CN110794023B - 一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 - Google Patents
一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110794023B CN110794023B CN201911081718.7A CN201911081718A CN110794023B CN 110794023 B CN110794023 B CN 110794023B CN 201911081718 A CN201911081718 A CN 201911081718A CN 110794023 B CN110794023 B CN 110794023B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- outgoing line
- bonding pad
- center
- heating wire
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 246
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000005394 sealing glass Substances 0.000 claims abstract description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 188
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 143
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 82
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 79
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 55
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 53
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 47
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 39
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 23
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 20
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 claims description 6
- 235000011475 lollipops Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N prednisone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3C(=O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/409—Oxygen concentration cells
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
- H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
- H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法，涉及一种分压型氧传感器及其制备方法。本发明是要解决现有的分压型氧传感器传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的技术问题。本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器是由芯体和陶瓷加热器组成；将芯体通过放置于陶瓷加热器中间的通孔中，将芯体和陶瓷加热器之间的孔隙用高温封接玻璃填满，最后烧结成型得到带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器。本发明的分压型氧传感器可以提高传感器力学抗冲击强度、提升热传导效率、缩短冷启动时间、提升温场分布均一性，具有高精度、高可靠的优点。可用于密闭环境、大气环境等环境的氧浓度检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种分压型氧传感器及其制备方法。
背景技术
氧气传感器是保证密闭环境中氧气浓度控制的关键元器件。随着密闭环境工作时间的变化，氧气浓度就会不断地变化。当氧气浓度降低或升高时，供氧系统控制向密闭环境中通入氧气的量，保证人员能够获得充足的氧气。
目前，分压型氧传感器存在某些缺点和不足，如旁热式加热丝采用绕制工艺制作难以控制绕制间隙，加热丝的一致性较差，并且长时间使用易发生热应力变形使温场分布发生变化。旁热式的加热器结构(如图1)也存在传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的不足，这些均会造成传感器的测试精度大幅下降，甚至造成传感器失效。旁热式加热丝的制造方法困难、抗力学冲击差、体积大的问题，难以实现高精度、高可靠的氧浓度测量，限制了氧传感进一步发展。
陶瓷共烧工艺技术主要包括了流延、冲孔、丝网印刷、叠片、等静压、切割、烧结等，经由多年工艺技术发展，工艺过程已经成熟。
发明内容
本发明是要解决现有的分压型氧传感器传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的技术问题，而提供一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法。
本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器是由芯体6和陶瓷加热器5组成；
所述的芯体6是由两个氧化铝过滤片6-1、两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2和三个铂电极6-3组成；所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；
所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；
芯体6是按照氧化铝过滤片6-1、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠固定组成；三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P2的测量；
所述的陶瓷加热器5是由引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4组成；所述的引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的基体均为长方体结构且四个长方体的尺寸完全相同，在每个基体上表面的中心处均有一个通孔且孔径相等；
所述的引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面通孔边沿处均匀分布三个引出端1-3，引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面还分别设置有第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2，第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；从第一引出线焊盘1-1的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；从第二引出线焊盘1-2的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；
