气体成分测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种气体检测器，通过如下步骤形成：把具有透气性的多孔固体电解质层３１、３２和电极保护膜１层叠在一起；层叠具有催化作用的多孔电极２１、２２、２３、２４、２５；层叠多孔电绝缘层４和致密固体电解质层５；并把作为温度控制器件６的加热器放置为接触或接近叠层体。在测量ＮＯｘ（氮氧化物）和ＨＣ（碳氢化合物）的多层排气成分中，可靠性和生产率得到提高，但不降低检测灵敏度。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量排气成分如燃烧过程中产生的氮氧化物和碳氢化合物的检测器，以及一种使用该检测器的检测技术。而且，本专利技术涉及在要求燃烧控制的工业领域如废物焚烧设备中的排气成分测量，更具体地涉及一种在高温气氛例如车辆中测量排气浓度并根据该测量结果控制燃烧状态的系统技术。排气成分检测器有许多种。此处排气成分不是指氮氧大气中的主要成分，而是包含在排气中的微量气体成分。排气成分检测器指测量排气的检测器。典型的检测器可大致分为半导体检测器和固体电解质检测器。半导体检测器利用导电载体浓度在测量气体被半导体元件(检测元件)化学吸收时发生变化的现象。所测量气体的浓度变化可通过转换半导体元件电阻的变化而测量到。用于焚烧炉脱氧脱硝工艺的氮氧化物(NOx)检测器已得到研究，其工作温度在200--400℃的中低温范围内。而另一方面，固体电解质检测器可在高于500--600℃的温度中稳定地工作。所以，因气体检测器能在高温排气气氛中使用，例如可用于车辆，固体电解质检测器就成了注意的焦点。把加入氧化钇而部分稳定的氧化锆(YSZ)用作固体电解质的氧气检测器，已经用作安装在车辆上的检测器，并提出类似地把YSZ用作主要成分的排气检测器。NOx检测器在日本专利特开平10-142194中有详细描述，而碳氢化合物(HC)检测器在日本专利特开平10-19843中有描述。这些排气成分检测器的检测部分的结构通过把固体电解质未加工片进行必要的成形；把成形未加工片与铂电极层叠在一起；然后烘烤此层叠结构而形成。由于检测器具有把包括测量室和气体通道结构的多层与电极层叠在一起的结构，此检测器可称为多层检测器。另一方面，关于多层排气成分检测器，使用具有透气性的多孔固体电解质层的实例在日本专利特开平7-260741中有描述。在此排气成分检测器中去除测量室和气体通道，检测器通过使用一个多孔固体电解质层而形成。为了提高检测准确度，除了一般电极保护层之外还形成有具有气体选择性的保护层。在日本专利特开平10-142194和日本专利特开平10-19843中描述的两种多层排气成分检测器都适用于小尺寸高性能检测器。然而，它们的问题是在烘烤时或在加热条件下使用过程中易于发生裂纹。通过把破裂形式分类发现，其它原因比层间分离或脱层原因更经常地导致裂纹。裂纹的发生需要一些起始点。起始点可为不同材料相互接触的部分或者热应力和/或内在应力集中的部分。在多层检测器的情况下，在层内或在不同材料之间边界形成的测量室间隙部分易于形成起始点。因此，为了在具有上述结构的常规检测器中抑制裂纹的发生，要求在制造检测器时仔细注意材料的同一性和温度控制等。除此之外，多层排气成分检测器有限制制造工艺简化的问题，因为在一层中有各种各样的结构。更详细地，在常规结构中，整个层叠体难以通过印制方法形成，因为间隙部分需要在结构中形成。进一步地，尽管在日本专利特开平7-260741中描述的多层排气成分检测器结构简单并且较少发生裂纹，但它有得不到足够的检测准确度的问题。排气成分的量与氮气和氧气的量相比很小。以车辆排气中的NOx浓度为例，NOx浓度为0.05％或更少，相比之下，氧气浓度20％且可以为干扰气体。为了提高检测准确度，有必要除去大量存在且对测量有不良影响的氧气，然后检测非常小量的排气。在用日本专利特开平7-260741中描述的一个多孔固体电解质层而形成的多层排气成分检测器中，有这样的问题，即要除去的氧气浓度不能定量且不能准确地测量。排气成分的测量误差受不能准确除去的氧气成分的影响。而且，日本专利特开平7-260741的检测器有难以测量非常小量的排气成分的问题，因为它不能进行两步测量，即除氧并接着测量排气成分。而且，当多个固体电解质层层叠到一定厚度以便得到许多功能时，就产生难以获得高敏感度的问题，因为测量气体难以穿过多孔固体电解质层。也难以实现检测部件的迅速升温。关于车辆中的燃烧控制，该系统有氧气检测器和空气-燃油比例检测器，但没有任何能准确稳定地测量排气成分的装在车上的检测器。因此，不可能直接测量氮氧化物和碳氢化合物来反映燃烧控制。