CN109870494A - 一种家用极限电流型氧传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家用极限电流型氧传感器及其制备方法，该家用极限电流型氧传感器包括从上至下依次设置的第一氧化锆瓷体、第二氧化锆瓷体、第三氧化锆瓷体及第四氧化锆瓷体，第一氧化锆瓷体的顶端设置有外泵电极，第一氧化锆瓷体与第二氧化锆瓷体之间设置有内泵电极，且第二氧化锆瓷体的顶端开设有与内泵电极相配合的空腔，第三氧化锆瓷体与第四氧化锆瓷体之间设置有扩散障，第三氧化锆瓷体与第四氧化锆瓷体上分别均开设有扩散孔，第四氧化锆瓷体底部侧壁包覆有氧化铝绝缘层，第四氧化锆瓷体的底端设置有加热器。有益效果：生产成本低，可以更好的控制极限电流的大小，从而提高氧浓度检测的范围，进而实现对氧的全浓度范围检测。
Description
技术领域
本发明涉及氧传感器技术领域，具体来说，涉及一种家用极限电流型氧传感器及其制备方法。
背景技术
烤箱是一种密封的用来烤食物或烘干产品的电器，在烹饪过程中，蒸烤内部的温度是最为重要的参数，另一个重要的参数是烤箱内部的氧气浓度，为了保证蒸烤食物的口感最佳，使得食物的营养价值最高，通常在烤箱内部装设有氧传感器，以快速得出烤箱内氧气浓度的准确数值。
氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空燃比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。但是目前运用在烤箱上的氧传感器生产成本较高，难以控制极限电流的大小，检测氧浓度范围较窄，无法实现对氧的全浓度范围检测。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种家用极限电流型氧传感器及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种家用极限电流型氧传感器。
该家用极限电流型氧传感器，包括从上至下依次设置的第一氧化锆瓷体、第二氧化锆瓷体、第三氧化锆瓷体及第四氧化锆瓷体，其中，所述第一氧化锆瓷体的顶端设置有外泵电极，所述第一氧化锆瓷体与所述第二氧化锆瓷体之间设置有内泵电极，且所述第二氧化锆瓷体的顶端开设有与所述内泵电极相配合的空腔，所述第三氧化锆瓷体与所述第四氧化锆瓷体之间设置有扩散障，所述第三氧化锆瓷体与所述第四氧化锆瓷体上分别均开设有扩散孔，所述第四氧化锆瓷体底部侧壁包覆有氧化铝绝缘层，所述第四氧化锆瓷体的底端设置有加热器。
进一步的，所述外泵电极与所述内泵电极的泵电压为0-2V，所述外泵电极与所述内泵电极间的泵电流为0-2000μA。
进一步的，所述扩散障的宽度为50-150μm，所述扩散障的厚度为5-15μm，所述扩散障的长度为300-1000μm，所述扩散障的透气率为0-50%。
进一步的，所述扩散孔的大小为10-50μm。
进一步的，所述加热器的电阻为1-5Ω，所述加热器的电压为1-6V，所述加热器的工作功率为1-2W。
根据本发明的另一方面，提供了一种家用极限电流型氧传感器的制备方法。
该家用极限电流型氧传感器的制备，包括以下步骤：
配料球磨，将预先准备好的粉体材料均匀混合，形成浆料；
浆料流延，混合均匀后的所述浆料采用成型工艺，制得生瓷片；
层压，将流延后的所述生瓷片按需要的厚度压合成型，制得第一氧化锆瓷体、第二氧化锆瓷体、第三氧化锆瓷体及第四氧化锆瓷体；
打孔，采用机械冲孔的方式在所述第三氧化锆瓷体及所述第四氧化锆瓷体上冲出扩散孔；
印刷，在所述第一氧化锆瓷体的顶端印刷外泵电极，在所述第一氧化锆瓷体与所述第二氧化锆瓷体之间印刷内泵电极，在所述第三氧化锆瓷体与所述第四氧化锆瓷体之间印刷扩散障，在所述第四氧化锆瓷体的底端印刷加热器；
叠层，将印刷好功能层的所述第一氧化锆瓷体、所述第二氧化锆瓷体、所述第三氧化锆瓷体及所述第四氧化锆瓷体按照预先配置的顺序磊叠后层压，制得层压样品；
切割，将叠层压制好的所述层压样品切割成需要的尺寸，制得切割样品；
烧结，按照标准烧结曲线将所述切割样品烧结成熟瓷，制得家用极限电流型氧传感器。
进一步的，所述配料球磨采用滚筒球磨工艺，其步骤还包括：
一次球磨处理和二次球磨处理；
