氧传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧传感器，包括具有封装传感元的机械结构和电气连接结构，产生电信号的传感元，传感元包括层叠的多层结构层，层叠的多层结构层依次包括第一结构层、第二结构层和第三结构层；第一结构层为固体电解质基体层；第二结构层为附着在固体电解质基体层两侧的铂电极层，即内电极和外电极；第三结构层为附着外电极层表面的电极保护层。本发明专利技术提供一种氧传感器，其电极保护层至少包括二层保护层，其中与外电极直接接触的保护层不含有具有吸氧功能的材料，而在该保护层外，至少有一层含有吸氧功能材料的保护层，这样设置的传感器，可以改善氧传感器在lambda＝1位置进行空燃比控制的精度。

Oxygen sensor and its preparation

【技术实现步骤摘要】
氧传感器及其制备方法
本专利技术涉及氧传感器
，特别涉及一种氧传感器及其制备方法。
技术介绍
气体传感器，如氧传感器是发动机管理系统中的重要部件，其安装在内燃机的排气系统中，用于感知废气中氧气的浓度，实现对污染物的排放控制。随着国家排放法规的日益严苛，要求发动机控制系统能够尽快进入闭环控制状态，并且将空燃比精确的控制在lambda＝1的附近波动。在传感器的自身信号特征上，比较理想的状态是传感器在不同工况下，从浓到稀和从稀到浓进行信号切换时，具有相同或类似的响应速度，这样便于在不同工况下，都可以将空燃比精确的控制在lambda＝1的附件。氧传感器的电极活性与电极所能提供的三相界的多少正相关。当增加电极的用量后，由于可以提供更多的三相界，电极的活性也会极大的提高。对非加热型氧传感器，由于依靠废气加热传感元，使其处于能够工作的状态，当废气温度比较低时，传感器就不能给出有效信号。因而如何提高非加热型氧传感器的低温活性成为该类型氧传感器必须解决的问题。传统的做法是提高外电极的电极用量，这样外电极的活性会得到比较大的提高。在同样的废气温度条件下，在相同的加热时间内，具有较多外电极用量的氧传感器传感器，具有更快的电压上升速度。然而，如此设置的氧传感器带来了新的问题。当外电极的用量比较大时，传感器对浓稀信号的切换速度具有严重的不对等性，如何解决该问题，成为扩展其应用的关键技术。本专利技术公开了一种新型结构的氧传感器，其在具有较好的低温活性的基础上，同时浓到稀和稀到浓的切换速度类似。专利技术内容针对上述问题，本专利技术提供一种氧传感器及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种氧传感器，包括具有封装传感元的机械结构、电气连接结构和产生电信号的传感元，其特征在于，所述传感元包括层叠的多层结构层，所述层叠的多层结构层依次包括第一结构层、第二结构层和第三结构层。第一结构层为固体电解质基体层；第二结构层为附着在固体电解质基体层两侧的内电极和外电极，与空气接触的为内电极，与废气接触的为外电极；第三结构层为附着在外电极表面的电极保护层。本专利技术提供一种氧传感器，其电极保护层至少包括二层保护层，其中与外电极直接接触的保护层不含有具有吸氧功能的材料，而在该保护层外，至少有一层含有吸氧功能材料的保护层。这样设置的传感器，可以改善氧传感器在lambda＝1位置进行空燃比控制的精度。一种氧传感器的制备方法，包括以下步骤：1)在固体电解质基体层的两侧的局部区域上形成电极，与空气接触的为内电极，与废气接触的为外电极；2)通过涂敷法或提拉法在外电极外侧形成第一保护层。3)通过等离子喷涂工艺或则涂敷法或提拉法形成第二保护层。第二保护层含有具有吸氧功能的材料；4)采用壳体封装氧传感元，得到氧传感器。优选的是，所述的氧传感器的制备方法，其中，第一保护层通过涂敷法或提拉法制备，所用的保护层的制备方法具体包括以下步骤：1)浆料含有60％的固体氧化物，其中氧化锆占比40％，氧化铝占比60％。其余为16％为乙基纤维素，10％的松油醇，14％的酒精。浆料配制完成后在行星球磨机上球磨24个小时，以得到均质的悬浮液；2)通过涂敷法或提拉法制备，将保护层浆料均匀的涂敷在外电极外侧；3)在1400℃～1550℃下煅烧2～6h，形成第一保护层；优选的是，所述的氧传感器的制备方法，其中，所述具有吸氧功能的保护层的制备方法有两种。方法一采用了将具有吸氧功能材料的盐添加到浆料中，通过高温烧结，分解得到具有吸氧功能的金属氧化物，如氧化铈，氧化镧等。方法二采用了将具有吸氧功能的金属氧化物加入到浆料中，通过烧结形成具有吸氧功能的保护层的方法。下面具体介绍一下这两种方法的制备工艺。