JPS6124929Y2 - - Google Patents

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JPS6124929Y2
JPS6124929Y2 JP12830779U JP12830779U JPS6124929Y2 JP S6124929 Y2 JPS6124929 Y2 JP S6124929Y2 JP 12830779 U JP12830779 U JP 12830779U JP 12830779 U JP12830779 U JP 12830779U JP S6124929 Y2 JPS6124929 Y2 JP S6124929Y2
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heater
layer
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sensor
platinum electrode
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はヒータ付膜構造濃度検出器に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a membrane structure concentration detector with a heater.

従来のヒータ付膜構造濃度検出器として、例え
ば酸素濃度検出器としては第1図ないし第2図に
示すようなものがある(特開昭53−48594号公報
参照)。このヒータ付膜構造濃度検出器1はその
金属製ホルダ2のフランジ部3より先端、すなわ
ち第1図のA−A面より左側の部分が、内燃機関
の排気管や吸気管などの被測定箇所に挿入され酸
素濃度を検出するものである。上記フランジ部3
の先端より突出し測定対象の気体が流入する孔4
を有するルーバ5内に、主要部であるヒータ付膜
構造濃度検出センサ素子部6が内蔵されている。
この濃度検出センサ素子部6はセンサ保持用アル
ミナ絶縁筒7を介してホルダ2に装着し、アース
用リード線8、センサ出力リード線9およびヒー
タ用リード線10が引き出されている。これらの
リード線8〜10は固定用アルミナ粉体絶縁体1
1、テフロン絶縁筒12を介してホルダ2内に内
装され後端のコネクタ部13に接続している。
As a conventional concentration detector with a membrane structure equipped with a heater, for example, an oxygen concentration detector as shown in FIGS. This heater-equipped membrane structure concentration detector 1 has a metal holder 2 whose tip from the flange 3, that is, the left side of the A-A plane in FIG. It is inserted into the sensor to detect oxygen concentration. Above flange part 3
A hole 4 protrudes from the tip of the hole 4 into which the gas to be measured flows.
A main part of the louver 5 having a heater-equipped film structure concentration detection sensor element part 6 is built-in.
This concentration detection sensor element section 6 is attached to the holder 2 via an alumina insulating tube 7 for holding the sensor, and a ground lead wire 8, a sensor output lead wire 9, and a heater lead wire 10 are drawn out. These lead wires 8 to 10 are covered with alumina powder insulator 1 for fixing.
1. It is installed inside the holder 2 via a Teflon insulating tube 12 and connected to a connector section 13 at the rear end.

ヒータ付膜構造濃度検出センサ素子部6は、第
2図の拡大詳細図で示すように、(ただし特開昭
54−164191号公報等参照)、比較的肉厚の一対の
アルミナ基板14,15間に挾設された白金線製
のヒータ16と、その上部アルミナ基板14上に
固着した薄膜積層状のセンサ部17とを有してい
る。センサ部17は絶縁性の良好な上部アルミナ
基板14上に内側白金電極18、固体電解質1
9、外側白金電極20を順次積み重ね、保護層2
1をこれらの表面にかぶせて構成している。ま
た、各リード線8〜10の耐久性の向上のため、
内側電極18と外側電極20のリード線8,9を
上部アルミナ基板14にあけた2つの孔22,2
3を貫通して両アルミナ基板14の間からヒータ
用リード線10といつしよに並列して引き出すよ
うに設けている。
As shown in the enlarged detailed view of FIG.
54-164191, etc.), a heater 16 made of platinum wire interposed between a pair of relatively thick alumina substrates 14 and 15, and a thin film laminated sensor section fixed on the upper alumina substrate 14. 17. The sensor part 17 has an inner platinum electrode 18 and a solid electrolyte 1 on an upper alumina substrate 14 with good insulation.
9. Stack the outer platinum electrodes 20 one after another, and form the protective layer 2.
1 is placed over these surfaces. In addition, in order to improve the durability of each lead wire 8 to 10,
Two holes 22, 2 are formed in the upper alumina substrate 14 for the lead wires 8, 9 of the inner electrode 18 and outer electrode 20.
3 and drawn out from between both alumina substrates 14 in parallel with the heater lead wires 10.

