氮氧傳感器制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)涉及氧傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種氮氧傳感器。它包括一個帶有臺階的U型感應(yīng)主體和內(nèi)部單獨設(shè)置的棒狀加熱器。感應(yīng)主體部分主要由內(nèi)部帶有臺階的U型氧化鋯管和外部氧化鋯薄層組成，兩層氧化鋯管體之間設(shè)置了第一測量腔、第二測量腔和參比空氣腔；第一測量腔經(jīng)過第一擴散障礙層與外界測量氣氛相通，第二測量腔經(jīng)過第二擴散障礙層與第一測量腔內(nèi)的氣氛相通，參比空氣腔與外界完全隔絕形成獨立腔體，內(nèi)設(shè)參比空氣電極。本實用新型專利技術(shù)提供的氮氧傳感器可以同時檢測尾氣中的空燃比和氮氧化物含量，其結(jié)構(gòu)簡單，工作狀態(tài)下溫度分布均勻，而且測量精度高、穩(wěn)定性好，具有很強抗熱振性能，使用壽命長。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及氧傳感器
，尤其是一種氮氧傳感器，適用于汽車尾氣、冶金行業(yè)氮氧化物氣體的測量等。
技術(shù)介紹
隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣排放物(HC、CO、NOx和PM等)對大氣的污染越來越嚴(yán)重。其中氮氧化物(NOx)的排放尤為嚴(yán)重，它導(dǎo)致的光化學(xué)煙霧和酸雨已經(jīng)給人類造成了巨大的危害。它甚至可以破壞臭氧層、引起溫室效應(yīng)。目前氮氧化物的排放已經(jīng)引起了全世界的普遍關(guān)注，并制定了越來越嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。而歐5和歐6的實現(xiàn)需要對氮氧化物的排放進行實時在線檢測，而氮氧傳感器就是該在線檢測系統(tǒng)的核心部件之一。目前已報道的氮氧傳感器都是片式結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)一般是通過流延成型技術(shù)獲得氧化鋯基片，通過切割和打孔加工成所需的形狀，再通過絲網(wǎng)印刷和層壓共燒技術(shù)將氧化鋯基體和加熱電路、金屬鉬電極、多孔擴散障礙層和氧化鋁絕緣層集成一體，從而形成第一測量腔、第二測量腔和參比空氣通道，并包含加熱器，擴散障礙層。通過第一測量腔上層氧化鋯基片兩側(cè)設(shè)置的內(nèi)外電極形成第一泵氧單元，通過第二測量腔下層氧化鋯基片兩側(cè)設(shè)置的內(nèi)外電極形成第二泵氧單元，通過第一測量腔下層氧化鋯基片兩側(cè)設(shè)置的檢測電極和參比空氣電極形成氧濃度檢測單元。參比空氣電極和第二泵氧單元外電極都設(shè)置在參比空氣通道中，與外界新鮮空氣充分接觸。底部兩層氧化鋯基片中間集成了加熱器，并由氧化鋁絕緣層將加熱回路跟氧化鋯基片絕緣開來。第一測量腔經(jīng)過第一擴散障礙層與外界被檢測氣體相通，第二測量腔經(jīng)過第二擴散障礙層與第一測量腔內(nèi)的氣氛相通。在工作時，通過外部閉環(huán)控制器在第一泵氧單元內(nèi)外電極端施加泵電壓產(chǎn)生一定的泵電流(后稱第一泵電流)，使得第一測量腔內(nèi)的氧氛被抽出，并經(jīng)過氧濃度檢測單元的測量，將第一測量腔內(nèi)的氧濃度控制到一個恒定的低水平。與此同時，在第二泵氧單元內(nèi)外電極端施加一個恒定的泵電壓將第二測量腔內(nèi)的氧氛抽出，形成第二泵氧單元泵電流(后稱第二泵電流)，通過這個泵電流就可以得到被檢測氣體中的氮氧化物濃度。該氮氧傳感器為了獲得較高的測量精度，工作時需要將傳感和測量部位的溫度一直維持在850° C左右；與此同時為了獲得更快的啟動時間以滿足高排放法規(guī)的要求，其集成的加熱電路必須具有足夠高的加熱功率。這樣以來，由于片式結(jié)構(gòu)本身的不對稱和不規(guī)則引起自身抗熱振性能下降，會導(dǎo)致其穩(wěn)定性和使用壽命下降。此外，該片式氮氧傳感器需要6層以上氧化鋯基片集合而成，而其加熱器只能設(shè)置在底部，因此多層氧化鋯之間的溫度梯度很大，導(dǎo)致溫度控制難度增加并影響了測量精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而且其制造工藝的復(fù)雜度大幅提高，生產(chǎn)效率和成品率較難控制