本专利技术的目的是提供一种具有良好敏感特性、高可靠性和易于制作的多层气体成分测量装置。根据本专利技术，由于在每个叠加层中没有测量室和没有气体通道，在制作或使用检测器时的加热条件下裂纹起始点的数量可以减少，结果是能抑制裂纹的发生。还能获得检测器的迅速升温。而且，由于在每个叠加层中没有诸如测量室和气体通道的结构，层叠体易于通过层叠未加工片和/或用印制方法而形成。再者，通过使用其中包括能渗透气体的固体电解质层的多个固体电解质层，有可能基于上述的两步测量来准确除去氧气成分并准确测量排气成分。另外，由于多个层能用印制方法薄薄地层叠，即使使用多个能渗透气体的固体电解质层也能避免气体渗透性变坏。更进一步，在根据本专利技术的多层排气成分检测器应用于废物焚烧设备或车辆上的情况下，由于非常小量的排气成分例如NOx和HC可直接测量，细致的减少排气成分的燃烧控制得以实施。附图说明图1示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第一实施例的截面视图。图2解释根据本专利技术的多层排气成分检测器第一实施例的操作。图3示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第二实施例的截面视图。图4示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第三实施例的截面视图。图5示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第三实施例的总体结构。图6解释构造本专利技术多层排气成分检测器的方法。图7解释有保护膜的层叠体的侧面涂层，该保护膜具有电绝缘性质。图8示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第四实施例的截面视图。图9解释根据本专利技术的多层排气成分检测器第四实施例的操作。图10示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第五实施例的截面视图。图11解释根据本专利技术的多层排气成分检测器第五实施例的操作。图12示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第六实施例的截面视图。图13解释根据本专利技术的多层排气成分检测器第六实施例的操作。图14示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第七实施例的截面视图。图15解释如何把根据本专利技术的多层排气成分检测器安装到排气管上。图16解释使用本专利技术多层排气成分检测器的车辆引擎燃烧控制系统。图17示出根据本专利技术的多层排气成分检测器第八实施例的截面视图。参照附图详细描述本专利技术实施例。以下基于主要测量作为排气成分的氮氧化物(NOx)的实例进行描述。此处每一附图中的相似部件用相同参考符号标识。图1示出根据本专利技术的气体成分测量装置第一实施例(下面将具体解释多层排气成分检测器)的横截面。首先，描述检测器的结构。以从叠层体顶部开始的顺序，叠层体包括多孔电极保护膜1、第一氧气泵阳极21、多孔固体电解质层31、第一氧气泵阴极22、多孔固体电解质层32、氧气参比电极23、多孔电绝缘层4、第二氧气泵阴极24、致密(稠密)固体电解质层5以及第二氧气泵阳极25。叠层体放置得接触到或靠近温度控制器件6。图1是在叠层体靠近温度控制器件时的解释视图。叠层体与温度控制器件6的结合称作气体检测部分。气体检测部分没有任何常规排气成分检测器所具有的真空室。尽管为了容易理解把每个电极器件中的阳极和阴极区别开，但根据使用检测器的方法可部分互换这些电极的作用。即使烧结的固体电解质致密得没有气体渗透，但一般内部含孔，尽管如此，但单词“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体成分测量装置，包括：第一固体电解质层；以及第二固体电解质层，所述第一固体电解质层和所述第二固体电解质层层叠在一起，其中：所述第一固体电解质层为多孔的，并通过传导电流除去穿过第一固体电解质层的气体中的至少一部分氧气；穿 过所述第一固体电解质层的气体中的待测量成分被所述第二固体电解质层的传导电流脱氧或氧化；所述待测量成分的浓度基于通过所述第二固体电解质层传导的电流来测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小町谷昌宏，铃木清光，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]