このような構成において、内側、外側電極18
と20との間に、リード線8,9を介して通電す
ることにより、その電流方向に応じて固体電界質
19を挾んで両電極間で酸素イオンが移動し、そ
の境界面に発生した酸素分圧が、保護層21を透
過する被検出ガス中の酸素の侵入もしくは、内部
発生酸素の被検出ガス中への拡散により一定値に
保持される。したがつてこの一定の基準酸素分圧
と、被検出ガス中に含まれる酸素分圧との差に応
じて、固体電界質19に発生する起電力に基づい
て、被検出ガス中の酸素濃度を測定することがで
きる。そしてヒータ16によるセンサ部17の加
熱作用で固体電界質19が活性化させられるた
め、比較的温度が低い内燃機関の始動直後から正
確な酸素濃度測定が行える。
In such a configuration, the inner and outer electrodes 18
By applying current between the electrodes 8 and 20 through the lead wires 8 and 9, oxygen ions move between the two electrodes sandwiching the solid electrolyte 19 depending on the direction of the current, and the oxygen generated at the interface The partial pressure is maintained at a constant value by the intrusion of oxygen in the gas to be detected that passes through the protective layer 21 or by the diffusion of internally generated oxygen into the gas to be detected. Therefore, the oxygen concentration in the detected gas is determined based on the electromotive force generated in the solid electrolyte 19 according to the difference between this constant reference oxygen partial pressure and the oxygen partial pressure contained in the detected gas. can be measured. Since the solid electrolyte 19 is activated by the heating action of the sensor section 17 by the heater 16, accurate oxygen concentration measurement can be performed immediately after starting the internal combustion engine at a relatively low temperature.

しかしながら、このような従来のヒータ付膜構
造濃度検出器にあつては、ヒータ16が比較的肉
厚の上部アルミナ基板14と下部アルミナ基板1
5の間に挾まれている構造となつていたため、ヒ
ータ層16とセンサ部17間の距離が大きく、そ
のためヒータ層16の熱がセンサ部17へ有効に
伝達されず、両アルミナ基板14,15を通じて
センサ支持部7に熱が逃げる割合が多く、また上
部アルミナ基板14の熱容量のためセンサ部17
の温度の応答性が遅くなり、更にはリード線用の
貫通孔22,23を通じて被検出ガスがセンサ支
持部7へ逃げるという問題点があつた。
However, in such a conventional membrane structure concentration detector with a heater, the heater 16 is connected to the relatively thick upper alumina substrate 14 and the lower alumina substrate 1.
5, the distance between the heater layer 16 and the sensor section 17 is large, and therefore the heat of the heater layer 16 is not effectively transferred to the sensor section 17, and both alumina substrates 14, 15 There is a large proportion of heat escaping to the sensor support part 7 through the sensor part 17 due to the heat capacity of the upper alumina substrate 14.
There was a problem in that the temperature response of the sensor was slow, and the gas to be detected escaped to the sensor support part 7 through the through holes 22 and 23 for the lead wires.

この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、基板上に下からヒータ層、絶
縁膜、内側白金電極層、固体電解質層、外側白金
電極層を積層状に積み重ね、各リード線を基板と
固定部材ではさんで固定して濃度検出センサ素子
部を構成することにより、上記問題点を解決する
ことを目的としている。
This idea was created by focusing on these conventional problems, and consists of stacking a heater layer, an insulating film, an inner platinum electrode layer, a solid electrolyte layer, and an outer platinum electrode layer on a substrate from below in a laminated manner. The present invention aims to solve the above-mentioned problems by constructing a concentration detection sensor element section by sandwiching and fixing each lead wire between a substrate and a fixing member.

以下、この考案を図面に基づいて説明する。 This invention will be explained below based on the drawings.

第3図より第6図は、この考案の一実施例を示
す図である。
FIGS. 3 to 6 are diagrams showing an embodiment of this invention.

まず構成を説明すると、このヒータ付膜構造濃
度検出センサ6は、絶縁性の良好なアルミナ基板
31の上に印刷または蒸着などにより積層状に形
成したヒータ層16、薄膜状絶縁層32、内側白
金電極18、固体電解質19、外側白金電極2
0、保護層21を有し、かつヒータ層16と両極
18,20に接続したリード線8〜10をアルミ
ナ基板31の端部上面との間ではさみ込み固定す
る固定部材としての小型上部基板33を有してい
る。
First, to explain the structure, this heater-equipped film structure concentration detection sensor 6 includes a heater layer 16 formed in a laminated manner by printing or vapor deposition on an alumina substrate 31 with good insulation, a thin film insulating layer 32, an inner platinum Electrode 18, solid electrolyte 19, outer platinum electrode 2
0. A small upper substrate 33 having a protective layer 21 and serving as a fixing member for sandwiching and fixing the lead wires 8 to 10 connected to the heater layer 16 and the poles 18 and 20 between the upper surface of the end portion of the alumina substrate 31. have.

