CN211148360U - 一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片 - Google Patents

Abstract

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，包括陶瓷基板、第一电极、第二电极、第一绝缘玻璃层以及第二绝缘玻璃层，第一绝缘玻璃层形成在陶瓷基板的上表面上，第一电极和第二电极形成在第一绝缘玻璃层的上表面上，且第一电极和第二电极之间由连续的间隙分隔开，第一电极和第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在第一电极和第二电极的前段部分处的间隙上而改变第一电极和第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的第一电极和第二电极的后段部分由第二绝缘玻璃层覆盖，第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。本实用新型能够提传感器芯片加热除去颗粒物的效率，并简化芯片结构及其制作。

Description

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气处理领域，尤其是一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片。

背景技术

随着环境问题的日益加剧，车辆尾气的排放法规变得更加严格。柴油发动机车辆排放的气体中含有大量的颗粒物(PM)，为减少颗粒物排放量，满足现有的法规，柴油颗粒过滤器(DPF)被广泛应用在柴油发动机车上。颗粒物传感器在检测柴油颗粒过滤器中所捕获的颗粒物数量的同时，通过自身加热颗粒物传感器来除去颗粒物，做到反复使用。

目前已有的颗粒物传感器，大多是多层片式结构，且一般采用先叠压后高温共烧的工艺制备，但现有的颗粒物传感器结构复杂，且加热去颗粒物的效率低，此外，抗热震性以及强度等方面均有待提高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，以提高颗粒物传感器陶瓷芯片加热除去颗粒物的效率，并简化芯片结构及其制作。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，包括陶瓷基板、第一电极、第二电极、第一绝缘玻璃层以及第二绝缘玻璃层，所述第一绝缘玻璃层形成在所述陶瓷基板的上表面上，所述第一电极和所述第二电极形成在所述第一绝缘玻璃层的上表面上，且所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开，所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分由所述第二绝缘玻璃层覆盖，所述第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。

进一步地：

所述第一绝缘玻璃层和/或所述第二绝缘玻璃层的厚度为20～40μm。

所述第二绝缘玻璃层的靠近所述第一电极和所述第二电极的前段部分的前端为弧形。

所述第二绝缘玻璃层的所述前端为向内凹的圆弧形。

所述第一电极和/或第二电极还作为测温电极，用于测量加热的温度。

所述陶瓷基板为氧化锆陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板，厚度为200～3000 μm。

所述连续的间隙为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙的宽度为30～500μm。

所述连续的间隙包括沿所述陶瓷基板的长度设置的多道方波形间隙，所述间隙的宽度为30～500μm。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，在陶瓷基板表面设有两层绝缘玻璃，颗粒物检测单元包括处于陶瓷基板的同一基准面上的第一电极和第二电极，这种单层电极结构能同时实现颗粒物浓度检测及将颗粒物从陶瓷芯片去除的功能。相比传统的颗粒物传感器芯片，本实用新型不仅能够准确快速地测量环境中的颗粒物浓度，而且由于单层电极结构均处于两层玻璃之间并受其保护，玻璃的导热系数低使得发热区域温度均匀，有利于更快地更高效地燃烧堆积的颗粒物，从而提高去除颗粒物的效率，提升颗粒物传感器的快速再生使用性能。同时，本实用新型的片式颗粒物传感器陶瓷芯片结构相对简单，制作起来容易，降低了颗粒物传感器陶瓷芯片的制作成本。

本实用新型优选实施例的方案还能获得进一步的优点，将在下文中具体描述。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的片式颗粒物传感器陶瓷芯片的立体分解结构图。

图2为本实用新型一种实施例的加热电极和测温电极的俯视图。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参阅图1和图2，在一种实施例中，一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，包括陶瓷基板10、电极层17、第一绝缘玻璃层18以及第二绝缘玻璃层15，所述第一绝缘玻璃层18形成在所述陶瓷基板10的上表面上，电极层17 形成在所述第一绝缘玻璃层18的上表面上，电极层17包括第一电极11、 12(图中标记11和12分别指在第一电极的两端)、第二电极13、14(图中标记13和14分别指在第二电极的两端)，且所述第一电极11、12和所述第二电极13、14之间由连续的间隙16分隔开，所述第一电极11、12 的前段部分和所述第二电极13、14的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极11、12的前段部分和所述第二电极13、14的前段部分处的所述间隙16上而改变所述第一电极11、12和所述第二电极13、 14之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极11、12的后段部分和所述第二电极13、14的后段部分由所述第二绝缘玻璃层15覆盖，所述第一电极11、12和/或第二电极13、14还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。

