CN212207194U - 一种去应力弧形空气腔道氧传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种去应力弧形空气腔道氧传感器，包括信号层、加热层、内信号电极、外信号电极和加热电极，所述信号层与加热层从上至下设置，所述信号层内开设有空气腔道，所述空气腔道底面槽处为弧形空气腔道，所述信号层外部设置有外信号电极，所述信号层位于空气腔道处设置有内信号电极，所述外信号电极和内信号电极电连接。本实用新型能有效的降低氧传感器腔道直角处的应力，从而有效降低整支产品的应力，增加了氧传感器的使用寿命。

Description

一种去应力弧形空气腔道氧传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种去应力弧形空气腔道氧传感器。

背景技术

氧传感器需要在-40℃-930℃的恶劣高低温环境中工作，最短使用寿命需要达到十年之久，由于其内部应力的存在，长久的高低温变化会导致氧传感内部应力逐渐增大，最后氧传感器会出现破裂的失效模式。因此降低氧传感器内部应力是一个重要的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种去应力弧形空气腔道氧传感器，通过对现有设备进行技术改造，解决了现有氧传感器内部应力难以消除的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型具体采用如下技术方案：

一种去应力弧形空气腔道氧传感器，包括信号层、加热层、内信号电极、外信号电极和加热电极，所述信号层与加热层从上至下设置，所述信号层内开设有空气腔道，所述空气腔道底面槽处为弧形空气腔道，所述信号层外部设置有外信号电极，所述信号层位于空气腔道处设置有内信号电极，所述外信号电极和内信号电极电连接。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型针对内部直角空气腔道导致的应力提供了解决方案，由传统的直角形结构，改为圆弧形结构，能有效的降低氧传感器腔道直角处的应力，从而有效降低整支产品的应力，增加了氧传感器的使用寿命。同时产品有着结构简单、使用效果好、使用寿命长的优点。

附图说明

图1为本实用新型爆炸结构示意图；

图2为本实用新型剖面结构示意图；

图3为本实用新型弧形空气腔道示意图。

标号说明：信号层1，加热层2，内信号电极3、外信号电极4、加热电极5、空气腔道6、接触电极7、导通孔8、弧形空气腔道9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细说明本实用新型的具体内容。

如图1-3所示，本实施例提供了一种去应力弧形空气腔道氧传感器，包括：信号层1、加热层2、内信号电极3和外信号电极4，所述信号层1与加热层2从上至下设置，所述信号层1内开设有空气腔道6，所述空气腔道6底面槽处为弧形空气腔道9，所述信号层1外部设置有外信号电极4，所述信号层1位于空气腔道6处设置有内信号电极3，所述外信号电极4和内信号电极3电连接。

进一步地，所述信号层1为氧化锆基体，所述加热层2为氧化铝基体。所述氧化锆基体由钇稳定氧化锆材料通过球磨工艺制成，其配比由90-99wt.％YSZ(钇稳定氧化锆)，1-9wt.％纯氧化铝组成，氧化锆为一种高温下的固体电解质，气氧离子迁移作用；氧化铝纯度为99.999％，能够防止氧化锆材料中硅元素团聚，从而避免硅元素降低氧化锆导电性的作用，同时能够增强氧化锆基体的强度。氧化铝基体由纯度为99–99.99999wt.％的氧化铝材料通过球磨工艺制成，氧化铝为一种高温绝缘性极好的材料，能够很好的对加热器电极进行绝缘保护，同时你能够防止工作过程中施加在加热器电极上的电压流入氧化锆基体，使氧化锆发生金属化反应，其金属化反应式如下:

ZrO2+4e--→Zr+2O2-

金属化的反应，导致氧化锆中的一部分ZrO2被剥离氧离子生成金属后，体积会减少(约减少30％)。

在与周围二氧化锆发生体积差之后，氧化锆基体强度会降低(脆化)、很容易发生破损。

进一步地，所述加热层2内设置有加热电极5，所述加热电极5和设置在加热层外部的接触电极7电连接。所述接触电极7由纯度99–99.999wt.％的铂粉制成，起着连接外部引线输出信号的作用，所述加热电极5由纯度99–99.999wt.％的铂粉制成，在通电5–14V的条件下能够发热，使氧传感器达到500–800℃的工作温度。