所述的第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面通孔边沿处设置第一圆弧形加热丝2-4；第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面还设置有第三引出线焊盘2-1、第四引出线焊盘2-3和第五引出线焊盘2-2；第一圆弧形加热丝2-4的两端分别与第三引出线焊盘2-1和第四引出线焊盘2-3连接；从第三引出线焊盘2-1的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第四引出线焊盘2-3的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第五引出线焊盘2-2的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面通孔边沿处设置第二圆弧形加热丝3-4；第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面还设置有第六引出线焊盘3-1、第七引出线焊盘3-3和第八引出线焊盘3-2；第二圆弧形加热丝3-4的两端分别与第六引出线焊盘3-1和第七引出线焊盘3-3连接；从第六引出线焊盘3-1的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第七引出线焊盘3-3的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第八引出线焊盘3-2的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面通孔边沿处设置第三圆弧形加热丝4-1；第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面还设置有第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3；第三圆弧形加热丝4-1的两端分别与第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3连接；从第九引出线焊盘4-2的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；从第十引出线焊盘4-3的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；
所述的陶瓷加热器5是按照引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘1-1上表面的中心与第三引出线焊盘2-1上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘2-3上表面的中心与第七引出线焊盘3-3上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘3-1上表面的中心与第九引出线焊盘4-2上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘4-3上表面的中心、第八引出线焊盘3-2上表面的中心、第五引出线焊盘2-2上表面的中心和第二引出线焊盘1-2上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘2-1与第六引出线焊盘3-1错开设置；第十引出线焊盘4-3与第七引出线焊盘3-3错开设置；
所述的芯体6设置在陶瓷加热器5的中心通孔中，三根铂丝将三个铂引脚6-3-1与三个引出端1-3分别连接；芯体6与陶瓷加热器5之间的孔隙通过高温封接玻璃密封填满形成一体结构。
本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法如下：
制备陶瓷加热器5：
一、利用冲孔技术在引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面制备两个过孔，分别为第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1；第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；所述的第一陶瓷基体1-6的中心处设置通孔，通过丝网印刷在第一陶瓷基体1-6的上表面分别印刷三个引出端1-3，三个引出端1-3均匀设置在通孔的外沿；利用丝网印刷法在第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1上各印刷一层焊盘，分别为第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2；利用丝网印刷法在第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；
二、利用冲孔技术在第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5上表面制备三个过孔，分别为第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1；利用丝网印刷法在第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1上各印刷一层焊盘，分别为第三引出线焊盘2-1、第四引出线焊盘2-3和第五引出线焊盘2-2；利用丝网印刷法在第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第二陶瓷基体2-5的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第一圆弧形加热丝2-4，第一圆弧形加热丝2-4的两端分别与第三引出线焊盘2-1和第四引出线焊盘2-3连接；
三、利用冲孔技术在第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面制备三个过孔，分别为第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1；利用丝网印刷法在第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1上各印刷一层焊盘，分别为第六引出线焊盘3-1、第七引出线焊盘3-3和第八引出线焊盘3-2；利用丝网印刷法在第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第三陶瓷基体3-5的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第二圆弧形加热丝3-4，第二圆弧形加热丝3-4的两端分别与第六引出线焊盘3-1和第七引出线焊盘3-3连接；
四、利用丝网印刷法在第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面印刷第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3；所述的第四陶瓷基体4-4的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第三圆弧形加热丝4-1，第三圆弧形加热丝4-1的两端分别与第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3连接；
五、将步骤一至四制得的共四层按照引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘1-1上表面的中心与第三引出线焊盘2-1上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘2-3上表面的中心与第七引出线焊盘3-3上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘3-1上表面的中心与第九引出线焊盘4-2上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘4-3上表面的中心、第八引出线焊盘3-2上表面的中心、第五引出线焊盘2-2上表面的中心和第二引出线焊盘1-2上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘2-1与第六引出线焊盘3-1相错设置；第十引出线焊盘4-3与第七引出线焊盘3-3相错设置；