其中，所述一次球磨处理和所述二次球磨处理的时间均为24±4小时。
进一步的，所述浆料流延采用钢带流延工艺，其流延厚度为50-300μm；所述印刷采用丝网印刷工艺，其印刷厚度为16±2μm。
进一步的，所述叠层采用平板热压工艺，其预热温度为70℃，预热时间为1-3min，预热压力为4000-7000psi。
进一步的，所述切割采用热切工艺，其切割平台温度为70℃，切割刀片温度70℃，切割长度47.8±0.5mm，切割宽度5.3±0.05mm；所述烧结采用高温钟罩炉在1480±20℃保温3±0.5小时烧结而成，其产品收缩率为19.3±0.2%。
本发明的有益效果为：
（1）、采用流延成型工艺，多层叠压共烧等LTCC/HTCC技术，将信号层与加热层烧结成一个整体，生产成本低。
（2）、通过扩散孔及扩散障两种方式，可以更好的控制极限电流的大小，检测氧浓度范围为0%-100%，从而提高氧浓度检测的范围，进而实现对氧的全浓度范围检测。
（3）、加热电压为1-6V，工作功率为1-5W，功率很低，量程广，体积小，适合家电行业使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种家用极限电流型氧传感器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种家用极限电流型氧传感器的制备方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的一种家用极限电流型氧传感器的工作原理图。
图中：
1、第一氧化锆瓷体；2、第二氧化锆瓷体；3、第三氧化锆瓷体；4、第四氧化锆瓷体；5、外泵电极；6、内泵电极；7、空腔；8、扩散障；9、扩散孔；10、氧化铝绝缘层；11、加热器。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种家用极限电流型氧传感器及其制备方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的家用极限电流型氧传感器，包括从上至下依次设置的第一氧化锆瓷体1、第二氧化锆瓷体2、第三氧化锆瓷体3及第四氧化锆瓷体4，其中，所述第一氧化锆瓷体1的顶端设置有外泵电极5，所述第一氧化锆瓷体1与所述第二氧化锆瓷体2之间设置有内泵电极6，且所述第二氧化锆瓷体2的顶端开设有与所述内泵电极6相配合的空腔7，所述第三氧化锆瓷体3与所述第四氧化锆瓷体4之间设置有扩散障8，所述第三氧化锆瓷体3与所述第四氧化锆瓷体4上分别均开设有扩散孔9，所述第四氧化锆瓷体4底部侧壁包覆有氧化铝绝缘层10，所述第四氧化锆瓷体4的底端设置有加热器11。
在一个实施例中，所述外泵电极5与所述内泵电极6的泵电压为0-2V，所述外泵电极5与所述内泵电极6间的泵电流为0-2000μA。
在一个实施例中，所述扩散障8的宽度为50-150μm，所述扩散障8的厚度为5-15μm，所述扩散障8的长度为300-1000μm，所述扩散障8的透气率为0-50%。
在一个实施例中，所述扩散孔9的大小为10-50μm。
在一个实施例中，所述加热器11的电阻为1-5Ω，所述加热器11的电压为1-6V，所述加热器11的工作功率为1-2W。
借助于上述技术方案，采用流延成型工艺，多层叠压共烧等LTCC/HTCC技术，将信号层与加热层烧结成一个整体，生产成本低。通过扩散孔9及扩散障8两种方式，可以更好的控制极限电流的大小，检测氧浓度范围为0%-100%，从而提高氧浓度检测的范围，进而实现对氧的全浓度范围检测。加热电压为1-6V，工作功率为1-5W，功率很低，量程广，体积小，适合家电行业使用。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下结合附图对本发明的上述方案的流程进行详细说明，具体如下：
如图2所示，在实际生产过程中，该家用极限电流型氧传感器的制备，包括以下步骤：
步骤S101，配料球磨，将预先准备好的粉体材料均匀混合，形成浆料；
步骤S102，浆料流延，混合均匀后的所述浆料采用成型工艺，制得生瓷片；
步骤S103，层压，将流延后的所述生瓷片按需要的厚度压合成型，制得第一氧化锆瓷体1、第二氧化锆瓷体2、第三氧化锆瓷体3及第四氧化锆瓷体4；