製造工程に従つて更に説明すると、アルミナ基
板31上にヒータ部16を印刷し(第6図a)、
その上にリード線連結部34を残して薄膜状の絶
縁層32を形成する(第6図b)。絶縁層32は
アルミナやムライトまたはスピネルなどの絶縁材
のプラズマ溶射により、あるいはそれら絶縁物ペ
ーストの印刷や焼付により形成される。またプラ
ズマ溶射をする際には図面右端のリード線連結部
34上に適当なマスキングを被せて図面破線で示
す範囲にのみ溶射を行う。
To further explain the manufacturing process, the heater section 16 is printed on the alumina substrate 31 (FIG. 6a),
A thin film-like insulating layer 32 is formed thereon, leaving the lead wire connecting portion 34 (FIG. 6b). The insulating layer 32 is formed by plasma spraying an insulating material such as alumina, mullite, or spinel, or by printing or baking a paste of such an insulating material. Further, when performing plasma spraying, a suitable masking is placed over the lead wire connecting portion 34 at the right end of the drawing, and the spraying is carried out only in the area indicated by the broken line in the drawing.

次にこの絶縁層32上の第6図cの破線で示す
範囲に内側白金電極18を印刷または蒸着する。
この際、電極18の一部18aをリード線連結部
34の外端まで引き出す。この内側白金電極18
上を覆うようにして固体電解質19を印刷又は蒸
着する(第6図d)。更に固体電解質19の上の
第6図eの破線で示す範囲に外側白金電極20を
印刷または蒸着する。この際、その電極20の一
部20aをリード線連結部34の外端まで引き出
し、ヒータ16の引き出し部のひとつ16aと重
ね合せる。
Next, the inner platinum electrode 18 is printed or deposited on the insulating layer 32 in the area indicated by the broken line in FIG. 6c.
At this time, a portion 18a of the electrode 18 is pulled out to the outer end of the lead wire connecting portion 34. This inner platinum electrode 18
A solid electrolyte 19 is printed or deposited to cover the top (FIG. 6d). Further, an outer platinum electrode 20 is printed or deposited on the solid electrolyte 19 in the area indicated by the broken line in FIG. 6e. At this time, a part 20a of the electrode 20 is pulled out to the outer end of the lead wire connecting part 34 and overlapped with one of the drawn parts 16a of the heater 16.

次に、第6図fに示すように、リード線連結部
34において、ヒータ引き出し部のひとつ16a
と重ねた外側白金電極20の引き出し部20aに
センサおよびヒータのアース用リード線8を、内
側白金電極18の引き出し部18aにセンサ出力
リード線9を、またヒータ引き出し部の他のひと
つ16bにヒータ用リード線10を重ねて溶着、
接着あるいは圧着により連結する。この際各リー
ド線8〜9が互に略等間隔に並列するように配置
する。また、これらのリード線8〜10を確実に
固定するため、アルミナ基板31のリード線連結
部34上に小型の上部絶縁基板33を固着し、リ
ード線8〜10をアルミナ基板31と上部基板3
3との間に挾み込む(第6図g)。なお、上部基
板33の下面にはリード線8〜10を介装するた
めの溝35が形成されている。
Next, as shown in FIG.
Connect the sensor and heater grounding lead wire 8 to the lead-out part 20a of the outer platinum electrode 20 overlapped with the outer platinum electrode 20, the sensor output lead wire 9 to the lead-out part 18a of the inner platinum electrode 18, and the heater lead wire 9 to the other heater lead-out part 16b. Weld the lead wires 10 for
Connect by gluing or crimping. At this time, the lead wires 8 to 9 are arranged in parallel to each other at approximately equal intervals. In addition, in order to securely fix these lead wires 8 to 10, a small upper insulating substrate 33 is fixed on the lead wire connecting portion 34 of the alumina substrate 31, and the lead wires 8 to 10 are connected to the alumina substrate 31 and the upper substrate 3.
3 (Figure 6g). Note that grooves 35 for inserting the lead wires 8 to 10 are formed in the lower surface of the upper substrate 33.

最後に印刷、溶射、蒸着により形成される保護
層21を上側全表面にわたつて被覆する(第6図
h)。
Finally, a protective layer 21 formed by printing, thermal spraying, or vapor deposition is applied over the entire upper surface (FIG. 6h).

次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.