六、通过等静压实现各层之间的结合，再通过烧结将陶瓷加热器5烧结成型；
制备芯体6：
按照氧化铝过滤片6-1、铂环6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂环6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂环6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠；
所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；
所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；
三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；
然后通过高温封接玻璃将芯体6固定成一个整体，两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P2的测量；通过烧结将芯体6烧结成型；
组装芯体6和陶瓷加热器5：将芯体6通过工装夹具放置于陶瓷加热器5中间的通孔中，将芯体6和陶瓷加热器5之间的孔隙用高温封接玻璃填满，用三根铂丝将三个铂引脚6-3-1与三个引出端1-3分别连接；最后烧结成型得到带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器。
本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的加热方法：第一引出线焊盘1-1连接电源的正极，电流通过第一引出线焊盘1-1传导到第三引出线焊盘2-1，再通过第一圆弧形加热丝2-4传导到第四引出线焊盘2-3，第一圆弧形加热丝2-4被加热，电流通过第四引出线焊盘2-3传导到第七引出线焊盘3-3，再通过第二圆弧形加热丝3-4传导到第六引出线焊盘3-1，第二圆弧形加热丝3-4被加热，电流通过第六引出线焊盘3-1传导到第九引出线焊盘4-2，再通过第三圆弧形加热丝4-1传导到第十引出线焊盘4-3，第三圆弧形加热丝4-1被加热，电流再依次通过第十引出线焊盘4-3、第八引出线焊盘3-2、第五引出线焊盘2-2和第二引出线焊盘1-2回到电源的负极，三个加热丝将陶瓷加热器5整体加热。第三引出线焊盘2-1和第六引出线焊盘3-1上下位置错开避免短路。
本发明所述的氧化铝过滤片6-1为多孔结构。
本发明中芯体6的结构和材质均为常规技术，与现有的分压型氧传感器的芯体结构和材质相同。
本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的工作原理与现有的相同，创新点在于氧传感器的结构改进。
本发明基于陶瓷共烧工艺技术，工艺过程主要包括冲孔工艺、丝网印刷工艺、叠片工艺、切割工艺等在内的陶瓷共烧工艺技术。本发明的分压型氧传感器可以提高传感器力学抗冲击强度(传感器抗振特性增强，允许重复加速度指标提升至8g～9g。)、提升热传导效率、缩短冷启动时间(只需要50s)、提升温场分布均一性，具有高精度、高可靠的优点。可用于密闭环境、大气环境等环境的氧浓度检测。
附图说明
图1为现有的旁热式加热器结构的分压型氧传感器的示意图；
图2为具体实施方式一中的引出端层1的示意图；
图3为具体实施方式一中的第一加热丝层2的示意图；
图4为具体实施方式一中的第二加热丝层3的示意图；
图5为具体实施方式一中的第三加热丝层4的示意图；
图6为具体实施方式六中制备陶瓷加热器5的步骤一中利用丝网印刷法在第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1中印刷导电金属之前引出端层1的示意图；
图7为具体实施方式六中制备陶瓷加热器5的步骤二中利用丝网印刷法在第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1中印刷导电金属第一加热丝层2的示意图；
图8为具体实施方式六中制备陶瓷加热器5的步骤三中利用丝网印刷法在第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1中印刷导电金属之前第三加热丝层3的示意图；
图9为具体实施方式六中组装芯体6和陶瓷加热器5中将芯体6通过工装夹具放置于陶瓷加热器5中间的通孔后的示意图；
图10为具体实施方式六制备的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的示意图；
图11为具体实施方式一中芯体6的示意图；
图12为具体实施方式一中铂电极6-3的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，如图2-图12所示，具体是由芯体6和陶瓷加热器5组成；
如图11所示，所述的芯体6是由两个氧化铝过滤片6-1、两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2和三个铂电极6-3组成；所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；
如图12所示，所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；
芯体6是按照氧化铝过滤片6-1、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠固定组成；三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P2的测量；
所述的陶瓷加热器5是由引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4组成；所述的引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的基体均为长方体结构且四个长方体的尺寸完全相同，在每个基体上表面的中心处均有一个通孔且孔径相等；
所述的引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面通孔边沿处均匀分布三个引出端1-3，引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面还分别设置有第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2，第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；从第一引出线焊盘1-1的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；从第二引出线焊盘1-2的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；
所述的第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面通孔边沿处设置第一圆弧形加热丝2-4；第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面还设置有第三引出线焊盘2-1、第四引出线焊盘2-3和第五引出线焊盘2-2；第一圆弧形加热丝2-4的两端分别与第三引出线焊盘2-1和第四引出线焊盘2-3连接；从第三引出线焊盘2-1的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第四引出线焊盘2-3的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第五引出线焊盘2-2的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面通孔边沿处设置第二圆弧形加热丝3-4；第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面还设置有第六引出线焊盘3-1、第七引出线焊盘3-3和第八引出线焊盘3-2；第二圆弧形加热丝3-4的两端分别与第六引出线焊盘3-1和第七