负极电源导电片相互搭接通电，且所述正、负极电源导电片连接正、负极电源线并连接至外界的电源供应端。
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| US5707504A (en) * | 1995-01-19 | 1998-01-13 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen concentration detector |
| CN2594793Y (zh) * | 2003-01-02 | 2003-12-24 | 李京和 | 便携式氧化锆氧气传感器 |
-
2004
- 2004-05-19 CN CNB200410038100XA patent/CN100363741C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707504A (en) * | 1995-01-19 | 1998-01-13 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen concentration detector |
| CN2594793Y (zh) * | 2003-01-02 | 2003-12-24 | 李京和 | 便携式氧化锆氧气传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 汽车发动机用氧传感器的研究. 马玉芳，卢世魁.工矿自动化，第5期. 2003 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1699986A (zh) | 2005-11-23 |
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