[發明專利]一種分離式加熱的寬域型氧傳感器

在審

• 申請號: 202011220116.8
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112285186A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 趙毅;李冉;王會
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: G01N27/41
• 分類號: G01N27/41;G01N27/409;G01N27/406;G01N27/407
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 耿英

本發明公開了一種分離式加熱的寬域型氧傳感器，包括傳感器片芯；在氧傳感器片芯一端的外部環繞有加熱器；所述加熱器與傳感器片芯之間的相對位置不變且非接觸；傳感器片芯包括分別設置在層疊的不同氧化鋯基板上的能斯特電池、泵電池、檢測腔。本發明采用泵電池、密閉檢測腔、能斯特電池組合，密閉腔室使得腔內氧氣無法逸出或擴散，能斯特電壓檢測精度更高，域值寬。外置加熱器設計，減小制造工藝的難度，杜絕漏電流的產生，提高測量精度，受熱均勻，各處一致性高，減小熱應力的產生，增強可靠性。無需加工擴散障，工藝簡單；無要擴散障材料，材料種類少，共燒匹配好，良品率高。結構簡單，疊層數少，減輕重量，增強抗振動能力，增強整體可靠性。

技術領域

本發明涉及一種分離式加熱的高精度寬域型傳感器。

背景技術

寬域型氧傳感器在汽車行業的應用已經非常廣泛，是汽車發動機燃油反饋控制系統的重要部件，在空燃比控制中有著非常重要的作用。現有代表性的寬域型氧傳感器有兩種，一種是BOSCH公司的LSU4.2/LSU4.9型氧傳感器，由加熱器、泵電池、能斯特電池以及擴散障、參比氣道組成；另一種是DENSO公司的極限電流型氧傳感器，由加熱器、泵電池、擴散障和參比氣道組成。這兩種寬域型的氧傳感器都采用了與待測氣體直接接觸的開放式擴散障限流設計和參比氣道設計，利用極限電流的大小與待測氣體的濃度成一定比例關系測量待測氣體氧氣濃度。

但是這兩種寬域型氧傳感器具有以下缺點：

1.它們需要參比氣體或參比電信號。在實際應用中參比氣體或電流易被污染或干擾，導致測量誤差較大，準確度不夠高；

2.他們都集成了一個加熱器在氧化鋯基板中，雖然進行了絕緣處理，但是仍然存在小量漏電流，對輸出的氧傳感器信號進行干擾，導致工藝復雜，成品率低，且影響測氧精度。

3.由于氧化鋯導熱系數低，且加熱器處于單側，導致各處溫度存在一定差異，同樣對測氧精度形成影響，同時對可靠性造成影響。

相關專利： CN103822952A ，一種寬域型氧傳感器及其制造方法，介紹了一種寬域型氧傳感器的設計及其制造方法。其依次由多孔陶瓷保護層、泵電池上電極、泵電極介質層、泵電池參考電極、參考電池介質層、參考電池電極層、參考氣室層、梯度連接層、上基板層、加熱電路層和下基板層依次相疊構成；梯度連接層復合材料過度技術，有效地解決了異質材料間的結合問題；泵電池介質層上有一擴散孔及上下相對應的環形電極；參考電池介質層上有一擴散小腔，擴散小腔采用多孔陶瓷填料支撐技術，確保了腔體的形成和信號的靈敏度；各層采用流延成型和絲網印刷相結合方式，依次定位、疊壓和切割，制成傳感器胚體，燒結制成致密的氧傳感器。

該專利中傳感器結構采用了傳統的寬域型氧傳感器所用的極限電流型擴散孔與多孔擴散小腔的設計。這種開放式(與環境氣體直接接觸)的擴散障限流設計使得極限電流的大小和一致性受制因素較多，例如孔徑尺寸、擴散小腔尺寸、擴散孔與擴散小腔之間的對位精準度等。所有這些因素的一致性及質量，都將導致極限電流的大小變化，使得一致性較差，誤差大。而傳感器的控制系統是根據極限電流的大小來標定待測氣體的氧氣濃度，那么極限電流的一致性差導致標定出的氧氣濃度結果誤差大，精度不高。除此之外， 擴散小腔用的多孔陶瓷填料與氧化鋯基板陶瓷的燒結收縮一致性難以控制，導致擴散小腔與陶瓷間裂紋多，失效率較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種分離式加熱的高精度寬域型傳感器，杜絕了漏電流的產生，提高了測量精度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種分離式加熱的高精度寬域型傳感器，包括傳感器片芯；在氧傳感器片芯一端的外部環繞有加熱器；所述加熱器與傳感器片芯之間的相對位置不變且非接觸；

傳感器片芯包括分別設置在層疊的不同氧化鋯基板上的能斯特電池、泵電池、檢測腔；

所述檢測腔為密閉腔體；