引出线焊盘3-3连接；从第六引出线焊盘3-1的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第七引出线焊盘3-3的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第八引出线焊盘3-2的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面通孔边沿处设置第三圆弧形加热丝4-1；第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面还设置有第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3；第三圆弧形加热丝4-1的两端分别与第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3连接；从第九引出线焊盘4-2的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；从第十引出线焊盘4-3的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；
所述的陶瓷加热器5是按照引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘1-1上表面的中心与第三引出线焊盘2-1上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘2-3上表面的中心与第七引出线焊盘3-3上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘3-1上表面的中心与第九引出线焊盘4-2上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘4-3上表面的中心、第八引出线焊盘3-2上表面的中心、第五引出线焊盘2-2上表面的中心和第二引出线焊盘1-2上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘2-1与第六引出线焊盘3-1错开设置；第十引出线焊盘4-3与第七引出线焊盘3-3错开设置；
所述的芯体6设置在陶瓷加热器5的中心通孔中，三根铂丝将三个铂引脚6-3-1与三个引出端1-3分别连接；芯体6与陶瓷加热器5之间的孔隙通过高温封接玻璃密封填满形成一体结构。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的第一圆弧形加热丝2-4、第二圆弧形加热丝3-4和第三圆弧形加热丝4-1的圆心角均为270°～330°。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的第一陶瓷基体1-6、第二陶瓷基体2-5、第三陶瓷基体3-5和第四陶瓷基体4-4均为氧化铝基体，且厚度均为0.35mm～1mm。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的引出端1-3为Pt、Au或Ag；所述的导电金属均为Pt、Au或Ag；所有的焊盘均为Pt、Au或Ag；所有的圆弧形加热丝均为Pt、Au或Ag。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的氧化铝过滤片6-1的厚度为0.1mm～0.4mm；所述的氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的厚度为0.1mm～1mm；所述的三个铂电极6-3的厚度为0.1mm～0.15mm。其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式一中的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法，如图2-图12所示，具体过程如下：
制备陶瓷加热器5：
一、利用冲孔技术在引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面制备两个过孔，分别为第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1；第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；所述的第一陶瓷基体1-6的中心处设置通孔，通过丝网印刷在第一陶瓷基体1-6的上表面分别印刷三个引出端1-3，三个引出端1-3均匀设置在通孔的外沿；利用丝网印刷法在第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1上各印刷一层焊盘，分别为第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2；利用丝网印刷法在第一过孔1-1-1和第二过孔1-2-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；
二、利用冲孔技术在第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5上表面制备三个过孔，分别为第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1；利用丝网印刷法在第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1上各印刷一层焊盘，分别为第三引出线焊盘2-1、第四引出线焊盘2-3和第五引出线焊盘2-2；利用丝网印刷法在第三过孔2-1-1、第四过孔2-2-1和第五过孔2-3-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第二陶瓷基体2-5的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第一圆弧形加热丝2-4，第一圆弧形加热丝2-4的两端分别与第三引出线焊盘2-1和第四引出线焊盘2-3连接；
三、利用冲孔技术在第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面制备三个过孔，分别为第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1；利用丝网印刷法在第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1上各印刷一层焊盘，分别为第六引出线焊盘3-1、第七引出线焊盘3-3和第八引出线焊盘3-2；利用丝网印刷法在第六过孔3-1-1、第七过孔3-2-1和第八过孔3-3-1中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第三陶瓷基体3-5的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第二圆弧形加热丝3-4，第二圆弧形加热丝3-4的两端分别与第六引出线焊盘3-1和第七引出线焊盘3-3连接；
四、利用丝网印刷法在第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面印刷第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3；所述的第四陶瓷基体4-4的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第三圆弧形加热丝4-1，第三圆弧形加热丝4-1的两端分别与第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3连接；
五、将步骤一至四制得的共四层按照引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘1-1上表面的中心与第三引出线焊盘2-1上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘2-3上表面的中心与第七引出线焊盘3-3上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘3-1上表面的中心与第九引出线焊盘4-2上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘4-3上表面的中心、第八引出线焊盘3-2上表面的中心、第五引出线焊盘2-2上表面的中心和第二引出线焊盘1-2上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘2-1与第六引出线焊盘3-1错开设置；第十引出线焊盘4-3与第七引出线焊盘3-3错开设置；
