[發明專利]一種小孔擴散障極限電流型氧傳感器及其制造方法

無效

• 申請號: 201210290854.9
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102798655A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 陳康;簡家文;顧媛媛;江浩
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 寧波市天晟知識產權代理有限公司 33219
• 代理人: 張文忠;任漢平

技術領域

本發明涉及一種氧傳感器，特別是采用中溫固體氧離子導體材料制作的一種極限電流型氧傳感器，具體地說是一種小孔擴散障極限電流型氧傳感器及其制造方法。

背景技術

氧傳感器按原理可以分為濃差電勢型和極限電流型，而極限電流型氧傳感器又可以分為孔隙擴散障型和致密擴散型。極限電流型氧傳感器以其測量精度高、范圍廣、響應時間快以及不需要參比氣體等優點在冶金、食品和制氧工藝等領域得到越來越廣泛的應用。目前，極限電流型氧傳感器的固體電解質絕多數是YSZ材料，由于這種材料只有在溫度大于800℃時才具有較高的氧離子電導率，這就導致傳感器的工作溫度必須大于800℃，高溫工作帶來了一系列的問題，比如在三相界面處產生有害物質、電極材料難以匹配以及能量消耗大等。為了解決這些問題，就迫切需要降低傳感器的工作溫度，而途徑之一是尋找一種在中溫范圍內就具有較高氧離子電導率的材料替代YSZ作為氧傳感器的固體電解質。

目前，現有技術中已經發現的中溫固體氧離子導體材料主要有δ-Bi₂O₃、CeO₂和La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ三種材料。但是由于δ-Bi₂O₃材料的結構不穩定，會隨著溫度的變化而變化；CeO₂在還原性氣氛中Ce⁴⁺容易被還原成Ce³⁺而產生電子導電現象，使得這兩種材料在應用時受到了很大的限制。而La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ的電導率在同等條件下比YSZ材料優越很多，而且在很寬的氧分壓范圍內以及還原性氣氛中具有很好的性能穩定性，因此這種材料被認為是最有可能取代YSZ作為中溫固體氧離子導體材料的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供在溫度為600℃～700℃范圍內即出現良好的極限電流平臺，且性能穩定、機械強度好的一種小孔擴散障極限電流型氧傳感器及其制造方法。該傳感器制造工藝簡單、使用方便，具有測量精度高，響應時間短和使用壽命長的特點。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種小孔擴散障極限電流型氧傳感器，包括小孔擴散障層和氧泵層，小孔擴散障層和氧泵層均為La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ材料采用流延法制備的陶瓷薄片，小孔擴散障層疊置在氧泵層的上表面，并且小孔擴散障層和氧泵層的疊置間密封式壓裝有帶有負電極引線的負電極層，該小孔擴散障層的中心縱向貫通制有用于連通外部環境和負電極層上表面的擴散小孔，氧泵層下表面設置有帶有正電極引線的正電極層，正電極引線和負電極引線分別用于連接電源的正負極，小孔擴散障層和氧泵層采用高溫燒結成一體。

為優化上述技術方案，采取的措施還包括：

上述的擴散小孔的孔徑為29um至31um。

上述的正電極層和負電極層以及正電極引線和負電極引線均為鉑材料制作而成。

上述的小孔擴散障層和氧泵層均為長度為4.7mm至4.9mm，厚度為0.34mm至0.36mm正方體結構的陶瓷薄片。

上述的正電極層和負電極層的厚度均為19um至21um。

上述的La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ材料中其中x和y的取值范圍分別為0.1≤x≤0.2和0.1≤y≤0.2。

本發明還提供了一種小孔擴散障極限電流型氧傳感器的制造方法，該方法包括以下步驟：

A、采用常規燒結方法利用流延成型技術將La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ流延片裁切成兩片長度均為6.5mm的正方形小片；

B、將上述的兩片正方形小片中的一片利用細鋼針在其中心穿孔，制得含有擴散小孔的小孔擴散障層坯件；

C、將上述余下的另一片正方形小片利用絲網印刷技術在其上表面印刷上負電極層，并同時引出負電極引線制得氧泵層坯件；