多層片式結構氧傳感器的製造方法
2023-07-27 15:49:26 1
多層片式結構氧傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了多層片式結構氧傳感器，包括氧化鋯敏感層、參比氣通道層、加熱層，所述氧化鋯敏感層上表面設置有外電極，下表面設置有內電極，其特徵在於，在氧化鋯敏感層和參比氣通道層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第一多孔過渡層，在參比氣通道層和加熱層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第二多孔過渡層，多層片式結構氧傳感器依次排列為：氧化鋯敏感層、第一多孔過渡層、參比氣通道層、第二多孔過渡層和加熱層。多孔過渡層可以調節不同結構層因為熱膨脹而導致的層間應力，防止層與層之間開裂，保證了氧傳感器的使用壽命，同時保證不同結構層之間的穩定性能，提高氧傳感器的性能。
【專利說明】多層片式結構氧傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氧傳感器，尤其涉及多層片式結構氧傳感器。
【背景技術】
[0002]汽車氧傳感器是汽車電控燃油噴射系統(EFI)中關鍵傳感部件，是一種固體電解質氧傳感器，氧傳感器具有一種特性，在理論空燃比A/F (14.7:1)附近它輸出的電壓有突變，多安裝在汽車排氣管中用於測量汽車排放尾氣中的氧含量，將其轉化為電信號，然後反饋給控制電元，控制單元根據其信號對引擎的空燃比A/F進行調節，當實際空燃比變高，在排氣中氧氣的濃度增加而氧傳感器把混合氣稀的狀態(小電動勢:0伏)通知控制電元；當空燃比比理論空燃比低時，在排氣中氧氣的濃度降低，氧傳感器把混合氣稀的狀態(大電動勢:1伏)通知控制電元。其輸出信號穩定可靠，抗幹擾性強，使汽車動力性能和燃油消耗達到最佳配比，從而達到減少尾氣排放和節約油耗的目的。
[0003]氧傳感器只有在高溫時(端部達到300° C以上)其特性才能充分體現，才能輸出電壓。它在約800° C時，對混合氣的變化反應最快，而在低溫時這種特性會發生很大變化。第一代是加熱型管式氧傳感器，其響應時間長，測量精度低，第二代是加熱型片式結構氧傳感器，其響應時間短且測量精度高。現有設計的片式結構氧傳感器包括保護層、氧化鋯敏感層、參比氣通道層、加熱層，此種結構可以看出各層是直接相連的，由於氧傳感器不同結構層間的熱膨脹係數不同，傳感器在使用過程中，由於經常不斷的升溫與降溫，傳感器難以承受如此的熱疲勞，而在使用過程中出現開裂等失效現象，而且不同結構層間的力學性能匹配將直接導致氧傳感器的性能，各層的穩定性能低。
【發明內容】
[0004]為了克服現有片式結構氧傳感器在使用過程中出現開裂等失效現象，本發明提供一種多層片式結構氧傳感器，通過增加多孔過渡層，調節不同結構層間的熱膨脹，防止疊層之間開裂，保證傳感器的使用壽命，進一步的，提高氧傳感器不同結構層間的力學性能匹配，增加各層的穩定性能，從而提高傳感器的性能。
[0005]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現:
多層片式結構氧傳感器，包括氧化鋯敏感層、參比氣通道層、加熱層，所述氧化鋯敏感層上表面設置有外電極，下表面設置有內電極，其特徵在於，在氧化鋯敏感層和參比氣通道層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第一多孔過渡層，在參比氣通道層和加熱層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第二多孔過渡層，多層片式結構氧傳感器依次排列為:氧化鋯敏感層、第一多孔過渡層、參比氣通道層、第二多孔過渡層和加熱層。
[0006]在氧化鋯敏感層和參比氣通道層之間、參比氣通道層和加熱層之間均設置了多孔過渡層，多孔過渡層可以調節不同結構層因為熱膨脹而導致的層間應力，進而防止層與層之間開裂，保證了氧傳感器的使用壽命，同時保證不同結構層之間的穩定性能，提高氧傳感器整體結構的性能。
[0007]進一步的，所述多孔過渡層依次包括用於緊密粘合不同結構層、調節不同結構層熱膨脹係數、增加不同結構層穩定性能的穩定層，氧化鋯陶瓷層。優選在穩定層上還設置有提高不同結構層間力學性能匹配的氧化鋁層。三層結構的多孔過渡層互相協調，保證了氧傳感器的穩定性能、力學匹配性能等。
[0008]氧傳感器只有在高溫時(端部達到300° C以上)其特性才能充分體現，才能輸出電壓。所以在加熱層上設置有加熱電極，只要加上電源後IOS即可達到高溫，響應時間快。
[0009]本發明的有益效果是:在氧化鋯敏感層和參比氣通道層之間、參比氣通道層和加熱層之間均設置了多孔過渡層，調節不同結構層間的熱膨脹，防止疊層之間開裂，保證傳感器的使用壽命，三層結構的多孔過渡層，可提高氧傳感器不同結構層間的力學性能匹配，增加各層的穩定性能，從而提高傳感器的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明多層片式結構氧傳感器拆分的結構圖；
圖2是本發明多層片式結構氧傳感器組合後的結構示意圖；