如图2所示，起初第一电极11、12和第二电极13、14之间的电阻无限大，在颗粒物传感器工作时，颗粒物逐渐堆积于矩形电极的间隙16，使得两电极之间的电阻降低。当颗粒物堆积到一定数量，达到设定的电流阈值，传感器的第一电极11、12或第二电极13、14开始工作加热，加热到一定温度燃烧颗粒物，除去颗粒物后，传感器芯片再生。通过第一电极11、12或第二电极13、14实时监测传感器芯片的温度。如此循环往复，实现对废气中颗粒物浓度的监测。

本实用新型的片式颗粒物传感器陶瓷芯片采用单层片式陶瓷基板10 叠加电极层和两层玻璃层的设计，结构简单，制作起来容易，作为颗粒物检测单元的第一电极11、12和第二电极13、14分布在同一层面，在用于测量测量环境中的颗粒物浓度的同时，还可以加热颗粒物传感器来去除传感器上堆积的颗粒物。由于电极处于两层玻璃之间，利用玻璃的导热系数低使得发热区域温度均匀，有利于更高效地燃烧堆积的颗粒物以去除颗粒物，从而提升了颗粒物传感器的快速再生使用性能。

在优选的实施例中，所述第一绝缘玻璃层18和/或所述第二绝缘玻璃层15的厚度为20～40μm。

在优选的实施例中，所述第二绝缘玻璃层15的靠近所述第一电极11、 12和所述第二电极13、14的前段部分的前端为弧形，尤其是向内凹的圆弧形。前端加热的热分布区域呈现近似的圆形，弧形设计更有利于吻合热分布，使得暴露的前端的整体热分布更好。作为替代，该前端也可以是矩形等。

在优选的实施例中，所述第一电极11、12和/或第二电极13、14还作为测温电极，用于测量加热的温度。优选实施例的结构设计能够同时满足加热功能、测温功能和快速地检测颗粒物及除去颗粒物的功能。通过测温功能的实现，使加热控制更加精准。

在优选的实施例中，所述陶瓷基板10为氧化锆陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板，所述陶瓷基板的厚度为200～3000μm。

在优选的实施例中，所述连续的间隙16为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙16的宽度为30～500μm。

在优选的实施例中，所述连续的间隙16包括沿所述陶瓷基板10的长度设置的多道方波形间隙，间隙宽度为30～500μm。

以下进一步描述本实用新型的具体实施例。

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，矩形陶瓷基板10的一面设有第一绝缘玻璃层18，第一绝缘玻璃层18的表面设有第一电极11、12和第二电极13、14，第一电极11、12和第二电极13、14被一条连续间隙16隔开，第一电极11、12和第二电极13、14的后段上面覆盖第二绝缘玻璃层15；第一电极11、12和第二电极13、14借助堆积于第一电极11、12和第二电极13、14之间的导电或半导电颗粒来相互连接，从而使得第一电极11、 12和第二电极13、14之间的电阻值发生变化。第一电极11、12和/或者第二电极13、14也作为加热电极，第一电极11、12和/或者第二电极13、14 还作为测温电极。这种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，结构简单，单层电极结构能同时实现颗粒物检测、加热去除以及测温功能。上述矩形基板为单层氧化锆陶瓷基板，所述氧化锆陶瓷基板厚度为200～3000μm。上述测温电极和加热电极所用的电极内浆可以是Pt浆、Au浆、Pd-Au浆、Pd-Ag 浆中的一种；采用丝网印刷方式将电极浆料印刷于第一绝缘玻璃层18一面，烧结温度800℃～1200℃。上述加热电极和测温电极分布在第一绝缘玻璃层 18的表面，被一条连续间隙16隔开，所述间隙16为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙16的宽度为30～500μm，通过丝网印刷或刻蚀工艺形成。上述第一电极11、12和第二电极13、14的后端上面覆盖第二绝缘玻璃层15，所述第二绝缘玻璃层15的前端呈弧形或矩形，其厚度为20～40μm，烧结温度400℃～1200℃、保温时间0.1～3.0小时。工作时，导电或半导电颗粒物堆积在上述的电极间隙16中，使得上述第一电极11、 12和第二电极13、14相互连接，使上述第一电极11、12和第二电极13、 14之间的电阻值值随颗粒物的数量呈降低趋势。

