CN102103118A - 一体式分压型氧气传感器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种一体式分压型氧传感器的制造方法。它是采用高温陶瓷共烧工艺技术将加热器、测温器、浓差池、泵池、气体通道、气密工作腔室依次叠层，热压制成一体，一次共烧制成具有一体式加热和测量功能的分压型氧气传感器。所述的加热器是在部分稳定的ZrO₂流延膜片印刷Pt电极图形。测温器是在部分稳定的ZrO₂流延膜片印刷Pt电阻图形。泵池和浓差池是在ZrO₂膜片上印刷多孔Pt电极，并在两池之间构成气密工作腔室组成氧敏感芯体。本发明具有抗振性好，环境适应性强，可靠性高等优点。

Description

一体式分压型氧气传感器的制造方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种分压型氧传感器的制造方法，具体的说是一种采用高温陶瓷共烧结技术将加热器、测温器、氧敏感芯体，叠压在一起，一次共烧，组成一体式分压型氧气传感器。是一种用于检测氧分压的氧气传感器。

(二)背景技术

与本发明相关的技术是分压式氧传感器，它是由两个在其两面被有多孔Pt电极的片状氧化锆，两片之间具有气密工作腔室，用玻璃将两片氧化锆封接在一起，构成氧敏感芯体。氧敏感芯体需在高温下工作，工作温度由加热丝绕制而成的加热器提供。其中一片氧化锆作为泵池，向工作腔室泵入或泵出氧气，另外一片氧化锆作为浓差池提供由环境氧分压与工作腔室氧分压产生的浓差电动势。该电动势控制泵池电流方向，即控制工作腔室进出的氧。设定向工作腔室内泵氧的电动势值为上限值，向工作腔室外泵氧的电动势值为下限值。泵池在电场的作用下向腔室内输送的氧分压与环境氧分压之间产生的电动势达到下限值后，即被控制翻转，向腔室外泵氧，腔室内的氧分压下降到与环境氧分压之间产生的电动势达到上限值后，即被控制再次翻转，如此往复形成周期性工作。在泵池泵氧能力恒定的条件下，即恒流工作。则环境氧分压与泵池电流翻转时间成正比。

传统的氧分压传感器是由玻璃封接的氧敏感芯体和用加热丝绕制的加热器组成。利用共烧结技术制作的一体式分压型氧气传感器比传统的分压性氧传感器具有更好的抗震能力、可靠性和环境适应性。

申请号为200780006323.X“具有保护层的氧气传感器”和申请号为94107885.X“氧气传感器”也描述了利用陶瓷共烧结技术制作氧气传感器，但工作方式是浓差电池原理，与本专利所描述的工作原理不同。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种将加热器、测温器、浓差池和泵池以及气密工作腔室构成的一体式分压型氧传感器的制作方式。

本发明的目的是这样实现的，采用高温陶瓷共烧结工艺技术，将加热器、气体通道、泵池、气密工作腔室、浓差池、测温器依次叠层、层压，一次共烧成一体。

所述的加热器是在部分稳定的ZrO₂流延膜片上印刷绝缘介质层，在绝缘介质层上印刷Pt加热电极图形，在Pt加热电极上再印刷绝缘介质层。

气体通道是在ZrO₂膜片上冲切出一端开口的窄条，并在冲切出的窄条内填入相同形状的碳膜。

泵池和浓差池是在ZrO₂膜层的两面印刷多孔Pt电极。

气密工作腔室是在ZrO₂膜层上冲切出四周封闭的小孔，并在冲切的小孔内填入相同形状的碳膜。

测温器是在ZrO₂膜片上刷Pt电阻图形。

各层的电极是通过过孔引到最外层ZrO₂膜片上，其中各层膜片上的过孔是Pt浆料填充的。

将上述各层膜片一次叠层、层压、共烧成一体式分压型氧传感器芯体，由于ZrO₂浓差池温度系数较大，环境温度变化对浓差电动势影响很大，在敏感芯体上制作Pt电阻，监测芯体的温度变化，反馈控制加热器的加热电压，减小因环境温度的变化对芯体温度的影响。

(四)附图说明

图1一体式分压型氧传感器各层示意图

图2一体式分压型氧传感器结构示意图

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，一体式分压型氧传感器是采用高温陶瓷共烧结工艺技术、将多层部分稳定的ZrO₂流延膜片依图1所示依次叠层、层压、共烧成一体。

在加热器基片17上印刷氧化铝绝缘介质层16，厚度约25μm。并在绝缘介质层16上印刷Pt加热器电极15，加热器浆料的方阻小于等于110mΩ/□。在加热电极15上印刷绝缘介质层14，厚度同上。其上叠放支撑膜层13，构成加热器。

气体通道4和12是在ZrO₂膜片上冲切出一端开口的槽，其内填入相同形状的碳膜。

气密工作腔室8是在ZrO₂膜片上冲切出方形的孔，其内填入相同形状的碳膜，镶入的碳膜在层压时起支撑作用。保持气密腔室8的位置被气体通道4、12的槽所覆盖。

浓差6和泵池10是在ZrO₂膜片的两面印刷多孔Pt电极5、7和9、11。

在测温器基片3上印刷Pt电阻2，叠放覆盖层1上，构成测温器。

各层的电极引出是由在ZrO₂膜片上冲出的过孔，并用Pt浆料填孔，连接到最外层ZrO₂膜片18的引出端子上。

将ZrO₂膜层17、13、12、10、8、6、4、3、1依次叠层，装入密封袋真空包封，用温水等静压层压，经高温共烧，制成加热器、测温器、泵池、浓差池、气体通道、气密工作腔室为一体的分压型氧传感器。

Claims (6)

1.一体式分压型氧传感器，包括：

它是采用高温陶瓷共烧结工艺技术，将绝缘层、加热器、测温器、浓差池电解质、泵池电解质、气体通道、气密工作腔室，经过叠层、层压成一体，共烧成具有一体式加热器和测温功能的分压型氧传感器。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述的绝缘层，其特征是：利用丝网印刷工艺将绝缘层浆料印刷到5％molY₂O₃部分稳定氧化锆的流延生瓷片上。浆料成分：氧化铝。印刷厚度25μm-30μm。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述的加热器，其特征是：利用丝网印刷工艺将Pt浆料印刷到带有绝缘层的氧化锆流延生瓷片上，构成加热器线条。Pt浆料的方阻：≤110mΩ/□。印刷厚度15μm-25μm。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述的测温器，利用丝网印刷工艺将Pt浆料印刷到5％molY₂O₃部分稳定氧化锆的流延生瓷片上，构成加热器线条。Pt浆料的方阻：≤50mΩ/□。印刷厚度18μm±2μm。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述的浓差池和泵池电解质，其特征是：5％molY₂O₃部分稳定氧化锆的流延生瓷片。生瓷片的烧结收缩率在18％-20％范围内。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述的气体通道、气密工作腔室、的结构，其特征是：传感器含有两个气体通道和一个气密腔室的结构。

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