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有的片式氮氧傳感器的不足，本技術(shù)提供了一種氮氧傳感器。本技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種氮氧傳感器，它包括內(nèi)部帶有臺階的U型氧化鋯管、外部氧化鋯薄層和加熱棒，所述內(nèi)部U型氧化鋯管和外部氧化鋯薄層之間設(shè)置了第一測量腔、第二測量腔和參比空氣腔，所述的第一測量腔經(jīng)過第一擴散障礙層與外界測量氣氛相通，第二測量腔經(jīng)過第二擴散障礙層與第一測量腔內(nèi)的氣氛相通，所述的參比空氣腔由隔離層封閉起來與外界氣氛隔離，內(nèi)設(shè)參比空氣電極。所述的第一測量腔的外層氧化鋯兩側(cè)設(shè)置泵氧電極，形成了第一泵氧單元，所述的第二測量腔的內(nèi)部U型氧化鋯管兩側(cè)設(shè)置泵氧電極，形成第二泵氧單元，所述的第一測量腔內(nèi)部電極與參比空氣腔內(nèi)的參比空氣電極之間形成氧濃度測量單元。所述的內(nèi)部U型氧化鋯管和外部氧化鋯薄層之間直接接觸部分由氧化鋁絕緣薄層隔離開來，以確保兩個泵氧單元信號無干擾。所述的U型氧化鋯管和加熱棒之間形成了參比空氣通道，以確保第二測量腔第二泵氧單元正電極接觸的氣氛穩(wěn)定。根據(jù)本技術(shù)的另外一個實施例，參比空氣電極也可以靈活地設(shè)置在U型氧化鋯管內(nèi)部，這樣一來就無需設(shè)置參比空氣腔。本技術(shù)的氮氧傳感器，在U型氧化鋯管的臺階上設(shè)置3個電極觸點以方便U型氧化鋯管外側(cè)電極4個電極的信號連接，具體如下:由于內(nèi)部U型氧化鋯管和外部氧化鋯薄層之間絕緣，其第一泵氧單元的負電極和第二泵氧單元的負電極可以共線連接到第一電極觸點上，第一泵氧單元正電極與第二電極觸點連接，參比空氣電極連接到第三電極觸點上。U型氧化鋯管內(nèi)側(cè)僅有一個第二泵氧單元正電極，可以通過敞口端設(shè)置單一觸點與信號線連接。4個電極觸點分別與4根信號線相連，再加上加熱器控制回路需2根引線，就形成了帶有6根導(dǎo)線的管式氮氧傳感器。根據(jù)本技術(shù)的另外一個實施例，在U型氧化鋯管的臺階上設(shè)置3個電極觸點以方便U型氧化鋯管外側(cè)電極3個電極的信號連接，具體如下:第一泵氧單元的負電極連接到第一電極觸點上，第二泵氧單元的負電極連接到第二電極觸點上，第一泵氧單元正電極與第三電極觸點連接。由于第一泵氧單元的負電極和第二泵氧單元的負電極不用共線連接，內(nèi)部U型氧化鋯管和外部氧化鋯薄層之間無需采取絕緣措施，可以直接結(jié)合。U型氧化鋯管內(nèi)側(cè)有第二泵氧單元正電極和參比空氣電極，可以通過在敞口端分開設(shè)置2個電極觸點與信號線連接。5個電極觸點分別與5根信號線相連，再加上加熱器控制回路需2根引線，就形成了帶有7根導(dǎo)線的管式氮氧傳感器。本技術(shù)所列的傳感器結(jié)構(gòu)和制作方法不限于制作氮氧傳感器，也可以用來制作管式電流型氧傳感器、管式雙電池型寬域氧傳感器等以氧化鋯為主材料的管式傳感器件。本技術(shù)的有益效果是，用本技術(shù)制備出的氮氧傳感器結(jié)構(gòu)簡單、工藝難度?。欢腋袘?yīng)主體僅由兩層管式氧化鋯功能層構(gòu)件，且內(nèi)置加熱棒，使得整個感應(yīng)主體溫度均勻，有效地提高了測量精度；此外管式結(jié)構(gòu)大幅提高了成品的抗熱振性能，可延長產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品的使用穩(wěn)定性。以下結(jié)合附圖和實施例對本技術(shù)進一步說明。附圖說明圖1是本技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1A是圖1中感應(yīng)主體放大示意圖；圖2A是圖2中感應(yīng)主體放大示意圖；圖1B是圖1中U型氧化鋯管外側(cè)電極觸點設(shè)置示意圖；圖2B是圖2中U型氧化鋯管外側(cè)電極觸點設(shè)置示意圖；圖1C是圖1中U型氧化鋯管內(nèi)側(cè)電極觸點設(shè)置示意圖；圖2C是圖2中U型氧化鋯管內(nèi)側(cè)電極觸點設(shè)置示意圖。圖中1.內(nèi)部U型氧化鋯管，2.外部氧化鋯薄層，3.加熱棒，4.第一測量腔，5第二測量腔，6參比空氣腔，7第一擴散障礙層，8第二擴散障礙層，9隔離層，10第一泵氧單元負電極，11第一泵氧單元正電極，12第二泵氧單元負電極，13第二泵氧單元正電極，14參比空氣電極，15氧化鋁絕緣層，16參比空氣通道，17外側(cè)第一電極觸點，18外側(cè)第二電極觸點，19外側(cè)第三電極觸點，20內(nèi)側(cè)電極觸點，21內(nèi)側(cè)第二電極觸點。