进一步地，所述信号层1和加热层2开有导通孔8，所述导通孔8内填充有导电物质，所述外信号电极4和内信号电极通过所述导通孔8电连接，所述加热电极5和接触电极7也通过所述导通孔8电连接。所述导通孔8为直径为0.1-1.0mm大小的通孔，所述通孔内填充的导电物质起着连通电路的作用。

进一步地，所述导电物质为导电铂浆。

氧传感器的基本元件是氧化钇稳定的二氧化锆基体，是一种固体电解质，其内、外表面覆盖一层多孔的铂膜作为电极，即内信号电极3和外信号电极4。氧化铝基体经过外界供电发热，热量传递至氧化锆基体，使得其达到正常的工作温度，氧化锆基体信号层接触外部的氧气，氧气在外电极上获得电子发生电离，以氧离子的形式渗入固体电解质，并从内侧信号电极向外侧信号电极迁移，然后在外侧信号电极上给出电子，生成氧气。这一过程能迅速的达到电化学平衡，从而在内、外电极间产生电动势E，器输出电势E由能斯特(Nernst)方程决定：

E＝(RT/4F)Ln(Pair/Pexh)

式中，T为绝对温度(K)，R为通用气体常数，R＝8.314J/mol·K；F为法拉第常数，F＝96500C·mol，Pair为大气中的氧分压，Pexh为排气中的氧分压。

本实施例的制作工艺为：

本氧传感器采用流延成型、丝网印刷、高温烧结等工艺，多层陶瓷高温共烧(HTCC)技术，将氧化锆、信号电极和氧化铝、加热电极5分别通过高温共烧成氧传感器信号层1和加热层2。

其中，弧形空气腔道9使用圆弧切削的方式制得，并在其中填充挥发性物质，经过高温烧结后，挥发性物质燃烧殆尽，留下弧形空气腔道9。

通过控制流延膜片厚度及张数，控制氧化锆基体、氧化铝基体的厚度在0.5-1.0mm之间，确保氧传感器实现足够的机械强度，同时又能保证传感器加热功率在5-12W之间。

所述弧形空气腔道9使用圆弧切削的方式制得，并在其中填充挥发性物质，经过高温烧结后，挥发性物质燃烧殆尽，留下弧形空气腔道9。本实施例将空气腔道6由传统的直角形结构，改为圆弧形结构，能有效的降低氧传感器腔道直角处的应力，从而有效降低整支产品的应力，增加了氧传感器的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉。焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应作广义理解，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。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (5)

1.一种去应力弧形空气腔道氧传感器，其特征在于，包括：信号层、加热层、内信号电极和外信号电极，所述信号层与加热层从上至下设置，所述信号层内开设有空气腔道，所述空气腔道底面槽处为弧形空气腔道，所述信号层外部设置有外信号电极，所述信号层位于空气腔道处设置有内信号电极，所述外信号电极和内信号电极电连接。

2.根据权利要求1所述的一种去应力弧形空气腔道氧传感器，其特征在于，所述信号层为氧化锆基体，所述加热层为氧化铝基体。

3.根据权利要求1所述的一种去应力弧形空气腔道氧传感器，其特征在于，所述加热层内设置有加热电极，所述加热电极和设置在加热层外部的接触电极电连接。

4.根据权利要求3所述的一种去应力弧形空气腔道氧传感器，其特征在于，所述信号层和加热层开有导通孔，所述导通孔内填充有导电物质，所述外信号电极和内信号电极通过所述导通孔电连接，所述加热电极和接触电极也通过所述导通孔电连接。

5.根据权利要求4所述的一种去应力弧形空气腔道氧传感器，其特征在于，所述导电物质为导电铂浆。

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