[發明專利]一種極限電流型氧傳感器及其制備方法

無效

• 申請號: 200910098896.0
• 申請日: 2009-05-19
• 公開（公告）號: CN101561414A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 沈杰;簡家文;王金霞;汪益
• 申請（專利權）人: 簡家文
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種用于氧濃度測量控制的氧傳感器，尤其是涉及一種極限電流型氧傳感器及其制備方法。

背景技術

氧濃度的測量控制在各種產業領域都有著重要的作用，尤其在食品、醫藥和制氧行業。現有的用于氧濃度測量控制的氧傳感器按其原理劃分有濃差電勢型和極限電流型，其中極限電流型氧傳感器以其測試精度高，響應速度快，使用壽命長以及使用過程中不需基準氣體等特點正得到廣泛應用?，F有的極限電流型氧傳感器主要是采用粉體干壓成型技術燒結氧化鋯電解質片，再依靠玻璃釉內封形成擴散室，因而存在尺寸小，電解質片定位困難和密封性不夠等問題，且內電極易被玻璃釉覆蓋而減弱泵氧能力；同時現有的制備方法工藝復雜，容易造成資源浪費。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種極限電流型氧傳感器及其制備方法，該傳感器具有更寬范圍檢測功能，且制備工藝簡單，能夠降低生產成本，節約資源。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種極限電流型氧傳感器，包括加熱器、敏感體和封裝層，所述的加熱器由加熱體和絕緣層構成，所述的敏感體包括設置在所述的絕緣層上部的氧化鋯基層、設置在所述的氧化鋯基層上部的小孔氧化鋯層、設置在所述的小孔氧化鋯層上表面的多孔正集電極和設置在所述的小孔氧化鋯層與所述的氧化鋯基層之間的多孔負集電極，所述的小孔氧化鋯層上設置有一個貫通所述的小孔氧化鋯層的擴散孔。

所述的擴散孔的孔徑范圍為50-200um。

所述的小孔氧化鋯層的厚度為0.1-0.35mm，所述的氧化鋯基層的厚度為0.2-0.4mm。

所述的加熱體的材料為具有正溫度電阻特性(PTC)的金屬材料。

所述的小孔氧化鋯層和所述的氧化鋯基層為具有5-10％摩爾釔含量的氧化鋯生瓷片。

上述的極限電流型氧傳感器的制備方法，包括以下步驟：

A采用公知的流延成型技術制成氧化鋯基層和小孔氧化鋯層；

B采用厚膜絲網印刷技術在所述的氧化鋯基層外表面上印制絕緣層；

C采用厚膜絲網印刷技術在所述的絕緣層上印刷加熱體構成加熱器；

D采用厚膜絲網印刷技術在所述的小孔氧化鋯層上表面印制多孔正集電極并設置一個貫通所述的小孔氧化鋯層的擴散孔；

E采用厚膜絲網印刷技術在所述的氧化鋯基層的上表面印制多孔負集電極；

F將所述的加熱器、所述的氧化鋯基層和所述的小孔氧化鋯層依層次準確堆疊在一起，形成整體結構后，在高溫爐中保溫一段時間后燒結成型，并在除多孔正集電極外的各層邊沿上涂上密封玻璃釉，形成封裝層。

所述的絕緣層是以氧化鋁為材料采用厚膜絲網印刷技術成型在所述的氧化鋯基層的下表面。

所述的加熱器、所述的氧化鋯基層和所述的小孔氧化鋯層依層次準確堆疊在一起后，在60℃溫度，25MP壓力下形成整體結構，在350℃-400℃排膠20-24個小時，再放入燒結爐中在1450℃-1550℃保持2-3個小時燒結成型。

所述的多孔正集電極和所述的多孔負集電極是由鉑漿料采用厚膜絲網印刷技術印制成型。

所述的擴散孔是將所述的小孔氧化鋯層烘干后，再用鋼針在小孔氧化鋯層中間穿孔得到。

與現有技術相比，本發明的優點在于在氧傳感器的小孔氧化鋯層和氧化鋯基層之間的多孔負集電極可以充當擴散室，不需要再另行設置擴散室；在制備過程中采用流延片成型技術多層疊壓共燒，將加熱器和敏感體通過疊壓高溫共燒形成一個整體，成為一個真正的直接加熱結構，且擴散孔的一致性好，因而具有性能穩定，結構簡單，體積小，快速響應等特點；本發明氧傳感器工作時外加0.6-1v的工作電壓V_W和2-5v的加熱電壓V_H，可檢測氧氣濃度范圍為0.1-75％，響應時間小于2秒，適用于較寬氧濃度的檢測；而一次性整體燒結，可以達到簡化工藝、降低生產成本及節約資源的目的；加熱體的材料選用具有正溫度電阻特性(PTC)的金屬材料，能起到加熱功率自動穩定的作用；小孔氧化鋯層和氧化鋯基層的材質為5-10％摩爾釔含量氧化鋯，兼顧了材料的強度和熱穩定性，同時也保證了材料的高溫離子導電性。

附圖說明

圖1是本發明氧傳感器的內部結構示意圖；

圖2是本發明氧傳感器加熱體分布的結構示意圖；

圖3是本發明氧傳感器的負集電極分布的結構示意圖；

圖4是本發明氧傳感器的工作原理圖；

圖5是本發明氧傳感器的電壓-電流特性圖；

圖6是本發明氧傳感器的氧濃度-飽和電流特性圖；