CN103018283A

CN103018283A - 一种片式氧传感器

Info

Publication number: CN103018283A
Application number: CN2012105671766A
Authority: CN
Inventors: 向军
Original assignee: LUCKYMAN ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: LUCKYMAN ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种加热效率高、响应速度快、强度更高的片式氧传感器。本发明包括由下至上依次叠加的陶瓷加热器（1）、氧化铝基体（2）和氧化锆基体（3）三个部分，在所述氧化铝基体（2）上设置有参比空气通道（21），在所述氧化锆基体（3）的上下两个面上分别贴有内工作电极（31）和外工作电极（32），所述外工作电极（32）上印有多孔保护层（33），在所述氧化铝基体（2）和所述氧化锆基体（3）之间印有氧化铝印刷层（4）和氧化锆印刷层（5），所述氧化铝印刷层（4）印在所述氧化铝基体（2）上侧面上，所述氧化锆印刷层（5）印在所述氧化锆基体（3）的下侧面上。本发明可应用于汽车发动机尾气检测技术领域。

Description

一种片式氧传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种汽车电喷发动机用片式氧传感器，该氧传感器用于控制汽车发动机中空气和燃料比例，以使汽车燃料燃烧更加充分。

背景技术

现代汽车发动机所采用的尾气排放检测系统，其工作过程为：检测发动机汽缸燃烧后排放的废气中的氧浓度，与理想燃烧状态下生成的尾气的氧浓度进行比较，通过反馈控制供给发动机的空气和燃气比例，来实现控制尾气有害物质量减少的目的。其核心部件就是氧传感器。

为此近年来很多科研机构和大学院校以及公司企业都在致力于研究新型平板式氧传感器。现在成熟的氧传感器由三层扁平平板状氧化锆板组成，其中外面一层作为敏感元件，Pt电极分别制备于敏感元件两个平面上形成内外工作电极，中间层氧化锆基体内部带有空气通道，另外一层包含微型加热电路，起加热体功能。最后将三层氧化锆基体烧结为一体，这样就实现了自带加热功能的氧传感器结构，达到工作温度的时间大大缩短的目的。但是这种氧传感器依然存在问题。这种传感器敏感度不够，由于三层基体均采用氧化锆作为基材，而氧化锆的导热率只有3W/(m·K)，其导热速度过慢，在底层包含微型加热电路的氧化锆基体层产生的热量传递到位于上层的敏感元件处的时间过长，使得传感器在刚开始后的相当长的一端时间内无法检测到汽车尾气中的氧含量，从而无法及时对燃控比作出调整，这也间接地增加了燃料的投入且对环境的污染程度更加严重；其次，因氧化锆的导热率只有3W/(m·K)，其加热电路中需要耗费更多的电能才能获得等量的热量，其耗能严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种加热效率高、响应速度快、强度更高的片式氧传感器。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括由下至上依次叠加的陶瓷加热器、氧化铝基体和氧化锆基体三个部分，在所述氧化铝基体上设置有参比空气通道，在所述氧化锆基体的上下两个面上分别贴有内工作电极和外工作电极，所述外工作电极上印有多孔保护层，在所述氧化铝基体和所述氧化锆基体之间印有氧化铝印刷层和氧化锆印刷层，所述氧化铝印刷层印在所述氧化铝基体上侧面上，所述氧化锆印刷层印在所述氧化锆基体的下侧面上。

所述氧化锆印刷层以氧化锆作为主体，加入氧化钇作为稳定剂，再添加2～5％的氧化铝，采用PVB作为粘结剂制作成与所述氧化锆基体粘结剂相同体系的印刷浆料。

所述氧化铝印刷层和所述氧化锆印刷层上留有与所述参比空气通道形状相同的缺口，在压合所述陶瓷加热器、所述氧化铝基体和所述氧化锆基体三部分时，所述内工作电极处于所述参比空气通道中。

