一种片式宽域汽车氧传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种片式宽域汽车氧传感器，由五层基片自上而下依次叠压而成，第一层基片上设有氧泵外电极、第一电极、电极保护层和扩散孔；第二层基片上设有环形空腔、环形扩散障碍层、扩散孔和连接导线；第三层基片设有第二电极，第一电极和第二电极通过连接导线连接成氧泵内电极；第三层基片与第四层基片之间设置有参比电极，参比电极上覆盖有微孔扩散层，参比气体通道与微孔扩散层连通，第四层基片与第五层基片之间设置有加热电极，加热电极的上下各有一层绝缘层，加热电极通过小孔导电引到传感器的表面。本实用新型专利技术中第四层基片是没有任何空腔的，保证加热电极受力均匀，参比通道的形成实现气体的通畅，大大提高传感器强度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种片式宽域汽车氧传感器，尤其涉及一种以氧化钇稳定二氧化锆为电解质的片式宽域汽车氧传感器，应用于汽车电喷系统尾气排放控制领域。
技术介绍
稀薄燃烧发动机有燃烧效率高，改善排放等优点，满足人们节能减排的要求， 但其空燃比大于18(理论空燃比为14. 7)，传统的片式氧传感器只能检测空燃比在理论空燃比附近的情况，不能对其进行有效的检测，宽域汽车氧传感器可精确得测量λ值 (0.65彡λ彡⑴)。尾气通过扩散小孔进入扩散室，氧化锆参比电池感知尾气的浓度后产生化，根据尾气浓度的不同，富燃料的浓混合气将产生高于参考电压^Ref的化，传感器控制器将产生一个正方向的泵电流Ιρ，该泵电流Ip将氧气泵入扩散室内进行化学分解反应，在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物，附着在泵氧元的表面。在化学反应中将过多的碳氢化合物分解，从而降低了废气的浓度，使扩散室恢复到Us电压为0. 45V的尾气含氧浓度的平衡状态。相反，富氧的稀混合气将产生低于参考电压^Ref的化，传感器控制器将产生一个反方向的泵电流Ιρ，该泵电流Ip将氧气泵出扩散室。此时的泵电流Ip反应了尾气的浓度，传感器控制器将泵电流Ip转换成输出电压Uout通过改变泵电流的极性(电流流动方向)与大小就可以达到平衡扩散室里的尾气含氧量，如何将这个变化的泵电流去控制发动机的E⑶对喷油器喷油时间的调整是至关重要的，在控制环路中有一块DSP (数字信号处理器)电路，该电路有二路输出，一路将变化的泵电流信号通过放大数模转换成线性电压， 此电压从OV 5V连续变化，去控制发动机ECU的空燃比调整。另一路输出脉宽调制信号去控制COM场效应开关晶体管的导通与截止时间，给加热器提供电流，加热氧传感器。宽域型氧传感器的核心部件是其敏感芯片，它由加热电极、氧泵外电极、氧泵内电极和参比电极组成，是通过多层印刷电路的五层致密氧化锆( )质的基片叠合而成，，该芯片的制作方法是通过流延成型方式制作氧化锆基片；对基片进行切片冲孔；把切好的基片进行多层丝网印刷，制作各个功能层；再把五层基片叠合分切，最后进行烧结、上釉等处理。在专利号为201010238039. 9的
技术实现思路
为，氧泵基体层和反应基体层是氧化钇稳定的氧化锆基片；多层陶瓷气体交换层和上下加热基体层是由氧化铝+氧化镁+氧化钡按一定的比例复合制成的基片，各层先通过印刷电极后叠压并以烧结方式成为一体，该结构加热电极的上方的基片是由两个部分拼凑而成在，在叠压过程中，加热电极的受力是不均勻的，会造成电阻丝变形，在加热过程中增加热应力，导致加热电极烧断，从而影响传感器寿命；参比通道气室比较大，在传感器中形成一个大的空腔，会降低传感器工作区域的强度，使传感器失效。传统的宽域氧传感器有一个大的参比通道的气体空腔，导致发热区应力大，使传感器容易断裂而失效。
技术实现思路
本技术的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种片式宽域汽车氧传感器，用微孔局部代替了空腔，能有效的提高传感器强度，从而提高传感器的寿命。本技术的技术方案如下一种片式宽域汽车氧传感器，由五层基片自上而下依次叠压而成，第一层基片上设有一个氧泵外电极、一个氧泵内电极的第一电极、电极保护层和一个通到第二层基片的扩散孔；第二层基片上设有一个环形空腔、一个环形扩散障碍层、一个扩散孔和氧泵内电极的连接导线；第三层基片设有氧泵内电极的第二电极，氧泵内电极的第一电极和氧泵内电极的第二电极通过连接导线连接成氧泵内电极；第三层基片与第四层基片之间设置有参比电极，参比电极上覆盖有微孔扩散层，参比气体通道与微孔扩散层连通，第四层基片与第五层基片之间设置有加热电极，加热电极的上下各有一层绝缘层，加热电极通过小孔导电引到传感器的表面。