ヒータ用リード線18に通電すると、ヒータ1
6が発熱するが、ヒータ16と内側白金電極18
の間の絶縁層32を薄膜状にして厚さをきわめて
薄くしたため、ヒータ16の温度とセンサ部17
の温度差が少なくなり、ヒータ16の熱が他の箇
所に逃げずに有効に利用できる。その結果、セン
サ部17の温度が速やかに上昇して、被検ガス濃
度の測定可能となる所定温度に達するまでの時間
が短縮され、応答性の良い濃度検出ができる効果
が得られる。また薄膜状の絶縁層32にしたた
め、従来の比較的肉厚の上部アルミナ基板に比較
し製作コストを低減化し、軽量化することができ
る。また固定部材としての小型上部基板33を用
いてリード線8〜10を挾設するようにしている
ため、従来のようなアルミナ基板を通じて被検ガ
スがセンサ支持部へ逃げるという不都合も防止で
きる。
When the heater lead wire 18 is energized, the heater 1
6 generates heat, but the heater 16 and the inner platinum electrode 18
Since the insulating layer 32 in between is made into a thin film and has an extremely thin thickness, the temperature of the heater 16 and the sensor part 17 are
The temperature difference between the heaters 16 and 16 is reduced, and the heat from the heater 16 can be effectively used without escaping to other locations. As a result, the time required for the temperature of the sensor section 17 to rise quickly and reach a predetermined temperature at which the concentration of the gas to be detected can be measured is shortened, resulting in the effect that concentration detection with good responsiveness can be achieved. Furthermore, since the insulating layer 32 is formed into a thin film, the manufacturing cost can be reduced and the weight can be reduced compared to the conventional relatively thick upper alumina substrate. Further, since the lead wires 8 to 10 are interposed using the small upper substrate 33 as a fixing member, it is possible to prevent the inconvenience of the gas to be detected escaping to the sensor support portion through the alumina substrate as in the conventional case.

更に基板上にヒータ層や電極層を積層して検出
器を構成しても、固定部材でリード線を挾持固定
するので、リード線の脱落や断線を生じることが
なく、耐久性の向上がはかれる。
Furthermore, even if a detector is constructed by laminating heater layers and electrode layers on the substrate, the lead wires are clamped and fixed by the fixing member, so the lead wires do not fall off or break, improving durability. .

なお、この考案は酸素濃度の検出以外のヒータ
付膜構造濃度検出器にも適用できるものである。
Note that this invention can also be applied to a membrane structure concentration detector with a heater for purposes other than oxygen concentration detection.

以上説明してきたように、この考案によれば、
その構成を基板上に設けたヒータ層とセンサ部の
間の絶縁層を薄膜状にしてかつリード線を別体の
固定部材で固定させることとしたため、ヒータの
発熱量を有効に利用できるとともに、濃度検出を
応答性良く行うことができるという効果が得られ
る。
As explained above, according to this idea,
The structure is such that the insulating layer between the heater layer provided on the substrate and the sensor section is made into a thin film, and the lead wires are fixed with a separate fixing member, so that the amount of heat generated by the heater can be used effectively. The effect is that concentration detection can be performed with good responsiveness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来装置の一部切欠き正面図、第2図
は第1図の要部であるヒータ付膜構造濃度検出セ
ンサ素子部の拡大詳細斜視図、第3図はこの考案
の実施例の斜視図、第4図は第3図のB−B線に
沿う断面図、第5図は第4図のC−C線に沿う断
面図、第6図aより第6図hは第3図のセンサ素
子部の各製作工程状態を示す平面図である。 1……ヒータ付膜構造濃度検出器、6……ヒー
タ付膜構造濃度検出センサ素子部、8……アース
用リード線、9……センサ出力リード線、10…
…ヒータ用リード線、16……ヒータ、17……
センサ部、18……内側白金電極、19……固体
電解質、20……外側白金電極、21……保護
層、31……アルミナ基板、32……薄膜状絶縁
層、33……上部基板、34……リード線連結
部。
Fig. 1 is a partially cutaway front view of the conventional device, Fig. 2 is an enlarged detailed perspective view of the main part of Fig. 1, the membrane structure concentration detection sensor element with heater, and Fig. 3 is an embodiment of this invention. FIG. 4 is a sectional view taken along line B-B in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view taken along line C-C in FIG. 4, and FIGS. FIG. 3 is a plan view showing various manufacturing process states of the sensor element section shown in the figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Membrane structure concentration detector with heater, 6...Membrane structure concentration detection sensor element part with heater, 8...Grounding lead wire, 9...Sensor output lead wire, 10...
...Heater lead wire, 16...Heater, 17...
Sensor part, 18... Inner platinum electrode, 19... Solid electrolyte, 20... Outer platinum electrode, 21... Protective layer, 31... Alumina substrate, 32... Thin film insulating layer, 33... Upper substrate, 34 ...Lead wire connection section.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 基板上に設けたヒータ層上に薄膜状の絶縁層を
設け、その絶縁層上に内側白金電極層、固体電解
質層、外側白金電極層を順次積層構成すると共
に、上記ヒータ層と電極層のリード線を上記基板
との間に挾持固定する固定部材を設けたことを特
徴とするヒータ付膜構造濃度検出器。
A thin insulating layer is provided on the heater layer provided on the substrate, and an inner platinum electrode layer, a solid electrolyte layer, and an outer platinum electrode layer are sequentially laminated on the insulating layer, and the leads of the heater layer and electrode layer are formed. A membrane structure concentration detector with a heater, characterized in that a fixing member is provided to clamp and fix the wire between the wire and the substrate.
JP12830779U 1979-09-17 1979-09-17 Expired JPS6124929Y2 (en)

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