专利名称：一种固体电解质氧化锆氧传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光机电一体化测量装置的结构，具体为一种固体电 解质氧化锆氧传感器。
背景技术：
固体电解质氧化锆氧传感器是一种适宜锅炉最佳燃烧控制和汽车空燃比 氧量监测的光机电一体化测量装置，在节能、环保和生产过程自动化等领域 起到较大作用，并且具有显著的经济效益。它是国内、外研制、开发和生产 的热门产品。
图1给出目前大多采用的锅炉烟气氧含量监测的固体电解质氧化锆氧传
感器的结构示意图，图2是其法兰盘座53的结构示意图，在图l中氧化锆氧 传感器大都采用盲孔式管状结构一一试管形的氧化锆陶瓷结构。把具有盲孔 的氧化锆陶瓷管(俗称锆管)51插在不锈钢(或其它耐高温、抗腐蚀的材料) 法兰盘座53的中心孔56内，在法兰盘座53与氧化锆陶瓷管51的开孔端设 置一凸台52和锥口 55，在法兰盘座53的中心孔56侧壁和氧化锆陶瓷管51 之间的间隙以耐高温的粘合剂54 (无机胶)粘合。然后，把氧化锆陶瓷管51 内壁的电极以铂丝57连接，并焊接在法兰盘座53上，作为氧传感器的一个 信号输出端，利用适宜方法(例如弹簧圈机械压接)把氧化锆陶瓷管51的外 壁电极58引出，作为氧传感器的另一个信号输出端。
这种结构的氧传感器存在缺点是氧化锆氧传感器锆管的局部应力集中系 数大，锆管和法兰盘底盘之间的热应力大，特别是环向应力和剪切力，漏气 率高，锆管易断裂或出现裂纹，致使氧传感器测量的准确度不高，工作寿命 低，具体分析如下-
1.由于锅炉的被测烟气温度较高，通常为600 800°C，而法兰盘座53 采用的不锈钢材料(例如SUS304)的热膨胀系数较大，通常为19X10，C， 而氧化锆陶瓷管51采用的氧化锆陶瓷(例如添加氧化钇的全稳定氧化锆)的 热膨胀系数为(8.8 12) X1(T6/°C，而添加氧化钇的部分稳定氧化锆热膨胀
3系数为8.5X10—6 / °C，显然氧化锆陶瓷与不锈钢材料的热膨胀系数相差很大。 目前国内外还没有任何一种粘合剂能够把它们粘合在一起而保证在高、低温 时都能密封，不漏气。因此，传感器的参考气A (环境空气)就会漏进来， 使测量的烟气B含氧量高于真实值，从而带来较大误差，严重地降低了氧传 感器测量的准确度。
2. 目前的法兰盘座53和氧化锆陶瓷管51的粘结结构属于环向粘结结 构。因为两者的热膨胀系数差高达8X1(^ 11X1(T6/ "C，所以当工作在600 80(TC时，会出现高达5X10_3 9X1(T3的热应变或热应力，产生了所谓"环 向应力"，有可能使氧化锆陶瓷管51出现裂纹。
此外，为了能够便于在现场更换氧传感器，通常采用弹簧圈机械压接法 引出另一个输出电极。换言之，在距氧化锆陶瓷管51的很近的固定安装部分 和暴露部分之间将产生较大的剪切应力。因此，氧化锆陶瓷管51经多次的启 炉、停炉循环，将导致氧化锆陶瓷管51断裂或出现裂纹。这将严重地影响氧 传感器的工作寿命。
3. 目前使用的高温粘合剂大都是无机胶，可是因为无机胶固化后，绝大 多数胶层都可能存在气孔，多孔或微孔，所以很难完全保证锆管与法兰盘之 间的气密效果。换言之，被测烟气和参考气很容易通过无机胶层相互渗透， 显然，这会大大地降低氧传感器测量的准确度。
发明内容
本实用新型的目的是为解决现有氧化锆氧传感器锆管漏气率高，锆管易 断裂或出现裂纹，致使氧传感器测量的准确度不高，工作寿命低问题，提供 一种固体电解质氧化锆氧传感器。