六、通过等静压实现各层之间的结合，再通过烧结将陶瓷加热器5烧结成型；
制备芯体6：
按照氧化铝过滤片6-1、铂环6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂环6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂环6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠；
所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；
所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；
三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；
然后通过高温封接玻璃将芯体6固定成一个整体，两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P2的测量；通过烧结将芯体6烧结成型；
组装芯体6和陶瓷加热器5：将芯体6通过工装夹具放置于陶瓷加热器5中间的通孔中，将芯体6和陶瓷加热器5之间的孔隙用高温封接玻璃填满，用三根铂丝将三个铂引脚6-3-1与三个引出端1-3分别连接；最后烧结成型得到带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：制备陶瓷加热器5的步骤六中等静压的工艺为：80℃～90℃，时间30min～40min，压力20mpa～30mpa。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是：制备陶瓷加热器5的步骤六中烧结的工艺为：1400℃～1450℃，保温30min～40min。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六不同的是：高温封接玻璃的烧结温度为700℃～1100℃。其他与具体实施方式六相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，如图2-图12所示，具体是由芯体6和陶瓷加热器5组成；
如图11所示，所述的芯体6是由两个氧化铝过滤片6-1、两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2和三个铂电极6-3组成；所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；
如图12所示，所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；
芯体6是按照氧化铝过滤片6-1、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠固定组成；三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P2的测量；
所述的陶瓷加热器5是由引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4组成；所述的引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的基体均为长方体结构且四个长方体的尺寸完全相同，在每个基体上表面的中心处均有一个通孔且孔径相等；
所述的引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面通孔边沿处均匀分布三个引出端1-3，引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面还分别设置有第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2，第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；从第一引出线焊盘1-1的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；从第二引出线焊盘1-2的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；
所述的第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面通孔边沿处设置第一圆弧形加热丝2-4；第一加热丝层2的第二陶瓷基体2-5的上表面还设置有第三引出线焊盘2-1、第四引出线焊盘2-3和第五引出线焊盘2-2；第一圆弧形加热丝2-4的两端分别与第三引出线焊盘2-1和第四引出线焊盘2-3连接；从第三引出线焊盘2-1的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第四引出线焊盘2-3的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；从第五引出线焊盘2-2的上表面中心处至第二陶瓷基体2-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面通孔边沿处设置第二圆弧形加热丝3-4；第二加热丝层3的第三陶瓷基体3-5的上表面还设置有第六引出线焊盘3-1、第七引出线焊盘3-3和第八引出线焊盘3-2；第二圆弧形加热丝3-4的两端分别与第六引出线焊盘3-1和第七引出线焊盘3-3连接；从第六引出线焊盘3-1的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第七引出线焊盘3-3的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；从第八引出线焊盘3-2的上表面中心处至第三陶瓷基体3-5的下表面之间设置有导电金属；
所述的第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面通孔边沿处设置第三圆弧形加热丝4-1；第三加热丝层4的第四陶瓷基体4-4的上表面还设置有第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3；第三圆弧形加热丝4-1的两端分别与第九引出线焊盘4-2和第十引出线焊盘4-3连接；从第九引出线焊盘4-2的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；从第十引出线焊盘4-3的上表面中心处至第四陶瓷基体4-4的下表面之间设置有导电金属；
所述的陶瓷加热器5是按照引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘1-1上表面的中心与第三引出线焊盘2-1上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘2-3上表面的中心与第七引出线焊盘3-3上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘3-1上表面的中心与第九引出线焊盘4-2上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘4-3上表面的中心、第八引出线焊盘3-2上表面的中心、第五引出线焊盘2-2上表面的中心和第二引出线焊盘1-2上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘2-1与第六引出线焊盘3-1错开设置；第十引出线焊盘4-3与第七引出线焊盘3-3错开设置；
所述的芯体6设置在陶瓷加热器5的中心通孔中，三根铂丝将三个铂引脚6-3-1与三个引出端1-3分别连接；芯体6与陶瓷加热器5之间的孔隙通过高温封接玻璃密封填满形成一体结构。