圖3是本發明三層結構的多孔過渡層；
附圖的標記含義如下:
1:保護層；2:氧化鋯敏感層；21:外電極；3:第一多孔過渡層；4:參比氣通道層；41:參比氣通道；5:第二多孔過渡層；6:加熱層；61:加熱電極；7:氧化鋯陶瓷層；8:穩定層；9:氧化招層。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和具體的實施例對本發明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0012]如圖1所示，多層片式結構氧傳感器，自上至下依次包括保護層1、氧化鋯敏感層
2、第一多孔過渡層3、參比氣通道層4、第二多孔過渡層5、加熱層6，其中保護層I可以用來保護整個氧傳感器，可增加氧傳感器的使用壽命，圖2是組合後的結構示意圖，氧化鋯敏感層上表面設置有外電極21，下表面設置有內電極(圖中未顯示)，在氧化鋯敏感層2和參比氣通道層4之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第一多孔過渡層3，在參比氣通道層4和加熱層6之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第二多孔過渡層5，可以調節不同結構層因為熱膨脹而導致的層間應力，進而防止層與層之間開裂，保證了氧傳感器的使用壽命，同時保證不同結構層之間的穩定性能，提高氧傳感器整體結構的性能。參比氣通道層4設置有容納參比氣體的參比氣通道41，待測的氣體，比如汽車的廢氣在氧傳感器的外側，由於氧化鋯敏感層2上下面的氣體氧含量不同，所以會在氧化鋯敏感層2上下側形成電動勢，通過外電極21和內電極就可以測得電動勢數值，進而計算得出待測的氣體的氧含量。
[0013]多孔過渡層可以是兩層結構，即依次包括穩定層8和氧化鋯陶瓷層7，穩定層用於緊密粘合不同結構層、調節不同結構層熱膨脹係數、增加不同結構層的穩定性能。優選多孔過渡層是三層結構，即在穩定層8上還設置有提高不同結構層間力學性能匹配的氧化鋁層9。其中穩定層8可以是氧化釔層或氧化鎂層或氧化鈣層，三層結構的多孔過渡層互相協調，保證了氧傳感器的穩定性能、力學匹配性能等。優選第一多孔過渡層3和第二多孔過渡層5的厚度為10-25微米之間，保證整體結構的輕巧。氧傳感器只有在高溫時(端部達到300° C以上)其特性才能充分體現，才能輸出電壓。所以在加熱層6上設置有加熱電極61，只要加上電源後IOS即可達到高溫，響應時間快。
[0014]以上僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.多層片式結構氧傳感器，包括氧化鋯敏感層、參比氣通道層、加熱層，所述氧化鋯敏感層上表面設置有外電極，下表面設置有內電極，其特徵在於，在氧化鋯敏感層和參比氣通道層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第一多孔過渡層，在參比氣通道層和加熱層之間設置有調節不同結構層熱膨脹係數、防止層與層之間開裂的第二多孔過渡層，多層片式結構氧傳感器依次排列為:氧化鋯敏感層、第一多孔過渡層、參比氣通道層、第二多孔過渡層和加熱層。
2.根據權利要求1所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述多孔過渡層依次包括用於緊密粘合不同結構層、調節不同結構層熱膨脹係數、增加不同結構層穩定性能的穩定層，氧化鋯陶瓷層。
3.根據權利要求2所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述多孔過渡層在穩定層上還設置有提高不同結構層間力學性能匹配的氧化鋁層。
4.根據權利要求2所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述穩定層是氧化釔層。
5.根據權利要求2所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述穩定層是氧化鎂層。
6.根據權利要求2所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述穩定層是氧化鈣層。
7.根據權利要求1所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述氧化鋯敏感層外側還設置有保護層。
8.根據權利要求7所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述加熱層上設置有加熱電極。
9.根據權利要求8所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述參比氣通道層設置有容納參比氣體的參比氣通道。
10.根據權利要求1-9任意一項所述的多層片式結構氧傳感器，其特徵在於，所述第一多孔過渡層和第二多孔過渡層的厚度為10-25微米。
【文檔編號】G01N27/409GK103454329SQ201310394474
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】朱捷, 肖建中 申請人:朱捷, 肖建中