本实用新型包括试管形氧化锆敏感元件、法兰盘座、无机胶，它还包括 紧锁圆环和缓冲材料，法兰盘座具有的中心通孔由直通孔、锥台形孔和螺纹 孔组成，直通孔、锥台形孔和螺纹孔由上至下贯通连接，法兰盘座上下表面 分别设置有圆形的上凹槽和下凹槽并与法兰盘座同轴心，氧化锆敏感元件开 孔端具有锥台形凸起边缘，并设置在与其形状相适应的锥台形孔中，氧化锆 敏感元件的外侧壁用无机胶与直通孔内壁粘接，紧锁圆环设置在螺纹孔中， 氧化锆敏感元件与锥台形孔之间的空隙及氧化锆敏感元件与紧锁圆环之间的空隙填充缓冲材料。
法兰盘座和紧锁圆环采用不锈钢材质。
紧锁圆环的紧锁环中心通孔的内径与氧化锆敏感元件的内径相等或相近。
缓冲材料采用氧化铝棉、氧化锆棉和硅酸铝纤维的其中一种或几种。
螺纹孔内径大于锥台形孔内径并同轴心。
本实用新型的优点-
1、 利用普通的无机粘合剂就能使法兰盘底座与氧化锆陶瓷管胶合良好，
气密性好，漏气率很低；
2、 设置的上下凹槽和螺纹孔，有效的减少了局部应力集中系数，缓冲了 热应力，即使经过锅炉的开炉、停炉多次冷、热循环冲击，氧化锆敏感元件 也不会断裂或产生裂纹；
3、 完全满足了目前氧化锆氧量分析仪的使用要求，对于烟气的含氧量能 进行精密的测量。
图1是背景技术中氧传感器结构示意图，图2是背景技术中法兰盘座结 构示意图，图3为本实用新型的结构示意图，图4是法兰盘底座的结构示意 图，图5是紧锁圆环的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图3、图4说明本实施方式，本实施方式包括 试管形氧化锆敏感元件l、法兰盘座2、无机胶4，它还包括紧锁圆环3和缓 冲材料5，法兰盘座2具有的中心通孔由直通孔2-3、锥台形孔2-4和螺纹孔 2-5组成，直通孔2-3、锥台形孔2-4和螺纹孔2-5由上至下贯通连接，法兰盘 座2上下表面分别设置有圆形的上凹槽2-1和下凹槽2-2并与法兰盘座2同轴 心，氧化锆敏感元件1开孔端具有锥台形凸起边缘1-1，并设置在与其形状 相适应的锥台形孔2-4中，氧化锆敏感元件1的外侧壁用无机胶4与直通孔 2-3内壁粘接，紧锁圆环3设置在螺纹孔2-5中，氧化锆敏感元件1与锥台形 孔2-4之间的空隙及氧化锆敏感元件1与紧锁圆环3之间的空隙填充缓冲材料氧化锆敏感元件1的开孔端设置锥台形凸起边缘1-1的目的是防止管形氧
化锆敏感元件1脱出法兰盘座2的中心通孔，同时能挡住无机胶4，使其只在直通孔2-3内侧壁部位，不与被测烟气接触，提高本装置的气密效果。因为如此设置增加了无机胶4与法兰盘座2的接触面积，也具有提高气密效果。
法兰盘座2上下表面分别设置有圆形的上凹槽2-1和下凹槽2-2，减少了氧化锆敏感元件l (锆管)的局部应力集中系数，防止氧化锆敏感元件l (锆管)出现裂纹。
紧锁圆环3设置在法兰盘座2底端的螺纹孔2-5中，并在氧化锆敏感元件1与锥台形孔2-4之间的空隙及氧化锆敏感元件1与紧锁圆环3之间的空隙填充缓冲材料5，这样，就避免了无机胶4与被测烟气接触，增加了本装置的气密性。
法兰盘座2中段设置有锥台形孔2-4，以便填充缓冲材料5，缓冲热应力和环向应力，减少局部应力集中现象。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于法兰盘座2和紧锁圆环3采用不锈钢材质。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