具體實施方式為了使本技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施俐，對本技術(shù)進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用于解釋本技術(shù)，并不用于限定本技術(shù)。`如圖1A所示，一種氮氧傳感器，它包括內(nèi)部帶有臺階的U型氧化鋯管1、外部氧化鋯薄層2和氧化鋁陶瓷加熱棒3，內(nèi)部U型氧化鋯管I和外部氧化鋯薄層2作為固體電解質(zhì)，其材料為摻雜Γ6Π101氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)，兩層之間設(shè)置了第一測量腔4、第二測量腔5和參比空氣腔6。第一測量腔4經(jīng)過第一擴散障礙層7與外界測量氣氛相通，第二測量腔5經(jīng)過第二擴散障礙層8與第一測本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種氮氧傳感器，其特征是，它包括內(nèi)部帶有臺階的U型氧化鋯管（1）、外部氧化鋯薄層（2）、加熱棒（3），所述內(nèi)部U型氧化鋯管（1）和外部氧化鋯薄層（2）之間設(shè)置了第一測量腔（4）、第二測量腔（5）和參比空氣腔（6），所述的第一測量腔（4）經(jīng)過第一擴散障礙層（7）與外界測量氣氛相通，第二測量腔（5）經(jīng)過第二擴散障礙層（8）與第一測量腔（4）內(nèi)的氣氛相通，所述的參比空氣腔（6）由隔離層（9）封閉起來與外界氣氛隔離，內(nèi)設(shè)參比空氣電極（14），所述的第一測量腔（4）的外部氧化鋯薄層（2）兩側(cè)分別設(shè)置第一泵氧單元負電極（10）和第二泵氧單元正電極（11），形成了第一泵氧單元，所述的第二測量腔（5）的內(nèi)部U型氧化鋯管（1）兩側(cè)分別設(shè)置第二泵氧單元負電極（12）和第二泵氧單元正電極（13），形成第二泵氧單元，所述的第一測量腔（4）內(nèi)部電極第一泵氧單元負電極（10）與參比空氣腔（6）內(nèi)的參比空氣電極（14）之間形成氧濃度測量單元，所述的內(nèi)部U型氧化鋯管（1）和外部氧化鋯薄層（2）之間直接接觸部分由氧化鋁絕緣薄層（15）隔離開來，所述的U型氧化鋯管（1）和加熱棒（3）之間形成了參比空氣通道（16）。

【技術(shù)特征摘要】
1.種氮氧傳感器，其特征是，它包括內(nèi)部帶有臺階的U型氧化鋯管(I)、外部氧化鋯薄層(2)、加熱棒(3)，所述內(nèi)部U型氧化鋯管(I)和外部氧化鋯薄層(2)之間設(shè)置了第一測量腔(4)、第二測量腔(5)和參比空氣腔(6)，所述的第一測量腔(4)經(jīng)過第一擴散障礙層(7)與外界測量氣氛相通，第二測量腔(5)經(jīng)過第二擴散障礙層(8)與第一測量腔(4)內(nèi)的氣氛相通，所述的參比空氣腔(6)由隔離層(9)封閉起來與外界氣氛隔離，內(nèi)設(shè)參比空氣電極(14)，所述的第一測量腔(4)的外部氧化鋯薄層(2)兩側(cè)分別設(shè)置第一泵氧單元負電極(10)和第二泵氧單元正電極(11)，形成了第一泵氧單元，所述的第二測量腔(5)的內(nèi)部U型氧化鋯管(I)兩側(cè)分別設(shè)置第二泵氧單元負電極(12 )和第二泵氧單元正電極(13 )，形成第二泵氧單元，所述的第一測量腔(4)內(nèi)部電極第一泵氧單元負電極(10)與參比空氣腔(6)內(nèi)的參比空氣電極(14)之間形成氧濃度測量單元，所述的內(nèi)部U型氧化鋯管(I)和外部氧化鋯薄層(2)之間直接接觸部分由氧化鋁絕緣薄層(15)隔離開來，所述的U型氧化鋯管(I)和加熱棒(3)之間形成了參比空氣通道(16)。2.據(jù)權(quán)利要求1所述的氮氧傳感器，其特征在于，參比空氣電極(14)也可以設(shè)置在U型氧化鋯管(I)內(nèi)部。3.據(jù)權(quán)利要求1所述的氮氧傳感器，其特征在于，在U型氧化鋯管的臺階上設(shè)置電極觸點，包括外側(cè)第一電極觸點(17)、外側(cè)第二電極觸點(18)和外側(cè)第三電極觸點(19)，以方便U型氧化鋯管(I)外側(cè)電極，包括第一泵氧單元負電極(10)、第一泵氧單元正電極(11)、第二泵氧單元負電極(12)和參比空氣電極(14)的信號連接，具體如下:由于內(nèi)部U型氧化鋯管(I)和外部氧化鋯薄層(2)之間絕緣，其第一泵氧單元的負電極(10...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮江濤，楊世養(yǎng)，黨桂彬，
申請(專利權(quán))人：常州聯(lián)德電子有限公司，
類型：實用新型
國別省市：