CN200962099Y - 氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种氧传感器，包括氧化锆敏感元件、参比电极和测量电极，所述的氧化锆敏感元件为U型试管状开口式形状，在U型氧化锆敏感元件的内表面上构建有白金参比电极，在U型氧化锆敏感元件的外表面上构建有白金测量电极，白金测量电极的外层还设有氧化锆陶瓷保护层；U型口上还装有陶瓷加热器、并设有参比气体入口，形成了一体式结构。本实用新型氧传感器的气体响应能力较强，广泛适用于锅炉、内燃机空燃比的控制，从而实现燃料的完全充分燃烧，显著减少有害气体的排放，具有较好的灵敏度和较长的工作寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测氧浓度的氧传感器，尤其涉及一种控制空燃比的氧传感器。
背景技术
氧传感器用于检测排气中的氧成分，基于检测到的氧浓度数值来控制空气进量与燃油进量的定量配比；传统氧传感器包括一个长扁平盘状的氧化锆固体电解质基质和测量电极及参比电极，测量电极和参比电极被构建在固体电解质基质的表面上、彼此相对形成敏感元件，氧化锆固体电解质具有良好的氧离子传导特性，参比电极与参比气体例如空气相接触，测量电极与待检测的气体例如废气相接触，从而检测电极之间氧离子的移动。
随着世界各国对废气排放污染物给大气环境破坏性的逐步认识和深化，出台了许多政策法规性文件来控制污染物排放的标准，因此将燃烧控制提高到了一个新的高度；用于控制燃烧的氧传感器起到关键性的检测功能，例如在发动机一开始启动就能检测CO、HC、NOX，但由于敏感元件被加热至活化温度前需要一段较长的时间，形成了滞后时间差，而普通直热型氧传感器的敏感性元件尺寸很大、其形状复杂，氧传感器不能快速加热到工作温度，表现出较低的气体响应能力。为了能充分满足有关政策法规的要求，氧传感器必须具有较高的灵敏度和持久的使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高灵敏度的氧传感器，具有较强的气体响应能力，适用于锅炉、内燃机空燃比的控制。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
氧传感器，包括氧化锆敏感元件、参比电极和测量电极，其特征在于：氧化锆敏感元件为U型试管状开口式形状，在U型氧化锆敏感元件的内表面上构建有白金参比电极，在U型氧化锆敏感元件的外表面上构建有白金测量电极，白金测量电极的外层还设有氧化锆陶瓷保护层。
进一步地，上述的氧传感器，所述的白金参比电极的厚度为20～30μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为5～10μm；所述的白金测量电极的厚度为25～35μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为10～20μm；所述的保护层的孔隙率为15％～25％，厚度为150～200μm。
再进一步地，上述氧传感器的U型口上还装有氧化锆陶瓷加热器并设有参比气体入口，形成一体式结构。
本实用新型技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①氧传感器的响应时间得到了明显提高，具有较好的灵敏度和较长的使用寿命；
②广泛适用于锅炉、内燃机空燃比的控制，实现燃料的完全充分燃烧，显著减少有害气体的排放。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1：本实用新型氧传感器的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 氧化锆敏感元件 | 2 | 白金参比电极 | 3 | 白金测量电极 |
| 4 | 陶瓷保护层 | A | 大气的流向 | B | 废气的流向 |
具体实施方式
本实用新型提供一种高灵敏度的氧传感器，如图1所示，氧化锆敏感元件1为U型试管状开口式形状，在U型氧化锆敏感元件1的内表面上构建有白金参比电极2，在U型氧化锆敏感元件1的外表面上构建有白金测量电极3，白金测量电极3的外层还设有氧化锆陶瓷保护层4。
制作工艺上：首先将氧化锆烧结成U型试管状开口式形状、并清洗干燥，用电镀的方法把良好透气性的多孔质白金(Pt)镀在测量电极和参比电极的指定位置；用热喷涂的方法将氧化锆陶瓷粉末涂在测量电极的外表面，形成保护层。白金参比电极2的厚度为20～30μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为5～10μm；白金测量电极3的厚度为25～35μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为10～20μm；陶瓷保护层4的孔隙率为15％～25％，厚度为150～200μm。
具体应用时：因氧化锆(ZrO2)为固态电解质的一种，高温状态时氧离子易于移动，由于氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小依氧化锆内外两侧的白金所接触到的氧而定。内层白金面与大气接触，氧气浓度高；外层白金面与排放废气接触，氧气浓度低；当混合比例较大时，排放的废气所含的氧相对较少，氧化锆两侧的白金所接触的氧气高低落差大，产生的电动势相对高(近1V)；当混合比例较小时，排放的废气所含的氧相对较多，氧化锆两侧的白金所接触的氧气高低落差小，所产生的电动势相对低(近0V)。
氧化锆陶瓷保护层4有效阻挡异物进入外测量电极层3，持久有效地防护由K、Na、Pb形成的氧化物对电极孔隙的阻塞，阻挡异物的侵入和防止气体通路孔的堵塞，充分保证了较强的抗热性能和耐久性及工作的稳定性。
需说明的是，传感器的U型口上还装有陶瓷加热器，陶瓷加热器插入敏感元件的U型试管状圆筒中，参比气体入口设置在敏感元件的圆筒开口处，连于一体形成加热型氧传感器。引擎开始发动时，陶瓷加热器迅速升温至400℃～900℃，氧传感器达到其工作温度并开始工作，有电动势的产生，引擎控制计算机有电压讯号即可侦测到当时混合比的状况；在引擎发动30秒后，氧传感器即可供给计算机正确的讯号，显然，快速升温缩短了活化时间，明显提高了气体响应能力。
显然，本实用新型高灵敏度的氧传感器具有较强的气体响应能力，适用于锅炉、内燃机空燃比的控制，从而实现燃料的完全充分燃烧，显著减少有害气体的排放。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (5)
1.氧传感器，包括氧化锆敏感元件、参比电极和测量电极，其特征在于：氧化锆敏感元件为U型试管状开口式形状，在U型氧化锆敏感元件的内表面上构建有白金参比电极，在U型氧化锆敏感元件的外表面上构建有白金测量电极，白金测量电极的外层还设有氧化锆陶瓷保护层。
2.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述白金参比电极的厚度为20～30μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为5～10μm。
3.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述白金测量电极的厚度为25～35μm，孔隙率为20％～30％，平均孔径为10～20μm。
4.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述保护层的孔隙率为15％～25％，厚度为150～200μm。
5.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于：所述氧传感器的U型口上还装有陶瓷加热器、并设有参比气体入口，形成一体式结构。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
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