三下面结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于紧锁圆环3的紧锁环中心通孔3-l的内径与氧化锆敏感元件l的内径相等或相近。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式一的不同之处在于缓冲材料5采用氧化铝棉、氧化锆棉和硅酸铝纤维的其中一种或几种。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一的不同之处在于螺纹孔2-5内径大于锥台形孔2-4内径并同轴心。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
螺纹孔2-5内径大于锥台形孔2-4内径，这样，设置在螺纹孔2-5内的紧锁圆环3的外径大于氧化锆敏感元件1的外径，在实际应用中，为了增加气密性，在螺纹孔2-5内涂覆少许无机胶4，并旋入紧锁圆环3，直至旋紧为止。
权利要求1、一种固体电解质氧化锆氧传感器，它包括试管形氧化锆敏感元件(1)、法兰盘座(2)、无机胶(4)，其特征在于它还包括紧锁圆环(3)和缓冲材料(5)，法兰盘座(2)具有的中心通孔由直通孔(2-3)、锥台形孔(2-4)和螺纹孔(2-5)组成，直通孔(2-3)、锥台形孔(2-4)和螺纹孔(2-5)由上至下贯通连接，法兰盘座(2)上下表面分别设置有圆形的上凹槽(2-1)和下凹槽(2-2)并与法兰盘座(2)同轴心，氧化锆敏感元件(1)开孔端具有锥台形凸起边缘(1-1)，并设置在与其形状相适应的锥台形孔(2-4)中，氧化锆敏感元件(1)的外侧壁用无机胶(4)与直通孔(2-3)内壁粘接，紧锁圆环(3)设置在螺纹孔(2-5)中，氧化锆敏感元件(1)与锥台形孔(2-4)之间的空隙及氧化锆敏感元件(1)与紧锁圆环(3)之间的空隙填充缓冲材料(5)。
2、 根据权利要求1所述的一种固体电解质氧化锆氧传感器，其特征在于 法兰盘座(2)和紧锁圆环(3)采用不锈钢材质。
3、 根据权利要求1所述的一种固体电解质氧化锆氧传感器，其特征在于 紧锁圆环(3)的紧锁环中心通孔(3-l)的内径与氧化锆敏感元件(l)的内径相等或 相近。
4、 根据权利要求1所述的一种固体电解质氧化锆氧传感器，其特征在于 缓冲材料(5)采用氧化铝棉、氧化锆棉和硅酸铝纤维的其中一种或几种。
5、 根据权利要求1所述的一种固体电解质氧化锆氧传感器，其特征在于 螺纹孔(2-5)内径大于锥台形 L(2-4)内径并同轴心。
专利摘要一种固体电解质氧化锆氧传感器，涉及一种光机电一体化测量装置的结构。目的是为解决现有氧化锆氧传感器锆管漏气率高，锆管易断裂或出现裂纹，致使氧传感器测量的准确度不高，工作寿命低问题。本实用新型的法兰盘座具有的中心通孔由直通孔、锥台形孔和螺纹孔组成，直通孔、锥台形孔和螺纹孔由上至下贯通连接，法兰盘座上下表面分别设置有圆形的上凹槽和下凹槽并与法兰盘座同轴心，氧化锆敏感元件开孔端具有锥台形凸起边缘，并设置在与其形状相适应的锥台形孔中，氧化锆敏感元件的外侧壁用无机胶与直通孔内壁粘接，紧锁圆环设置在螺纹孔中，氧化锆敏感元件与锥台形孔之间的空隙及氧化锆敏感元件与紧锁圆环之间的空隙填充缓冲材料。
文档编号G01N27/409GK201269863SQ20082009119
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者江 林 申请人:哈尔滨龙成智能仪表公司