变频型氧传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种可将敏感电池片和氧泵片组合在一起将氧浓度的测量变换成对时间ｔ测量的新型无孔变频型氧传感器。其包括敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉，其中：玻璃密封釉是具有通孔的筒体；玻璃密封釉一端的沿口连接有敏感电池片；玻璃密封釉另一端的沿口连接有氧泵片；敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉围成一个密闭的空气腔；敏感电池片的内表面均布有敏感电池片内电极；敏感电池片的外表面均布有敏感电池片外电极；氧泵片内表面均布有氧泵片内电极；氧泵片外表面均布有氧泵片外电极。由于其测量方法新颖并且工艺简单，很容易实现工业化大规模生产，具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量环境中氧气浓度的传感器，尤其涉及变频型氧传感器。
技术介绍
氧浓度的测量和控制在各种产业领域都有着重要的作用，人们利用YSZ固体电解质 具有良好的氧离子导电特性用来制作浓差电压型、界限电流型氧传感器。其中界限电流 型氧传感器由于具有测量精度高、无需参考气体的特点而得到广泛的应用。目前组成界 限电流型氧传感器的工作机理有小孔扩散型、多孔扩散型以及致密扩散障碍层型等。但 是这几种传感器也都存在着某些缺点和不足，如小孔型界限电流氧传感器长时间使用易 使小孔堵塞变形，多孔型界限电流氧传感器的孔隙率难于控制，传感器一致性较差，并 且长时间使用多孔的孔隙透气性也会发生变化，致密扩散障碍层型也存在着对温度过于 敏感的不足，这些均会造成传感器的测试精度大幅下降；并且上述传感器均建立在对电 信号的测量基础上实现对氧浓度的间接测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供提出一种可将敏感电池片 和氧泵片组合在一起将氧浓度的测量变换成对时间t测量的新型无孔变频型氧传感器。 该传感器具有宽范围检测、工艺简单和成本低廉的优点。本专利技术主要由敏感电池片、氧泵片、玻璃密封釉及电路四部分构成。其中敏感电池 片和氧泵片均为YA稳定的Zr02固体电解质陶瓷片，在其两面采用丝网印刷方式制备有 内外Pt电极及其引线。然后用高温玻璃密封釉沿敏感电池、氧泵的陶瓷片的周边密封 成微小的密闭空气腔。通过稳恒电流源给氧泵片施加大小恒定、方向交变的电流，实现 敏感电池片内外浓差电压在E,至E2范围的交替变化，通过时间测量仪测得敏感电池片内 外浓差电压在E,至E2范围变化的时间t，实现对被测气体氧分压PJ勺测量。本专利技术所采用的技术方案为变频型氧传感器，包括敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉，其中玻璃密封釉是具有通孔的筒体；玻璃密封釉一端的沿口连接有敏感电池片；玻璃密封釉另一端的沿口连接有氧泵片；敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉围成一个密 闭的空气腔；敏感电池片的内表面均布有敏感电池片内电极；敏感电池片的外表面均布 有敏感电池片外电极；氧泵片内表面均布有氧泵片内电极；氧泵片外表面均布有氧泵片 外电极。为优化本技术方案所采取的技术措施还包括敏感电池片内电极和氧泵片内电极经 导线并联，还相连接有时间测量仪一端，时间测量仪另一端连接敏感电池片外电极；时 间测量仪一端还连接有稳恒电流源；稳恒电流源的另 一端连接氧泵片外电极。敏感电池片内电极还相连接有时间测量仪一端，时间测量仪另一端连接敏感电池片 外电极；氧泵片内电极还连接有稳恒电流源；氧泵片外连接有电极稳恒电流源的另一端。敏感电池片是Y20:,稳定的Zr02固体电解质陶瓷片；敏感电池片的YA摩尔含量为7 %至10%;敏感电池片的厚度为0.2隱至l咖。敏感电池片外电极材料为金属Pt,并且烧结温度为85(TC至1250°C。氧泵片是103稳定的Zr02固体电解质陶瓷片；氧泵片的YA摩尔含量为7%至10%; 氧泵片的厚度为0. 2mm至lmm。氧泵片内电极材料为金属Pt，并且烧结温度为85(TC至1250°C。玻璃密封釉的处理温度为75(TC至IOOO"C。本专利技术电流型氧传感器具有高温40(TC至70(TC下工作信号稳定、可检测氧气浓度范围为O. 1%至99%的优点。另外，由于其测量方法新颖并且工艺简单，很容易实现工业化大规模生产，具有广泛的适用性。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构图2是本专利技术实施例1、 2氧分压-电压-电流周期变化图； 图3是本专利技术实施例1、 2时间t与被测氧分压的关系曲线； 图4是本专利技术实施例2的结构图。 