[發明專利]錐形雙電池寬域氧傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201410077755.1
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103837589B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 馮江濤;楊世養;黨桂彬
• 申請（專利權）人: 常州聯德電子有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N27/41;G01N27/409
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙)32233
• 代理人: 姜佩娟

技術領域

本發明涉及氧傳感器技術領域，尤其是一種錐形雙電池寬域氧傳感器及其制作方法。

背景技術

隨著汽車尾氣排放法規和發動機控制技術的日益提高，傳統的濃差型氧傳感器在測量精度和測量范圍上都無法滿足發動機控制系統的要求，因此基于極限電流原理的雙電池型寬域氧傳感器應運而生。目前已有的雙電池型寬域氧傳感器都是片式結構的。專利201010616977.8公開了一種管式雙電池型寬域氧傳感器及其制作方法。它包括內氧化鋯管、外氧化鋯管、加熱棒和閉環控制器，內氧化鋯管的外表面和外氧化鋯管的內表面相互吻合，內氧化鋯管和外氧化鋯管疊加后在其頂端留有擴散腔，內氧化鋯管的內表面設有參比氣體通道，參比氣體通道設置鉑電極形成參比電極，內氧化鋯管的外表面設置測量電極，且與外氧化鋯管的內表面相切形成泵電池管的內電極，外氧化鋯管的外表面設置泵電池管外電極，外氧化鋯管的頂部開有小孔，并設有填充擴散層的擴散障礙孔，外氧化鋯管的外層設置多孔外電極保護層。

該專利公開的這種直筒狀雙電池寬域氧傳感器由兩個氧化鋯管體疊加而成，雖然在結構上比片式雙電池寬域氧傳感器簡單，且抗熱振性能有明顯提高，但雙直筒管體疊加限制了其尺寸無法進一步縮小；而且要做到雙管體尺寸高度吻合，工藝難度比較高，制造成品率難控制；除此之外，該專利公開的這種直筒狀雙電池寬域氧傳感器感應功能區集中在頂部半球處，而加熱棒的發熱區集中在頂部半球下方，造成加熱棒發熱溫度無法完全有效作用到感應部位，熱效率損失大，如圖1所示。

另外，美國專利US4712419公開了一種空燃比傳感器，其與上文所述的管式傳感器外形相似，為直筒管式，此外其加熱器外置，不但熱效率損失大，而且傳感器整體難以封裝。

發明內容

為了克服現有傳感器傳熱效率的不足，本發明提供了一種錐形雙電池寬域氧傳感器及其制作方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種錐形雙電池寬域氧傳感器，包括氧化鋯管和加熱棒，所述氧化鋯管和加熱棒均為錐形，所述錐形氧化鋯管內表面設置參比空氣電極，所述錐形氧化鋯管外表面依次設置測量電極、混合腔和擴散層；由錐形氧化鋯管內外表面設置的參比空氣電極和測量電極一起形成濃差電池單元；在此基礎上，設置致密氧化鋯涂層將內部封閉起來，并留出擴散孔；所述致密氧化鋯涂層外表面設置泵電池外電極，與包裹在致密氧化鋯涂層內的測量電極一起形成泵電池單元；所述致密氧化鋯涂層外表面設置多孔外電極保護層。本方案將基管和加熱棒均改進為錐形，可有效提高傳感器整體的加熱效率

根據本發明的另一個實施例，進一步包括帶濃差電池單元、泵電池單元、混合腔、擴散層、擴散孔和多孔外電極保護層組成功能感應區，錐形加熱棒頭部為發熱區，功能感應區布置于發熱區徑向方向上，兩者高度重合，形成更好的配合。本方案改進了感應功能區與在加熱區周圍的位置，使兩者的布置更為恰當，可以進一步提高加熱效率。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述錐形氧化鋯管，在不影響下端封裝尺寸和強度的前提下，管體內徑≤2.6mm。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述帶濃差電池單元、泵電池單元、混合腔、擴散層、擴散孔和多孔外電極保護層的錐形雙電池寬域氧傳感器功能感應區整體外徑縮小至4.2mm以內。感應區單元整體重新布置，使得結構更為緊湊，可以使得整體外徑進一步減小，實現體積的小化。

一種錐形雙電池寬域氧傳感器的制作方法，包括以下步驟：

（1）將納米a-?Al₂O₃按0.3-2%的質量比例跟5mol%氧化釔穩定微米氧化鋯粉末充分球磨，混合均勻烘干后添加5%～25%的粘結劑制備成注射成型所需喂料，通過注射成型方法制備成帶有臺階的錐形管體，經脫脂后形成氧化鋯素胚管體；

（2）將鉑電極漿料精確涂覆在錐形氧化鋯素胚管體內外兩側以形成參比空氣電極和測量電極，與氧化鋯管體構成濃差電池單元；?

（3）將石墨粉、PVB、松油醇和柔軟劑混合充分，制備出一種高溫燒結后可完全揮發的漿料，精確涂覆在測量電極上端，以便燒結后自動形成混合空腔；

（4）制備多孔氧化鋁或者氧化鋯漿料，用提拉法涂覆在混合空腔上部，以形成擴散層；

（5）待上述工序完成并烘干后，制備一種摻雜4~6mo%l氧化釔的氧化鋯漿料，使其固含量與制備錐型氧化鋯管體漿料的固含量一致或者接近，并將涂覆有各種功能漿料層的錐形氧化鋯素胚浸泡在該漿料中并均勻提拉，得到厚度均勻且完全封閉的致密氧化鋯薄壁涂層，在此過程中，管體頂部留出直徑0.5~2mm的擴散孔；