CN103278545A - 一种片式宽域氧传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片式宽域氧传感器及其制作方法，它包括从上自下依次叠放的第一氧化锆固体电解质基片、第二氧化锆固体电解质基片和氧化锆基板，其中，第二氧化锆固体电解质基片中设置有测试腔、参比腔以及连通测试腔和参比腔的氧气扩散通道，参比腔内填充有氧化铝浆料，第一氧化锆固体电解质基片的下表面安装有泵电池内电极、测量电极以及参比电极，第一氧化锆固体电解质基片的上表面对应泵电池内电极处安装有泵电池外电极，氧化锆基板上设置有加热电极和绝缘层。本发明的有益效果是：采取流延加工成型，然后裁片，接着丝网印刷、叠压、烧结，提高了传感器的加热效率和启动速度，减少了次品率和使用成本，同时了增加宽域氧传感器的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种片式宽域氧传感器及其制作方法，属于汽车氧传感器技术领域。
背景技术
随着对汽车尾气排放要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足高排放标准的要求，取而代之的是控制精度更高的线性宽域氧传感器。
宽域氧传感器（Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，简称UEGO）能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU，从而ECU精确地控制喷油时间，使气缸内混和气浓度始终保持理论空燃比值。宽域氧传感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地发挥了三元催化器的作用，更加有效地降低了有害气体的排放。宽域氧传感器及其控制器的研究与开发，与当今汽车发展中的安全、环保、节能三大主题相吻合，具有一定的现实和长远意义。
目前的宽域氧传感器专利主要集中于多层叠压和共烧工艺，其主要技术要点为，首先通过浆料工艺制作固体电解质5Y-ZrO2生坯和导电浆料；然后通过丝网印刷工艺将电极和引线印刷于固体电解质生坯的表面；接着将印刷好的固体电解质生坯叠压在一起；最后置于烧结炉中焙烧成成品。多层叠压和共烧工艺可以获得迅速响应的宽域氧传感器，然而不足之处是这种工艺良率不高，浆料工艺对后续产品质量的影响非常大，在叠压和焙烧过程会产生大量的次品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种片式宽域氧传感器及其制作方法，能提高传感器的加热效率和启动速度，减少使用成本，同时增加宽域氧传感器的精确性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种片式宽域氧传感器，它包括从上自下依次叠放的第一氧化锆固体电解质基片、第二氧化锆固体电解质基片和氧化锆基板，其中，第二氧化锆固体电解质基片中设置有测试腔、参比腔以及连通测试腔和参比腔的氧气扩散通道，参比腔内填充有氧化铝浆料，第一氧化锆固体电解质基片的下表面安装有泵电池内电极、测量电极以及参比电极，第一氧化锆固体电解质基片的上表面对应泵电池内电极处安装有泵电池外电极，氧化锆基板上设置有加热电极和绝缘层，其中，第一氧化锆固体电解质基片上设置有连通测试腔的尾气扩散通道，泵电池内电极和测量电极位于测试腔中，参比电极位于参比腔中。
本发明中的泵电池由外电极和内电极组成，负责将尾气中的氧泵入测试腔或将测试腔泵出至尾气。参比电极用于将部分尾气中的氧泵入参比腔，在参比腔内形成稳定的氧分压，若想形成稳定的氧分压，需要在参比电池内外电极之间加一个恒定的电压。测试电极用于测试测试腔内氧气的浓度，以参比腔中氧气分压作为参比，输入电压信号，以此电压信号判断是浓燃烧还是稀燃烧，该信号指示ECU向泵电池发出向测试腔中泵进氧还是泵出氧的指示，无论泵进还是泵出，最终结果都是使得测量池电极之间形成恒定的电压，换句话说，泵电池的作用就是使测量池有向着平衡点移动的趋势，这个平衡点的电压事先确定，而且参比池的氧浓度也是事先确定好的。泵电池输出电流信号Ip，作为稀浓燃烧的依据。加热电极用于给传感器提供加热电流，使传感器尽快实现启动。绝缘层用于使测试池、参比池、泵池电压和加热电压之间不互相干扰，提高测试的精度。
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照80～120份ZrO2、5～15份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、40～60份二甲苯、5～15份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨不低于12小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片和第二氧化锆固体电解质基片，在第一氧化锆固体电解质基片上丝网印刷泵电池外电极、泵电池内电极、测量电极以及参比电极且钻尾气扩散通道，在第二氧化锆固体电解质基片上裁出测试腔、参比腔以及氧气扩散通道，然后在参比腔中填充氧化铝浆料，加热干燥，然后在氧化锆基板上印刷加热电极和绝缘层；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中不低于1200℃高温焙烧3～5小时成型。
本发明的有益效果在于：采取流延加工成型，然后裁片，接着丝网印刷、叠压、烧结，提高了传感器的加热效率和启动速度，减少了次品率和使用成本，同时了增加宽域氧传感器的精确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧面示意图。