所述的第一圆弧形加热丝2-4、第二圆弧形加热丝3-4和第三圆弧形加热丝4-1的圆心角均为300°；所述的第一陶瓷基体1-6、第二陶瓷基体2-5、第三陶瓷基体3-5和第四陶瓷基体4-4均为氧化铝基体，且厚度均为0.5mm；所述的引出端1-3为Pt；所有的焊盘均为Pt；所有的圆弧形加热丝均为Pt；
所述的氧化铝过滤片6-1的厚度为0.3mm；所述的氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的厚度为0.5mm；所述的三个铂电极6-3的厚度为0.1mm。
本试验所述的氧化铝过滤片6-1为多孔结构。
本试验的芯体6的结构为常规技术，与现有的分压型氧传感器的芯体结构相同。
本试验的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的工作原理与现有的相同，创新点在于氧传感器的结构改进。
本试验基于陶瓷共烧工艺技术，工艺过程主要包括冲孔工艺、丝网印刷工艺、叠片工艺、切割工艺等在内的陶瓷共烧工艺技术。本试验的分压型氧传感器可以提高传感器力学抗冲击强度(传感器抗振特性增强，允许重复加速度指标提升至8g～9g。)、提升热传导效率、缩短冷启动时间(只需要50s)、提升温场分布均一性，具有高精度、高可靠的优点。可用于密闭环境、大气环境等环境的氧浓度检测。
Claims (9)
1.一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，其特征在于带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器是由芯体(6)和陶瓷加热器(5)组成；
所述的芯体(6)是由两个氧化铝过滤片(6-1)、两个氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)和三个铂电极(6-3)组成；所述的氧化铝过滤片(6-1)和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)均为圆形，且氧化铝过滤片(6-1)和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)的直径相等；
所述的铂电极(6-3)是由铂环(6-3-2)和铂引脚(6-3-1)组成；所述的铂引脚(6-3-1)的一端与铂环(6-3-2)固定；所述的铂电极(6-3)为一体结构；
芯体(6)是按照氧化铝过滤片(6-1)、铂电极(6-3)、氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)、铂电极(6-3)、氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)、铂电极(6-3)和氧化铝过滤片(6-1)的顺序从上至下依次堆叠固定组成；三个铂电极(6-3)之间呈120°夹角；所述的铂环(6-3-2)的圆心与氧化铝过滤片(6-1)的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)的圆心在一条直线上；两个氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)与中间夹着的一个铂电极(6-3)密封使得铂环(6-3-2)中间的空心部分形成一个密闭腔室；
所述的陶瓷加热器(5)是由引出端层(1)、第一加热丝层(2)、第二加热丝层(3)和第三加热丝层(4)组成；所述的引出端层(1)、第一加热丝层(2)、第二加热丝层(3)和第三加热丝层(4)的基体均为长方体结构且四个长方体的尺寸完全相同，在每个基体上表面的中心处均有一个通孔且孔径相等；
所述的引出端层(1)的第一陶瓷基体(1-6)的上表面通孔边沿处均匀分布三个引出端(1-3)，引出端层1的第一陶瓷基体(1-6)的上表面还分别设置有第一引出线焊盘(1-1)和第二引出线焊盘(1-2)，第一引出线焊盘(1-1)和第二引出线焊盘(1-2)靠近第一陶瓷基体(1-6)的同一个边；从第一引出线焊盘(1-1)的上表面中心处至第一陶瓷基体(1-6)的下表面之间设置有导电金属；从第二引出线焊盘(1-2)的上表面中心处至第一陶瓷基体(1-6)的下表面之间设置有导电金属；
所述的第一加热丝层(2)的第二陶瓷基体(2-5)的上表面通孔边沿处设置第一圆弧形加热丝(2-4)；第一加热丝层(2)的第二陶瓷基体(2-5)的上表面还设置有第三引出线焊盘(2-1)、第四引出线焊盘(2-3)和第五引出线焊盘(2-2)；第一圆弧形加热丝(2-4)的两端分别与第三引出线焊盘(2-1)和第四引出线焊盘(2-3)连接；从第三引出线焊盘(2-1)的上表面中心处至第二陶瓷基体(2-5)的下表面之间设置有导电金属；从第四引出线焊盘(2-3)的上表面中心处至第二陶瓷基体(2-5)的下表面之间设置有导电金属；从第五引出线焊盘(2-2)的上表面中心处至第二陶瓷基体(2-5)的下表面之间设置有导电金属；
所述的第二加热丝层(3)的第三陶瓷基体(3-5)的上表面通孔边沿处设置第二圆弧形加热丝(3-4)；第二加热丝层(3)的第三陶瓷基体(3-5)的上表面还设置有第六引出线焊盘(3-1)、第七引出线焊盘(3-3)和第八引出线焊盘(3-2)；第二圆弧形加热丝(3-4)的两端分别与第六引出线焊盘(3-1)和第七引出线焊盘(3-3)连接；从第六引出线焊盘(3-1)的上表面中心处至第三陶瓷基体(3-5)的下表面之间设置有导电金属；从第七引出线焊盘(3-3)的上表面中心处至第三陶瓷基体(3-5)的下表面之间设置有导电金属；从第八引出线焊盘(3-2)的上表面中心处至第三陶瓷基体(3-5)的下表面之间设置有导电金属；
所述的第三加热丝层(4)的第四陶瓷基体(4-4)的上表面通孔边沿处设置第三圆弧形加热丝(4-1)；第三加热丝层(4)的第四陶瓷基体(4-4)的上表面还设置有第九引出线焊盘(4-2)和第十引出线焊盘(4-3)；第三圆弧形加热丝(4-1)的两端分别与第九引出线焊盘(4-2)和第十引出线焊盘(4-3)连接；从第九引出线焊盘(4-2)的上表面中心处至第四陶瓷基体(4-4)的下表面之间设置有导电金属；从第十引出线焊盘(4-3)的上表面中心处至第四陶瓷基体(4-4)的下表面之间设置有导电金属；
所述的陶瓷加热器(5)是按照引出端层(1)、第一加热丝层(2)、第二加热丝层(3)和第三加热丝层(4)的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘(1-1)上表面的中心与第三引出线焊盘(2-1)上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘(2-3)上表面的中心与第七引出线焊盘(3-3)上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘(3-1)上表面的中心与第九引出线焊盘(4-2)上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘(4-3)上表面的中心、第八引出线焊盘(3-2)上表面的中心、第五引出线焊盘(2-2)上表面的中心和第二引出线焊盘(1-2)上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘(2-1)与第六引出线焊盘(3-1)错开设置；第十引出线焊盘(4-3)与第七引出线焊盘(3-3)错开设置；
所述的芯体(6)设置在陶瓷加热器(5)的中心通孔中，三根铂丝将三个铂引脚(6-3-1)与三个引出端(1-3)分别连接；芯体(6)与陶瓷加热器(5)之间的孔隙通过高温封接玻璃密封填满形成一体结构。
2.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，其特征在于所述的第一圆弧形加热丝(2-4)、第二圆弧形加热丝(3-4)和第三圆弧形加热丝(4-1)的圆心角均为270°～330°。
3.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，其特征在于所述的第一陶瓷基体(1-6)、第二陶瓷基体(2-5)、第三陶瓷基体(3-5)和第四陶瓷基体(4-4)均为氧化铝基体，且厚度均为0.35mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，其特征在于所述的引出端(1-3)为Pt、Au或Ag；引出线焊盘均为Pt、Au或Ag；圆弧形加热丝均为Pt、Au或Ag。