步骤S104，打孔，采用机械冲孔的方式在所述第三氧化锆瓷体3及所述第四氧化锆瓷体4上冲出扩散孔9；
步骤S105，印刷，在所述第一氧化锆瓷体1的顶端印刷外泵电极5，在所述第一氧化锆瓷体1与所述第二氧化锆瓷体2之间印刷内泵电极6，在所述第三氧化锆瓷体3与所述第四氧化锆瓷体4之间印刷扩散障8，在所述第四氧化锆瓷体4的底端印刷加热器11；
步骤S106，叠层，将印刷好功能层的所述第一氧化锆瓷体1、所述第二氧化锆瓷体2、所述第三氧化锆瓷体3及所述第四氧化锆瓷体4按照预先配置的顺序磊叠后层压，制得层压样品；
步骤S107，切割，将叠层压制好的所述层压样品切割成需要的尺寸，制得切割样品；
步骤S108，烧结，按照标准烧结曲线将所述切割样品烧结成熟瓷，制得家用极限电流型氧传感器。
在一个实施例中，所述配料球磨采用滚筒球磨工艺，其步骤还包括：
一次球磨处理和二次球磨处理；
其中，所述一次球磨处理和所述二次球磨处理的时间均为24±4小时。
在一个实施例中，所述浆料流延采用钢带流延工艺，其流延厚度为50-300μm；所述印刷采用丝网印刷工艺，其印刷厚度为16±2μm。
在一个实施例中，所述叠层采用平板热压工艺，其预热温度为70℃，预热时间为1-3min，预热压力为4000-7000psi。
在一个实施例中，所述切割采用热切工艺，其切割平台温度为70℃，切割刀片温度70℃，切割长度47.8±0.5mm，切割宽度5.3±0.05mm；所述烧结采用高温钟罩炉在1480±20℃保温3±0.5小时烧结而成，其产品收缩率为19.3±0.2%。
工作原理：如图3所示，当电压作用于氧化锆电解质单元，氧气通过泵单元以氧离子的形式从氧化锆基体的阴极侧泵到阳极侧。扩散小孔及扩散障的存在，限制了氧气的进入，在增加泵氧电压的过程中，限制了泵氧率而使电流饱和，这种饱和电流被称为极限电流，几乎与环境氧浓度成正比。
给传感器提供一定的电压，它就会有输出电流，其电流的大小随被测量气体中的氧浓度而变化。这样的话，输出电流和对应的氧浓度就有赖于测量范围的确定和传感器的生产精度。由于生产的误差，每个传感器必须单独校准。传感器的型号由它的工作电压和输出电流范围决定。
以下公式适用于所有型号的传感器对所有气体介质中氧浓度的校准。
其中，为测量介质中的传感器电流，为用百分比表示的测量介质中的氧浓度，k为传感器的特定常数。
要确定传感器的特定常数，必须把传感器放在一个已知氧浓度的标准气体介质中（校准过），测出传感器的输出电流就可以按下列公式推算出K值了。
其中，k为传感器的特定常数，为已知氧浓度的输出电流，为经校准的标准气体浓度。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，采用流延成型工艺，多层叠压共烧等LTCC/HTCC技术，将信号层与加热层烧结成一个整体，生产成本低。通过扩散孔9及扩散障8两种方式，可以更好的控制极限电流的大小，检测氧浓度范围为0%-100%，从而提高氧浓度检测的范围，进而实现对氧的全浓度范围检测。加热电压为1-6V，工作功率为1-5W，功率很低，量程广，体积小，适合家电行业使用。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种家用极限电流型氧传感器，其特征在于，包括从上至下依次设置的第一氧化锆瓷体（1）、第二氧化锆瓷体（2）、第三氧化锆瓷体（3）及第四氧化锆瓷体（4），其中，所述第一氧化锆瓷体（1）的顶端设置有外泵电极（5），所述第一氧化锆瓷体（1）与所述第二氧化锆瓷体（2）之间设置有内泵电极（6），且所述第二氧化锆瓷体（2）的顶端开设有与所述内泵电极（6）相配合的空腔（7），所述第三氧化锆瓷体（3）与所述第四氧化锆瓷体（4）之间设置有扩散障（8），所述第三氧化锆瓷体（3）与所述第四氧化锆瓷体（4）上分别均开设有扩散孔（9），所述第四氧化锆瓷体（4）底部侧壁包覆有氧化铝绝缘层（10），所述第四氧化锆瓷体（4）的底端设置有加热器（11）。
2.根据权利要求1所述的家用极限电流型氧传感器，其特征在于，所述外泵电极（5）与所述内泵电极（6）的泵电压为0-2V，所述外泵电极（5）与所述内泵电极（6）间的泵电流为0-2000μA。