示例一

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，采用氧化锆陶瓷基板，陶瓷基板厚度为200μm。在陶瓷基板的一面丝网印刷第一绝缘玻璃层，厚度20μm，电极所用的电极内浆是Pt浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于第一绝缘玻璃层的一个整面，厚度为10μm，电极图案为规则矩形，电极间隙的宽度为30μm。在第一电极和第二电极的后端上面丝网印刷覆盖第二绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为20μm。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是5MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。

示例二

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，采用氧化锆陶瓷基板，陶瓷基板厚度为500μm。在陶瓷基板的一面丝网印刷第一绝缘玻璃层，厚度30μm。电极所用的电极内浆是Pt浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于第一绝缘玻璃层的一个整面，厚度为10μm。电极图案为规则矩形，电极间隙的宽度为50μm。在第一电极和第二电极的后端上面丝网印刷覆盖第二绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为30μm。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是10MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。

示例三

一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，采用氧化锆陶瓷基板，陶瓷基板厚度为900μm。在陶瓷基板的一面丝网印刷第一绝缘玻璃层，厚度40μm。测温电极和加热电极所用的电极内浆是Pd-Ag浆。采用丝网印刷方式将电极内浆料印刷于第一绝缘玻璃层的一面，厚度10μm，第一电极及第二电极图案为矩形，电极间隙的宽度为100μm。在第一电极和第二电极的后端上面丝网印刷覆盖第二绝缘玻璃层，其前端呈弧形，厚度为40μm。第一电极电阻值是3.57Ω，第二电极电阻值是3.61Ω，均可用来加热或测量温度。第一电极与第二电极之间电阻值是20MΩ，导电或半导电颗粒物堆积在其中，其电阻值随颗粒物的数量呈降低趋势。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，包括陶瓷基板、第一电极、第二电极、第一绝缘玻璃层以及第二绝缘玻璃层，所述第一绝缘玻璃层形成在所述陶瓷基板的上表面上，所述第一电极和所述第二电极形成在所述第一绝缘玻璃层的上表面上，且所述第一电极和所述第二电极之间由连续的间隙分隔开，所述第一电极和所述第二电极的前段部分向外暴露，使得测量时颗粒物能够落在所述第一电极和所述第二电极的前段部分处的所述间隙上而改变所述第一电极和所述第二电极之间的电阻值，靠近测量信号输出端的所述第一电极和所述第二电极的后段部分由所述第二绝缘玻璃层覆盖，所述第一电极和/或第二电极还作为加热电极，用来通过加热以去除颗粒物。

2.如权利要求1所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一绝缘玻璃层和/或所述第二绝缘玻璃层的厚度为20～40μm。

3.如权利要求1或2所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第二绝缘玻璃层的靠近所述第一电极和所述第二电极的前段部分的前端为弧形。

4.如权利要求3所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第二绝缘玻璃层的所述前端为向内凹的圆弧形。

5.如权利要求1或2所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极还作为测温电极，用于测量加热的温度。

6.如权利要求1或2所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述陶瓷基板为氧化锆陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板，厚度为200～3000μm。

7.如权利要求1或2所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述连续的间隙为规则或者不规则的蛇形、螺旋形或矩形，所述间隙的宽度为30～500μm。

8.如权利要求1或2所述的片式颗粒物传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述连续的间隙包括沿所述陶瓷基板的长度设置的多道方波形间隙，所述间隙的宽度为30～500μm。

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