其中，1-泵电池外电极，2-泵电池内电极，3-测量电极，4-参比电极，5-第一氧化锆固体电解质基片，6-第二氧化锆固体电解质基片，7-氧化锆基板，8-尾气扩散通道，9-加热电极，10-绝缘层，61-测试腔，62-参比腔，63-氧气扩散通道，64-氧化铝浆料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1、图2，一种片式宽域氧传感器，它包括从上自下依次叠放的第一氧化锆固体电解质基片5、第二氧化锆固体电解质基片6和氧化锆基板7，其中，第二氧化锆固体电解质基片6中设置有测试腔61、参比腔62以及连通测试腔61和参比腔62的氧气扩散通道63，参比腔62内填充有氧化铝浆料64，第一氧化锆固体电解质基片5的下表面安装有泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4，第一氧化锆固体电解质基片5的上表面对应泵电池内电极2处安装有泵电池外电极1，氧化锆基板7上设置有加热电极9和绝缘层10，其中，第一氧化锆固体电解质基片5上设置有连通测试腔61的尾气扩散通道8，泵电池内电极2和测量电极3位于测试腔61中，参比电极4位于参比腔62中。
本专利氧传感器工作原理：尾气通过尾气扩散通道8扩散进入测试腔61同时在参比腔62形成一个恒定的氧分压作为参比氧，为了形成恒定的氧分压需要在测量电极3以及参比电极4之间加一个恒压500mv，具体说，测量电极3作为阳极，参比电极4作为阴极。以参比电极4附近的氧气作为参比氧，测量电极3对测试腔61中的氧气浓度进行测定，测定结果以电压形式体现，如果电压大于450mv，说明是浓燃烧，尾气中氧浓度低，泵电池启动将尾气中的氧泵入测试腔61中，使测量电极3以及参比电极4之间的电势差最终达到450mv；如果电压小于450mv，说明是稀燃烧，尾气中氧浓度高，泵电池启动将测试腔61中氧泵到尾气中，使测量电极3以及参比电极4之间的电势差最终达到450mv，如果电压等于450mv，说明燃烧按照计量比进行。发生浓稀燃烧时的泵电流Ip大小作为浓稀程度的度量，而方向作为浓或稀的度量。在浓燃烧时，泵电池外电极1作为阴极，泵电池内电极2作为阳极，在稀燃烧时反向。
实施例1
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照100份ZrO2、10份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、50份二甲苯、10份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨12小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片5和第二氧化锆固体电解质基片6，在第一氧化锆固体电解质基片5上丝网印刷泵电池外电极1、泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4且钻尾气扩散通道8，在第二氧化锆固体电解质基片6上裁出测试腔61、参比腔62以及氧气扩散通道63，然后在参比腔62中填充氧化铝浆料64，加热干燥，然后在氧化锆基板7上印刷加热电极9和绝缘层10；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中1400℃高温焙烧3小时成型。
实施例2
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照80份ZrO2、15份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、60份二甲苯、5份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨14小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片5和第二氧化锆固体电解质基片6，在第一氧化锆固体电解质基片5上丝网印刷泵电池外电极1、泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4且钻尾气扩散通道8，在第二氧化锆固体电解质基片6上裁出测试腔61、参比腔62以及氧气扩散通道63，然后在参比腔62中填充氧化铝浆料64，加热干燥，然后在氧化锆基板7上印刷加热电极9和绝缘层10；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中1200℃高温焙烧5小时成型。
实施例3
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照120份ZrO2、5份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、40份二甲苯、15份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨15小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片5和第二氧化锆固体电解质基片6，在第一氧化锆固体电解质基片5上丝网印刷泵电池外电极1、泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4且钻尾气扩散通道8，在第二氧化锆固体电解质基片6上裁出测试腔61、参比腔62以及氧气扩散通道63，然后在参比腔62中填充氧化铝浆料64，加热干燥，然后在氧化锆基板7上印刷加热电极9和绝缘层10；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中1300℃高温焙烧4小时成型。