具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一歩详细描述。图标号说明敏感电池片l、氧泵片2、空气腔3、玻璃密封釉4、稳恒电流源5、 时间测量仪6、敏感电池片外电极7、敏感电池片内电极8、氧泵片内电极9、氧泵片外 电极IO、电极引线ll。图1是本专利技术实施例1的结构图；图2是本专利技术实施例1、 2氧分压-电压-电流周 期变化图；图3是本专利技术实施例1、 2时间t与被测氧分压的关系曲线；图4是本专利技术 实施例2的结构图。实施例l:变频型氧传感器，包括敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉，其中玻璃 密封釉是具有通孔的筒体；玻璃密封釉一端的沿口连接有敏感电池片；玻璃密封釉另一 端的沿口连接有氧泵片；敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉围成一个密闭的空气腔；敏 感电池片的内表面均布有敏感电池片内电极；敏感电池片的外表面均布有敏感电池片外 电极；氧泵片内表面均布有氧泵片内电极；氧泵片外表面均布有氧泵片外电极。敏感电池片内电极和氧泵片内电极经导线并联，还相连接有时间测量仪一端，时间 测量仪另一端连接敏感电池片外电极；时间测量仪一端还连接有稳恒电流源；稳恒电流 源的另一端连接氧泵片外电极。敏感电池片是YA稳定的Zr02固体电解质陶瓷片；敏感电池片的YA摩尔含量为7 %至10%;敏感电池片的厚度为0. 2mm至lmm。敏感电池片外电极材料为金属Pt，并且烧结温度为85(TC至1250°C。氧泵片是Y203稳定的Zr02固体电解质陶瓷片；氧泵片的Y203摩尔含量为7 %至10%; 氧泵片的厚度为0. 2mm至lmm。氧泵片内电极材料为金属Pt，并且烧结温度为85(TC至1250°C。玻璃密封釉的处理温度为75(TC至IOO(TC。实施例2:变频型氧传感器，包括敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉，其中玻璃 密封釉是具有通孔的筒体；玻璃密封釉一端的沿口连接有敏感电池片；玻璃密封釉另一 端的沿口连接有氧泵片；敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉围成一个密闭的空气腔；敏 感电池片的内表面均布有敏感电池片内电极；敏感电池片的外表面均布有敏感电池片外 电极；氧泵片内表面均布有氧泵片内电极；氧泵片外表面均布有氧泵片外电极。敏感电池片内电极还相连接有时间测量仪一端，时间测量仪另一端连接敏感电池片 外电极；氧泵片内电极还连接有稳恒电流源；稳恒电流源的另一端连接氧泵片外电极。敏感电池片是YA稳定的Zr02固体电解质陶瓷片；敏感电池片的YA摩尔含量为7 %至10%;敏感电池片的厚度为0. 2咖至lmm。敏感电池片外电极材料为金属Pt，并且烧结温度为85(TC至1250°C。氧泵片是103稳定的ZlU固体电解质陶瓷片；氧泵片的￥20.,摩尔含量为7%至10%;氧泵片的厚度为0. 2mm至l腿。氧泵片内电极材料为金属Pt，并且烧结温度为850'C至1250°C。 玻璃密封釉的处理温度为75(TC至IOO(TC。其具体的测氧原理为保持传感器工作温度T，先通过稳恒电流源5对氧泵片2施加恒定的由氧泵片外电极10流向氧泵片内电极9方向的泵氧电流I，促使在氧泵片内电极9测发生如下的电化学反应 02 + 4e——202—将空气腔3中的氧气变为氧离子，并在电场驱动下通过氧泵片2由氧泵片内电极9 侧向氧泵片外电极IO侧漂移，并在氧泵片外电极IO测发生如下的电化学反应202——02+4e—将氧离子还原成氧气，并释放到空气腔外部，将空气腔3内的氧逐歩泵出，减少空 气腔3内氧分压P"增大空气腔3内外氧浓度的差异。根据能斯特方程可使敏感电池片 外电极7、敏感电池片内电极8间的浓差电压E不断增大。当达到预定的电压&时，在 保持大小恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
变频型氧传感器，包括敏感电池片（１）、氧泵片（２）和玻璃密封釉（４），其特征是：所述的玻璃密封釉（４）是具有通孔的筒体；所述的玻璃密封釉（４）一端的沿口连接有所述的敏感电池片（１）；所述的玻璃密封釉（４）另一端的沿口连接有所述的氧泵片（２）；所述的敏感电池片（１）、氧泵片（２）和玻璃密封釉（４）围成一个密闭的空气腔（３）；所述的敏感电池片（１）的内表面均布有敏感电池片内电极（８）；所述的敏感电池片（１）的外表面均布有敏感电池片外电极（７）；所述的氧泵片（２）内表面均布有氧泵片内电极（９）；所述的氧泵片（２）外表面均布有氧泵片外电极（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：简家文，汪益，张卫强，徐铁峰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]