5.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器，其特征在于所述的氧化铝过滤片(6-1)的厚度为0.1mm～0.4mm；所述的氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)的厚度为0.1mm～1mm；所述的铂电极(6-3)的厚度为0.1mm～0.15mm。
6.如权利要求1所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法，其特征在于带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法如下：
制备陶瓷加热器(5)：
一、利用冲孔技术在引出端层(1)的第一陶瓷基体(1-6)的上表面制备两个过孔，分别为第一过孔(1-1-1)和第二过孔(1-2-1)；第一过孔(1-1-1)和第二过孔(1-2-1)靠近第一陶瓷基体(1-6)的同一个边；所述的第一陶瓷基体(1-6)的中心处设置通孔，通过丝网印刷在第一陶瓷基体(1-6)的上表面分别印刷三个引出端(1-3)，三个引出端(1-3)均匀设置在通孔的外沿；利用丝网印刷法在第一过孔(1-1-1)和第二过孔(1-2-1)上各印刷一层焊盘，分别为第一引出线焊盘(1-1)和第二引出线焊盘(1-2)；利用丝网印刷法在第一过孔(1-1-1)和第二过孔(1-2-1)中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；
二、利用冲孔技术在第一加热丝层(2)的第二陶瓷基体(2-5)上表面制备三个过孔，分别为第三过孔(2-1-1)、第四过孔(2-2-1)和第五过孔(2-3-1)；利用丝网印刷法在第三过孔(2-1-1)、第四过孔(2-2-1)和第五过孔(2-3-1)上各印刷一层焊盘，分别为第三引出线焊盘(2-1)、第四引出线焊盘(2-3)和第五引出线焊盘(2-2)；利用丝网印刷法在第三过孔(2-1-1)、第四过孔(2-2-1)和第五过孔(2-3-1)中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第二陶瓷基体(2-5)的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第一圆弧形加热丝(2-4)，第一圆弧形加热丝(2-4)的两端分别与第三引出线焊盘(2-1)和第四引出线焊盘(2-3)连接；
三、利用冲孔技术在第二加热丝层(3)的第三陶瓷基体(3-5)的上表面制备三个过孔，分别为第六过孔(3-1-1)、第七过孔(3-2-1)和第八过孔(3-3-1)；利用丝网印刷法在第六过孔(3-1-1)、第七过孔(3-2-1)和第八过孔(3-3-1)上各印刷一层焊盘，分别为第六引出线焊盘(3-1)、第七引出线焊盘(3-3)和第八引出线焊盘(3-2)；利用丝网印刷法在第六过孔(3-1-1)、第七过孔(3-2-1)和第八过孔(3-3-1)中印刷导电金属，且各个焊盘的上表面填平；所述的第三陶瓷基体(3-5)的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第二圆弧形加热丝(3-4)，第二圆弧形加热丝(3-4)的两端分别与第六引出线焊盘(3-1)和第七引出线焊盘(3-3)连接；
四、利用丝网印刷法在第三加热丝层(4)的第四陶瓷基体(4-4)的上表面印刷第九引出线焊盘(4-2)和第十引出线焊盘(4-3)；所述的第四陶瓷基体(4-4)的中心处设置通孔，利用丝网印刷法在通孔的外沿印刷第三圆弧形加热丝(4-1)，第三圆弧形加热丝(4-1)的两端分别与第九引出线焊盘(4-2)和第十引出线焊盘(4-3)连接；
五、将步骤一至四制得的共四层按照引出端层(1)、第一加热丝层(2)、第二加热丝层(3)和第三加热丝层(4)的顺序从上至下依次堆叠固定组成；第一引出线焊盘(1-1)上表面的中心与第三引出线焊盘(2-1)上表面的中心在一条竖直直线上；第四引出线焊盘(2-3)上表面的中心与第七引出线焊盘(3-3)上表面的中心在一条竖直直线上；第六引出线焊盘(3-1)上表面的中心与第九引出线焊盘(4-2)上表面的中心在一条竖直直线上；第十引出线焊盘(4-3)上表面的中心、第八引出线焊盘(3-2)上表面的中心、第五引出线焊盘(2-2)上表面的中心和第二引出线焊盘(1-2)上表面的中心在一条竖直直线上；第三引出线焊盘(2-1)与第六引出线焊盘(3-1)错开设置；第十引出线焊盘(4-3)与第七引出线焊盘(3-3)错开设置；
六、通过等静压实现各层之间的结合，再通过烧结将陶瓷加热器(5)烧结成型；
制备芯体(6)：
按照氧化铝过滤片(6-1)、铂环(6-3-2 )、氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)、铂环(6-3-2 )、氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)、铂环(6-3-2 )和氧化铝过滤片(6-1)的顺序从上至下依次堆叠；
所述的氧化铝过滤片(6-1)和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)均为圆形，且氧化铝过滤片(6-1)和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)的直径相等；
所述的铂电极(6-3)是由铂环(6-3-2)和铂引脚(6-3-1)组成；所述的铂引脚(6-3-1)的一端与铂环(6-3-2)固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极(6-3)为一体结构；
三个铂电极(6-3)之间呈120°夹角；所述的铂环(6-3-2)的圆心与氧化铝过滤片(6-1)的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)的圆心在一条直线上；
然后通过高温封接玻璃将芯体(6)固定成一个整体，两个氧化锆固体电解质陶瓷片(6-2)与中间夹着的一个铂电极(6-3)密封使得铂环(6-3-2)中间的空心部分形成一个密闭腔室；通过烧结将芯体(6)烧结成型；
组装芯体(6)和陶瓷加热器(5)：将芯体(6)通过工装夹具放置于陶瓷加热器(5)中间的通孔中，将芯体(6)和陶瓷加热器(5)之间的孔隙用高温封接玻璃填满，用三根铂丝将三个铂引脚(6-3-1)与三个引出端(1-3)分别连接；最后烧结成型得到带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器。
7.根据权利要求6所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法，其特征在于制备陶瓷加热器(5)的步骤六中等静压的工艺为：80℃～90℃，时间30min～40min，压力20mpa～30mpa。
8.根据权利要求6所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法，其特征在于制备陶瓷加热器(5)的步骤六中烧结的工艺为：1400℃～1450℃，保温30min～40min。
9.根据权利要求6所述的一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器的制备方法，其特征在于高温封接玻璃的烧结温度为700℃～1100℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911081718.7A CN110794023B (zh) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | 一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911081718.7A CN110794023B (zh) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | 一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110794023A CN110794023A (zh) | 2020-02-14 |
