[實(shí)用新型]一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820091193.6
• 申請日: 2008-10-24
• 公開（公告）號: CN201269863Y
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林江
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱龍成智能儀表公司
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種光機(jī)電一體化測量裝置的結(jié)構(gòu)，具體為一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器。

背景技術(shù)

固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器是一種適宜鍋爐最佳燃燒控制和汽車空燃比氧量監(jiān)測的光機(jī)電一體化測量裝置，在節(jié)能、環(huán)保和生產(chǎn)過程自動化等領(lǐng)域起到較大作用，并且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。它是國內(nèi)、外研制、開發(fā)和生產(chǎn)的熱門產(chǎn)品。

圖1給出目前大多采用的鍋爐煙氣氧含量監(jiān)測的固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是其法蘭盤座53的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖1中氧化鋯氧傳感器大都采用盲孔式管狀結(jié)構(gòu)——試管形的氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)。把具有盲孔的氧化鋯陶瓷管(俗稱鋯管)51插在不銹鋼(或其它耐高溫、抗腐蝕的材料)法蘭盤座53的中心孔56內(nèi)，在法蘭盤座53與氧化鋯陶瓷管51的開孔端設(shè)置一凸臺52和錐口55，在法蘭盤座53的中心孔56側(cè)壁和氧化鋯陶瓷管51之間的間隙以耐高溫的粘合劑54(無機(jī)膠)粘合。然后，把氧化鋯陶瓷管51內(nèi)壁的電極以鉑絲57連接，并焊接在法蘭盤座53上，作為氧傳感器的一個(gè)信號輸出端，利用適宜方法(例如彈簧圈機(jī)械壓接)把氧化鋯陶瓷管51的外壁電極58引出，作為氧傳感器的另一個(gè)信號輸出端。

這種結(jié)構(gòu)的氧傳感器存在缺點(diǎn)是氧化鋯氧傳感器鋯管的局部應(yīng)力集中系數(shù)大，鋯管和法蘭盤底盤之間的熱應(yīng)力大，特別是環(huán)向應(yīng)力和剪切力，漏氣率高，鋯管易斷裂或出現(xiàn)裂紋，致使氧傳感器測量的準(zhǔn)確度不高，工作壽命低，具體分析如下：

1.由于鍋爐的被測煙氣溫度較高，通常為600～800℃，而法蘭盤座53采用的不銹鋼材料(例如SUS?304)的熱膨脹系數(shù)較大，通常為19×10^-6/℃，而氧化鋯陶瓷管51采用的氧化鋯陶瓷(例如添加氧化釔的全穩(wěn)定氧化鋯)的熱膨脹系數(shù)為(8.8～12)×10^-6/℃，而添加氧化釔的部分穩(wěn)定氧化鋯熱膨脹系數(shù)為8.5×10^-6/℃，顯然氧化鋯陶瓷與不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)相差很大。目前國內(nèi)外還沒有任何一種粘合劑能夠把它們粘合在一起而保證在高、低溫時(shí)都能密封，不漏氣。因此，傳感器的參考?xì)釧(環(huán)境空氣)就會漏進(jìn)來，使測量的煙氣B含氧量高于真實(shí)值，從而帶來較大誤差，嚴(yán)重地降低了氧傳感器測量的準(zhǔn)確度。

2.目前的法蘭盤座53和氧化鋯陶瓷管51的粘結(jié)結(jié)構(gòu)屬于環(huán)向粘結(jié)結(jié)構(gòu)。因?yàn)閮烧叩臒崤蛎浵禂?shù)差高達(dá)8×10^-6～11×10^-6/℃，所以當(dāng)工作在600～800℃時(shí)，會出現(xiàn)高達(dá)5×10^-3～9×10^-3的熱應(yīng)變或熱應(yīng)力，產(chǎn)生了所謂“環(huán)向應(yīng)力”，有可能使氧化鋯陶瓷管51出現(xiàn)裂紋。

此外，為了能夠便于在現(xiàn)場更換氧傳感器，通常采用彈簧圈機(jī)械壓接法引出另一個(gè)輸出電極。換言之，在距氧化鋯陶瓷管51的很近的固定安裝部分和暴露部分之間將產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力。因此，氧化鋯陶瓷管51經(jīng)多次的啟爐、停爐循環(huán)，將導(dǎo)致氧化鋯陶瓷管51斷裂或出現(xiàn)裂紋。這將嚴(yán)重地影響氧傳感器的工作壽命。

3.目前使用的高溫粘合劑大都是無機(jī)膠，可是因?yàn)闊o機(jī)膠固化后，絕大多數(shù)膠層都可能存在氣孔，多孔或微孔，所以很難完全保證鋯管與法蘭盤之間的氣密效果。換言之，被測煙氣和參考?xì)夂苋菀淄ㄟ^無機(jī)膠層相互滲透，顯然，這會大大地降低氧傳感器測量的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有氧化鋯氧傳感器鋯管漏氣率高，鋯管易斷裂或出現(xiàn)裂紋，致使氧傳感器測量的準(zhǔn)確度不高，工作壽命低問題，提供一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器。

本實(shí)用新型包括試管形氧化鋯敏感元件、法蘭盤座、無機(jī)膠，它還包括緊鎖圓環(huán)和緩沖材料，法蘭盤座具有的中心通孔由直通孔、錐臺形孔和螺紋孔組成，直通孔、錐臺形孔和螺紋孔由上至下貫通連接，法蘭盤座上下表面分別設(shè)置有圓形的上凹槽和下凹槽并與法蘭盤座同軸心，氧化鋯敏感元件開孔端具有錐臺形凸起邊緣，并設(shè)置在與其形狀相適應(yīng)的錐臺形孔中，氧化鋯敏感元件的外側(cè)壁用無機(jī)膠與直通孔內(nèi)壁粘接，緊鎖圓環(huán)設(shè)置在螺紋孔中，氧化鋯敏感元件與錐臺形孔之間的空隙及氧化鋯敏感元件與緊鎖圓環(huán)之間的空隙填充緩沖材料。

法蘭盤座和緊鎖圓環(huán)采用不銹鋼材質(zhì)。

緊鎖圓環(huán)的緊鎖環(huán)中心通孔的內(nèi)徑與氧化鋯敏感元件的內(nèi)徑相等或相近。

緩沖材料采用氧化鋁棉、氧化鋯棉和硅酸鋁纖維的其中一種或幾種。

螺紋孔內(nèi)徑大于錐臺形孔內(nèi)徑并同軸心。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：