所述陶瓷加热器由陶瓷加热体Ⅰ、陶瓷加热体Ⅱ、设置在所述陶瓷加热体Ⅰ与所述陶瓷加热体Ⅱ之间的加热电路以及与所述加热电路电连接的加热电极构成。

所述片式氧传感器采用等静压把所述陶瓷加热器、所述氧化铝基体和所述氧化锆基体压合成氧传感器生坯，然后经1400～1500℃烧制而成。

本发明的有益效果是：由于本发明包括由下至上依次叠加的陶瓷加热器、氧化铝基体和氧化锆基体三个部分，在所述氧化铝基体上设置有参比空气通道，在所述氧化锆基体的上下两个面上分别贴有内工作电极和外工作电极，所述外工作电极上印有多孔保护层，在所述氧化铝基体和所述氧化锆基体之间印有氧化铝印刷层和氧化锆印刷层，所述氧化铝印刷层印在所述氧化铝基体上侧面上，所述氧化锆印刷层印在所述氧化锆基体的下侧面上，所以，通过在所述氧化铝基体和所述氧化锆基体之间印制氧化铝印刷层和氧化锆印刷层，在所述陶瓷加热器、所述氧化铝基体和所述氧化锆基体三部分压合在一起时，所述氧化铝印刷层和氧化锆印刷层作为过渡层，使所述氧化铝基体和所述氧化锆基体的异质结合度提高，从而提高本发明的片式氧传感器的密封性和抗震性，提高了本发明的强度；本发明以氧化铝基体设置在陶瓷加热器与氧化锆基体之间，而氧化铝的导热率为20～30 W/(m·K)，其导热效率极高，从所述陶瓷加热器上产生的热量快速地通过所述氧化铝基体到达所述内工作电极和外工作电极这一对敏感元件，使本发明在检测汽车尾气中的氧浓度时敏感度更高，检测的时间更短，从而使本发明的响应速度更快，其加热效率也更高。

由于所述氧化锆印刷层以氧化锆作为主体，加入氧化钇作为稳定剂，再添加2～5％的氧化铝，采用PVB作为粘结剂制作成与所述氧化锆基体粘结剂相同体系的印刷浆料，本发明在氧化锆主体中加入氧化铝，从而增加了氧化锆与氧化铝之间的结合度，同时采用PVB作为粘结剂制作成与所述氧化锆基体粘结剂相同体系的印刷浆料，所以，在压制本发明生坯过程中，所述氧化铝基体与所述氧化锆基体之间的结合更加紧密，同时解决了氧化铝和氧化锆两种不同材料共烧困难的问题，也增强了本发明的强度。

由于本发明采用等静压把所述陶瓷加热器、所述氧化铝基体和所述氧化锆基体压合成氧传感器生坯，然后经1400～1500℃烧制而成，所以，本发明的制作工艺简单，大大减少了生产原料的投入以及人工的投入，从而大大地降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的爆炸结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，本发明包括由下至上依次叠加的陶瓷加热器1、氧化铝基体2和氧化锆基体3三个部分。在所述氧化铝基体2上设置有参比空气通道21，在所述氧化锆基体3的上下两个面上分别贴有内工作电极31和外工作电极32，所述外工作电极32上印有多孔保护层33。所述多孔保护层33的材料一般为铝尖晶石微粉。在所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3之间印有氧化铝印刷层4和氧化锆印刷层5，所述氧化铝印刷层4印在所述氧化铝基体2上侧面上，所述氧化锆印刷层5印在所述氧化锆基体3的下侧面上。位于所述氧化锆基体3上、下两面的内工作电极31和外工作电极32测量所述氧化锆基体3上下两面之间的气体的氧浓度差，并根据测量数据输出控制电压，控制喷油量从而使发动机的燃空比达到最佳。在所述氧化铝基体2与所述氧化锆基体3之间印制一层氧化铝印刷层和一层氧化锆印刷层，在所述陶瓷加热器1、所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3三部分压合在一起的过程中，所述氧化铝印刷层4和所述氧化锆印刷层5结合在一起，所述氧化铝印刷层4与位于其下的氧化铝基体2结合，所述氧化锆印刷层5与位于其上的氧化锆基体3相结合，在这一同质结合过程中，所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3之间的结合将更加紧密，从而提高了本发明的强度。所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3均采用流延基片。

