[實用新型]一種氮氧化物傳感器芯片

有效

• 申請號: 201020584510.5
• 申請日: 2010-10-30
• 公開（公告）號: CN201852814U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 謝光遠;黃海琴;尹亮亮;王哲;倪銘
• 申請（專利權）人: 無錫隆盛科技有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 任益

技術領域

本實用新型涉及一種氮氧化物傳感器芯片，尤其涉及一種以釔穩定化二氧化鋯為電解質的平板式氮氧化物傳感器芯片，屬于汽車尾氣控制系統領域。

背景技術

隨著世界范圍內能源危機的目益加劇、排放法規的日益嚴格，內燃機的節油和排放問題越來越受到人們的關注。各個國家和地區都重新制定了新的汽車燃油經濟法規，對汽車尾氣中氮氧化物等的排放量的限制也越來越嚴格，氮氧化物傳感器一直是車用傳感器領域里的研究熱點，由于車用氮氧化物傳感器必須在發動機工作環境中工作，氮氧化物傳感器必須具有以下3項功能：

（1）由于發動機燃燒及其尾氣排放溫度較高，氮氧化物傳感器必須能夠在較高的溫度下工作；

（2）要求氮氧化物傳感器材料能夠經受-20℃—900℃的經常性的溫度突變的沖擊；

（3）對尾氣中的氮氧化物分壓變化能作出快速的響應和恢復，且重復性、穩定性要好。

圖1所示為原來的氮氧化物傳感器芯片的剖面圖，整個芯片由六層致密氧化鋯（ZrO₂）質的基片疊合而成，由上至下分別表示為如圖所示的ZrO₂-1，ZrO₂-2，ZrO₂-3，ZrO₂-4，ZrO₂-5，ZrO₂-6。芯片的工作原理為：待測尾氣由通路1A進入空腔2A中，在氧引排元件(由電極3A、電極4A和基片ZrO₂-1組成)的作用下，將空腔2A內的氧氣引排到腔外，氧敏元件(由電極5A、電極10A和基片ZrO₂-3組成)檢測出腔內的氧氣濃度反饋給氧引排元件，二者協調動作，直至使空腔2A內的氧氣濃度調節為一個定值?？涨?A內的氣體又經過通路6A進入空腔8A中，此時通過檢測元件（由電極7A、電極12A和ZrO₂-3組成）即可檢測出空腔8A中的氮氧化物的濃度?？涨?1A為標準氣體室，與空氣相連通。電極9A為加熱電極。其中電極7A為能使氮氧化物分解的活化電極，而電極4A和電極5A均為添加金的非活化電極。

此氮氧化物傳感器雖然可以實現測定氮氧化物濃度的功能，但是由于金的熔點為1064℃，而氧化鋯基片的燒結溫度高達1400—1600℃，這樣在燒結過程中金揮發會使活性電極受到污染。

專利號為JP09171015的發明內容為：為了防止燒結過程中非活化電極中金揮發污染活化電極，將主體部分和引排元件部分開制作，?各自燒結成型，然后再合二為?一。圖2所示為該發明的結構分解圖，圖中ZrO₂-1，ZrO₂-2，ZrO₂-3，ZrO₂-4，ZrO₂-5，ZrO₂-7表示的是編號為1,2,3,4,5,7的致密氧化鋯（ZrO₂）基片；Al₂O₃-6表示的是編號為6的致密氧化鋁（Al₂O₃）質的基片。

該氮氧化物傳感器由與空氣連通的標準氣體室7B、取樣氣體室5B、檢測元件（ZrO₂-4、電極6B和與6B相對的電極6′B）、引排元件1.1B及加熱元件(Al₂O₃-6和ZrO₂-7)構成。?所有的基體中除了Al₂O₃-6為致密氧化鋁質外，其余的材質均為致密氧化鋯質。待測尾氣由取樣氣體擴散電阻層3B擴散進入傳感器，引排元件1.1B將氣體中的氧氣排到傳感器外部。氣體再經過小孔4B進入取樣氣氣體室5B,電極6B與氣體取樣室內的氣體接觸，電極6′B與標準氣體室內的氣體接觸，將電極6B和電極6′B用導線連接通過測量流過電路的電流大小即可反映出尾氣中氮氧化物氣體的濃度。

該氮氧化物傳感器中電極6B為活化電極，而電極2′B為含金的非活化的電極。由于金的熔點為1064℃，而固體電解質氧化鋯的燒結溫度高達1400—1600℃，為了防止燒結過程中金的揮發對活化電極造成污染，先將引排部分1.1B和主體部分（除引排部分外的其他部分）單獨燒結，然后再用黏結劑1B將兩部分粘合成一體燒結成型。

這種方法的確可以避免非活化電極中的金對活化電極造成污染，但是制作工藝復雜，并且主體和引排部分燒結成一體的過程中，引線的連接十分困難。這種方法雖然理論上可行，但是不適合大規模生產。

發明內容