3.根据权利要求2所述的家用极限电流型氧传感器，其特征在于，所述扩散障（8）的宽度为50-150μm，所述扩散障（8）的厚度为5-15μm，所述扩散障（8）的长度为300-1000μm，所述扩散障（8）的透气率为0-50%。
4.根据权利要求3所述的家用极限电流型氧传感器，其特征在于，所述扩散孔（9）的大小为10-50μm。
5.根据权利要求4所述的家用极限电流型氧传感器，其特征在于，所述加热器（11）的电阻为1-5Ω，所述加热器（11）的电压为1-6V，所述加热器（11）的工作功率为1-2W。
6.一种家用极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，用于权利要求5所述的家用极限电流型氧传感器的制备，包括以下步骤：
配料球磨，将预先准备好的粉体材料均匀混合，形成浆料；
浆料流延，混合均匀后的所述浆料采用成型工艺，制得生瓷片；
层压，将流延后的所述生瓷片按需要的厚度压合成型，制得第一氧化锆瓷体（1）、第二氧化锆瓷体（2）、第三氧化锆瓷体（3）及第四氧化锆瓷体（4）；
打孔，采用机械冲孔的方式在所述第三氧化锆瓷体（3）及所述第四氧化锆瓷体（4）上冲出扩散孔（9）；
印刷，在所述第一氧化锆瓷体（1）的顶端印刷外泵电极（5），在所述第一氧化锆瓷体（1）与所述第二氧化锆瓷体（2）之间印刷内泵电极（6），在所述第三氧化锆瓷体（3）与所述第四氧化锆瓷体（4）之间印刷扩散障（8），在所述第四氧化锆瓷体（4）的底端印刷加热器（11）；
叠层，将印刷好功能层的所述第一氧化锆瓷体（1）、所述第二氧化锆瓷体（2）、所述第三氧化锆瓷体（3）及所述第四氧化锆瓷体（4）按照预先配置的顺序磊叠后层压，制得层压样品；
切割，将叠层压制好的所述层压样品切割成需要的尺寸，制得切割样品；
烧结，按照标准烧结曲线将所述切割样品烧结成熟瓷，制得家用极限电流型氧传感器。
7.根据权利要求6所述的家用极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述配料球磨采用滚筒球磨工艺，其步骤还包括：
一次球磨处理和二次球磨处理；
其中，所述一次球磨处理和所述二次球磨处理的时间均为24±4小时。
8.根据权利要求6所述的家用极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述浆料流延采用钢带流延工艺，其流延厚度为50-300μm；所述印刷采用丝网印刷工艺，其印刷厚度为16±2μm。
9.根据权利要求6所述的家用极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述叠层采用平板热压工艺，其预热温度为70℃，预热时间为1-3min，预热压力为4000-7000psi。
10.根据权利要求6所述的家用极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述切割采用热切工艺，其切割平台温度为70℃，切割刀片温度70℃，切割长度47.8±0.5mm，切割宽度5.3±0.05mm；所述烧结采用高温钟罩炉在1480±20℃保温3±0.5小时烧结而成，其产品收缩率为19.3±0.2%。
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| CN115791930A (zh) * | 2022-08-12 | 2023-03-14 | 江苏惟哲新材料有限公司 | 一种极限电流型氧传感器的制备方法 |
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| JP2003194766A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-07-09 | Kyocera Corp | 酸素センサおよびその製造方法 |
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| CN115791930B (zh) * | 2022-08-12 | 2024-03-15 | 江苏惟哲新材料有限公司 | 一种极限电流型氧传感器的制备方法 |
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