实施例4
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照110份ZrO2、12份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、45份二甲苯、8份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨14小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片5和第二氧化锆固体电解质基片6，在第一氧化锆固体电解质基片5上丝网印刷泵电池外电极1、泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4且钻尾气扩散通道8，在第二氧化锆固体电解质基片6上裁出测试腔61、参比腔62以及氧气扩散通道63，然后在参比腔62中填充氧化铝浆料64，加热干燥，然后在氧化锆基板7上印刷加热电极9和绝缘层10；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中1500℃高温焙烧3小时成型。
实施例5
一种片式宽域氧传感器的制作方法，它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照90份ZrO2、15份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、50份二甲苯、15份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨14小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片5和第二氧化锆固体电解质基片6，在第一氧化锆固体电解质基片5上丝网印刷泵电池外电极1、泵电池内电极2、测量电极3以及参比电极4且钻尾气扩散通道8，在第二氧化锆固体电解质基片6上裁出测试腔61、参比腔62以及氧气扩散通道63，然后在参比腔62中填充氧化铝浆料64，加热干燥，然后在氧化锆基板7上印刷加热电极9和绝缘层10；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中1400℃高温焙烧4小时成型。
Claims (2)
1.一种片式宽域氧传感器，其特征在于：它包括从上自下依次叠放的第一氧化锆固体电解质基片（5）、第二氧化锆固体电解质基片（6）和氧化锆基板（7），其中，第二氧化锆固体电解质基片（6）中设置有测试腔（61）、参比腔（62）以及连通测试腔（61）和参比腔（62）的氧气扩散通道（63），参比腔（62）内填充有氧化铝浆料（64），第一氧化锆固体电解质基片（5）的下表面安装有泵电池内电极（2）、测量电极（3）以及参比电极（4），第一氧化锆固体电解质基片（5）的上表面对应泵电池内电极（2）处安装有泵电池外电极（1），氧化锆基板（7）上设置有加热电极（9）和绝缘层（10），其中，第一氧化锆固体电解质基片（5）上设置有连通测试腔（61）的尾气扩散通道（8），泵电池内电极（2）和测量电极（3）位于测试腔（61）中，参比电极（4）位于参比腔（62）中。
2.一种片式宽域氧传感器的制作方法，其特征在于：它包含以下步骤：
（1）、流延固体电解质生坯：按照80～120份ZrO2、5～15份PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、40～60份二甲苯、5～15份乙醇的重量份进行称量，配料后球磨不低于12小时，流延片采取传统的流延工艺加工，接着流延、干燥得到电解质生坯；
（2）、印刷：将干燥后的电解质生坯按照设计尺寸进行裁片，得到第一氧化锆固体电解质基片（5）和第二氧化锆固体电解质基片（6），在第一氧化锆固体电解质基片（5）上丝网印刷泵电池外电极（1）、泵电池内电极（2）、测量电极（3）以及参比电极（4）且钻尾气扩散通道（8），在第二氧化锆固体电解质基片（6）上裁出测试腔（61）、参比腔（62）以及氧气扩散通道（63），然后在参比腔（62）中填充氧化铝浆料（64），加热干燥，然后在氧化锆基板（7）上印刷加热电极（9）和绝缘层（10）；
（3）、叠压：加工完毕后将其等静压叠压形成一整体；
（4）、烧结：待完成上述各步后，将加工的生坯置于马弗炉中不低于1200℃高温焙烧3～5小时成型。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220721 Address after: 313000 No. 101-102, building 15, Dongyuan intelligent industrial park, high tech Zone, Wuxing District, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee after: Zhejiang Xinci Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: Room 319, building A4, bio nano Park, No. 218 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Suzhou, Jiangsu 215000 Patentee before: SUZHOU HESU SENSOR SCIENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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