所述氧化锆印刷层5以氧化锆作为主体，加入氧化钇作为稳定剂，再添加2～5％的氧化铝，采用PVB作为粘结剂制作成与所述氧化锆基体粘结剂相同体系的印刷浆料。

所述氧化铝印刷层4和所述氧化锆印刷层5上留有与所述参比空气通道21形状相同的缺口，在压合所述陶瓷加热器1、所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3三部分时，所述内工作电极31处于所述参比空气通道21中，且与其中的空气连通。

所述陶瓷加热器1由陶瓷加热体Ⅰ11、陶瓷加热体Ⅱ12、设置在所述陶瓷加热体Ⅰ11与所述陶瓷加热体Ⅱ12之间的加热电路13以及与所述加热电路13电连接的加热电极14构成。加热器采用陶瓷制成，而陶瓷具有耐高温、传热快、绝缘良好的优点，所以本发明以陶瓷作为加热体能使传热效率更高，传热更快，绝缘性能好。

本发明采用等静压把所述陶瓷加热器1、所述氧化铝基体2和所述氧化锆基体3压合成氧传感器生坯，然后经1400～1500℃烧制而成。

本发明涉及一种汽车电喷发动机用平板式氧化锆氧传感器的技术领域，尤其是一种平板式氧传感器及其制备方法。其包括陶瓷加热器、氧化锆基体、发热电路、工作电极、多孔保护层、参比空气通道、氧化铝基体。陶瓷加热器由氧化铝制成，内有加热线路，氧化铝基体内有参比空气通道，氧化锆基体两面布有内外工作电极，氧化锆基体外工作电极上印有多孔保护层。该设计提高了氧传感器的强度，利用氧化铝比氧化锆导热更高，使热量能迅速传导到氧化锆基体，提高了氧传感器的响应速度，该发明易于生产且一定程度上降低了成本。

本发明可应用于汽车发动机尾气检测技术领域。

Claims

1.一种片式氧传感器，其特征在于：它包括由下至上依次叠加的陶瓷加热器（1）、氧化铝基体（2）和氧化锆基体（3）三个部分，在所述氧化铝基体（2）上设置有参比空气通道（21），在所述氧化锆基体（3）的上下两个面上分别贴有内工作电极（31）和外工作电极（32），所述外工作电极（32）上印有多孔保护层（33），在所述氧化铝基体（2）和所述氧化锆基体（3）之间印有氧化铝印刷层（4）和氧化锆印刷层（5），所述氧化铝印刷层（4）印在所述氧化铝基体（2）上侧面上，所述氧化锆印刷层（5）印在所述氧化锆基体（3）的下侧面上。

2.根据权利要求1所述的一种片式氧传感器，其特征在于：所述氧化锆印刷层（5）以氧化锆作为主体，加入氧化钇作为稳定剂，再添加2～5％的氧化铝，采用PVB作为粘结剂制作成与所述氧化锆基体粘接剂相同体系的印刷浆料。

3.根据权利要求1所述的一种片式氧传感器，其特征在于：所述氧化铝印刷层（4）和所述氧化锆印刷层（5）上留有与所述参比空气通道（21）形状相同的缺口，在压合所述陶瓷加热器（1）、所述氧化铝基体（2）和所述氧化锆基体（3）三部分时，所述内工作电极（31）处于所述参比空气通道（21）中。

4.根据权利要求1所述的一种片式氧传感器，其特征在于：所述陶瓷加热器（1）由陶瓷加热体Ⅰ（11）、陶瓷加热体Ⅱ（12）、设置在所述陶瓷加热体Ⅰ（11）与所述陶瓷加热体Ⅱ（12）之间的加热电路（13）以及与所述加热电路（13）电连接的加热电极（14）构成。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种片式氧传感器，其特征在于：所述片式氧传感器采用等静压把所述陶瓷加热器（1）、所述氧化铝基体（2）和所述氧化锆基体（3）压合成氧传感器生坯，然后经1400～1500℃烧制而成。