| CN110794023B true CN110794023B (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=69443177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911081718.7A Expired - Fee Related CN110794023B (zh) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | 一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110794023B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111479339A (zh) * | 2020-05-16 | 2020-07-31 | 新乡市杰达精密电子器件有限公司 | 一种可控加热效率的加热元件 |
| CN112034005B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-05-10 | 苏州芯镁信电子科技有限公司 | 一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器及其加工方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4655901A (en) * | 1983-08-09 | 1987-04-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor element |
| US5236569A (en) * | 1989-11-28 | 1993-08-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Air/fuel ratio sensor having resistor for limiting leak current from pumping cell to sensing cell |
| CN1782703A (zh) * | 2004-11-30 | 2006-06-07 | 日本特殊陶业株式会社 | 气敏传感器和气敏传感器制造方法 |
| CN101000320A (zh) * | 2006-12-25 | 2007-07-18 | 杨世养 | 一种片式氧传感器及其制备方法 |
| CN102103118A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 | 一体式分压型氧气传感器的制造方法 |
| CN102798653A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-11-28 | 宁波大学 | 一种车用片式结构氧传感器及其制备方法 |
| CN103018283A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-03 | 珠海市香之君电子有限公司 | 一种片式氧传感器 |
| CN203479739U (zh) * | 2013-09-17 | 2014-03-12 | 李景河 | 汽车氧化锆氧传感器 |
-
2019
- 2019-11-07 CN CN201911081718.7A patent/CN110794023B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4655901A (en) * | 1983-08-09 | 1987-04-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor element |
| US5236569A (en) * | 1989-11-28 | 1993-08-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Air/fuel ratio sensor having resistor for limiting leak current from pumping cell to sensing cell |
| CN1782703A (zh) * | 2004-11-30 | 2006-06-07 | 日本特殊陶业株式会社 | 气敏传感器和气敏传感器制造方法 |
| CN101000320A (zh) * | 2006-12-25 | 2007-07-18 | 杨世养 | 一种片式氧传感器及其制备方法 |
| CN102103118A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 | 一体式分压型氧气传感器的制造方法 |
| CN102798653A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-11-28 | 宁波大学 | 一种车用片式结构氧传感器及其制备方法 |
| CN103018283A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-03 | 珠海市香之君电子有限公司 | 一种片式氧传感器 |
| CN203479739U (zh) * | 2013-09-17 | 2014-03-12 | 李景河 | 汽车氧化锆氧传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110794023A (zh) | 2020-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110794023B (zh) | 一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法 | |
| US20030146093A1 (en) | Oxygen sensor | |
| CN108732224B (zh) | 一种双电池型片式宽域氧传感器的制备方法 | |
| JP4502991B2 (ja) | 酸素センサ | |
| CN111693587A (zh) | 一种测量氧分压的集成氧传感器芯片及其制备方法 | |
| CN112255296A (zh) | 基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法 | |
| WO2018064888A1 (zh) | 片式氧传感器芯片 | |
| JP3572241B2 (ja) | 空燃比センサ素子 | |
| CN114660154B (zh) | 一种氮氧传感器芯片及其制备方法 | |
| CN113433191B (zh) | 环热式气体传感器及其制备方法 | |
| CN111855068A (zh) | 一种陶瓷传感器及其制备方法 | |
| JP4610127B2 (ja) | 空燃比センサ素子 | |
| CN217981337U (zh) | 一种平板式氧传感器芯片 | |
| CN212658374U (zh) | 一种陶瓷传感器 | |
| JP4061125B2 (ja) | 酸素センサ素子の製造方法 | |
| JP2001041922A (ja) | ヒータ一体型酸素センサ素子 | |
| CN211741153U (zh) | 一种内嵌导电铂丝氧传感器 | |
| JP4721593B2 (ja) | 酸素センサ | |
| JP4698041B2 (ja) | 空燃比センサ素子 | |
| JP2004117099A (ja) | 酸素センサ素子 | |
| JPS5827051A (ja) | 酸素ガス濃淡電池の製造方法 | |
| JP2003315303A (ja) | 酸素センサ素子 | |
| CN109727740B (zh) | 一种高精度高可靠性叠层热敏电阻芯片及其制作方法 | |
| JP4565739B2 (ja) | 空燃比センサ素子 | |
| JP2019003757A (ja) | 全固体電池及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211214 |