五层基片的材质均为氧化锆，氧泵外电极、氧泵内电极和参比电极的材质均为贵金属钼与氧化锆陶瓷形成的多孔材料，加热电极是由贵金属Pt制成，加热电极上下的绝缘层材质为致密氧化铝质。传统的宽域氧传感器是在第四层上做了一个大的参比通道空腔，在与第五层的加热电极叠合的过程中，叠合压力很大，容易造成加热电极受压不均勻而局部变形；而且大的空腔会大大降低片的强度，造成使用过程中的断裂。本技术中第四层基片是没有任何空腔的，可以保证加热电极受力均勻。参比通道的形成是通过在第三层上开一个狭窄的参比通道(避开了加热电极)与第四层上的多孔层连接上，实现气体的通畅，大大提高了传感器强度。附图说明图1是本技术沿长度方向的剖面图。图2是图1中环形扩散障碍层的俯视图。图3是图1中第三层基片和加热电极的俯视图。图4是本技术沿宽度方向的剖面图。图5是本实用的泵电流Ip与&浓度的对应关系。图6是本技术的泵电流Ip与λ的对应关系。具体实施方式结合附图对本技术作进一步的描述。如图1所示，本技术由五层基片自上而下依次叠压而成，五层基片(1，2，3，4， 5)的材质均为氧化锆，第一层基片1上设有一个电极保护层6、一个氧泵外电极7、一个氧泵内电极的第一电极11和一个通到第二层基片2的扩散孔10 ；第二层基片2上设有一个环形空腔8、一个环形扩散障碍层9、一个扩散孔10和氧泵内电极的连接导线，第三层基片3 设有氧泵内电极的第二电极12，氧泵内电极的第一电极11和氧泵内电极的第二电极12通过连接导线连接成氧泵内电极，氧泵内电极是为了增加工作电极的面积；第三层基片3与第四层基片4之间设置有参比电极14，参比电极14上覆盖有微孔扩散层13，参比气体通道415与微孔扩散层13连通，第四层基片4与第五层基片5之间设置有加热电极17，加热电极 17的上下各有一层绝缘层16，加热电极通过小孔19导电引到传感器的表面18。电极保护层6的材料为多孔的氧化铝。环形扩散障碍层9的材料为多孔的氧化铝。氧泵外电极7、氧泵内电极的第一电极11、氧泵内电极的第二电极12和参比电极 14的材料为贵金属钼与氧化锆陶瓷形成的多孔材料。微孔扩散层13的材料为多孔的氧化铝。加热电极17的材料为贵金属钼加热电极17上下的绝缘层16材质为致密氧化铝质。宽域氧传感器的工作原理为扩散孔10起采集尾气样品的作用，采集到的尾气样品经过环形扩散障碍层9进入到环形空腔8中，根据尾气浓度的不同，氧泵内电极的第二电极12与参比电极14之间将产生一个能斯特电动势。构成宽域型氧传感器的组件有两个部分一部分是感应室，由第三层基片3、氧泵内电极的第一电极11、氧泵内电极的第二电极12和参比电极14组成，它的一面与气体通道15的大气接触，而另一面是测试用的环形空腔8，通过扩散孔10与排气接触，和普通的氧化锆氧传感器一样，由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势，发动机控制单元要把感应室两侧的氧含量保持一致，让电压值维持在0. 45V，这个电压只是电脑的参考标准值。另一部分是传感器的关键部件泵氧元，由第一层基片1、氧泵外电极、氧泵内电极的第一电极11、氧泵内电极的第二电极12组成，泵氧元一边是尾气，另一边是与测试用的环形空腔8相连。泵氧元就是利用氧化锆传感器的反作用原理，将电压施加与氧化锆组件上，这样会造成氧离子的移动，如果混合气太浓，那么排气的含氧量下降，此时从扩散孔 10溢出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡发动机控制单元增加控制电流使泵氧元增本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种片式宽域汽车氧传感器，由五层基片自上而下依次叠压而成，其特征在于：第一层基片上设有一个氧泵外电极、一个氧泵内电极的第一电极、电极保护层和一个通到第二层基片的扩散孔；第二层基片上设有一个环形空腔、一个环形扩散障碍层、一个扩散孔和氧泵内电极的连接导线；第三层基片设有氧泵内电极的第二电极，氧泵内电极的第一电极和氧泵内电极的第二电极通过连接导线连接成氧泵内电极；第三层基片与第四层基片之间设置有参比电极，参比电极上覆盖有微孔扩散层，参比气体通道与微孔扩散层连通，第四层基片与第五层基片之间设置有加热电极，加热电极的上下各有一层绝缘层，加热电极通过小孔导电引到传感器的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海琴，谢光远，王杏，尹亮亮，彭梓，
申请(专利权)人：谢光远，
类型：实用新型
国别省市：83