方法一，具体包括以下步骤：1)在第一保护层上等离子喷涂镁铝尖晶石得到第二保护层；2)制备含有吸氧功能材料的浆料A；3)将含有吸氧功能材料的浆料A通过提拉或毛刷涂抹，将浆料均匀涂敷在第二保护层上，形成第三保护层。4)在800℃～900℃下煅烧2～6h，形成第三保护层；其中，含有吸氧功能材料的浆料A的制备方法为：质量百分比，5wt％～30wt％硝酸铈、12wt％～37wt％的酒精、28wt％乙基纤维素和30wt的松油醇。方法二，具体包括以下步骤：1)制备具有吸氧功能的浆料B；2)将含有吸氧功能材料的浆料B通过提拉或毛刷涂抹，将浆料均匀涂敷在第一保护层上，形成第二保护层。3)在1000℃～1200℃下煅烧2～6h，形成第二保护层。其中，含有吸氧功能材料的浆料B的制备方法为：质量百分比，28wt％～33wt％氧化铝、4wt％～7wt％氧化钇、0～8wt％氧化铈、9wt％氧化硅、3wt％氧化钙、2wt％氧化镁、18wt％乙基纤维素、3wt％改性鱼油、16wt％的松油醇和9wt％酒精。浆料配制完成后在行星球磨机上球磨48个小时，以得到均质的悬浮液；有益效果：本专利技术提供一种氧传感器，其电极保护层至少包括二层保护层，其中与外电极直接接触的保护层不含有具有吸氧功能的材料，而在该保护层外，至少有一层含有吸氧功能材料的保护层，这样设置的传感器，可以改善氧传感器在lambda＝1位置进行空燃比控制的精度。附图说明图1为本专利技术中氧传感器的封装结构示意图；图2为传统氧传感器传感元的第一保护层4，第二保护层5的结构示意图；图3为本专利技术中采用方法一制备的氧传感器的第一保护层4，第二保护层5，第三保护层6的结构示意图；图4为本专利技术中采用方法二制备的氧传感器的第一保护层4，第二保护层7的结构示意图；图5为对比例1的开环测试电压波形图；图6为实施例6的开环测试电压波形图；图7为实施例7的开环测试电压波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1，本专利技术提供一种氧传感器，包括具有封装传感元的机械结构和电气连接结构，产生电信号的传感元。21为保护罩，22为六角座，23外密封圈，24保护套，25碟簧，26透气膜，27导线，28橡胶衬套，29橡胶环，30端子，31接触丝，32陶瓷衬套，33接触盘，34内密封圈，35传感元，保护套24被六点铆压与六角座22连接，并保持碟簧25处于压缩状态，这样可以确保内部的电气连接可靠，并能保证内密封圈34密封传感元35与六角座22之间的间隙。参照图2，传感元包括层叠的多层结构层，层叠的多层结构层依次包括第一结构层、第二结构层和第三结构层；第一结构层为固体电解质基体层1；第二结构层为附着在固体电解质基体层两侧的铂电极层，即内电极2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧传感器，包括具有封装传感元的机械结构和电气连接结构，产生电信号的传感元，其特征在于，所述氧传感器的传感元包括层叠的多层结构层，所述层叠的多层结构层依次包括第一结构层、第二结构层和第三结构层。/n第一结构层为固体电解质基体层；/n第二结构层为附着在固体电解质基体层两侧的铂电极层，即内电极和外电极，与空气接触的为内电极，与废气接触的为外电极；/n第三结构层为附着在外电极层表面的电极保护层，其保护层中含有吸氧功能的材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧传感器，包括具有封装传感元的机械结构和电气连接结构，产生电信号的传感元，其特征在于，所述氧传感器的传感元包括层叠的多层结构层，所述层叠的多层结构层依次包括第一结构层、第二结构层和第三结构层。
第一结构层为固体电解质基体层；
第二结构层为附着在固体电解质基体层两侧的铂电极层，即内电极和外电极，与空气接触的为内电极，与废气接触的为外电极；
第三结构层为附着在外电极层表面的电极保护层，其保护层中含有吸氧功能的材料。


2.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述电极保护层至少包括二层保护层，其中与外电极直接接触的保护层不含有具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉海，郭杰烽，陈珍强，
申请(专利权)人：苏州工业园区传世汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32