多层片式结构氧传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了多层片式结构氧传感器，包括氧化锆敏感层、参比气通道层、加热层，所述氧化锆敏感层上表面设置有外电极，下表面设置有内电极，其特征在于，在氧化锆敏感层和参比气通道层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第一多孔过渡层，在参比气通道层和加热层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第二多孔过渡层，多层片式结构氧传感器依次排列为：氧化锆敏感层、第一多孔过渡层、参比气通道层、第二多孔过渡层和加热层。多孔过渡层可以调节不同结构层因为热膨胀而导致的层间应力，防止层与层之间开裂，保证了氧传感器的使用寿命，同时保证不同结构层之间的稳定性能，提高氧传感器的性能。
【专利说明】多层片式结构氧传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种氧传感器，尤其涉及多层片式结构氧传感器。
【背景技术】
[0002]汽车氧传感器是汽车电控燃油喷射系统(EFI)中关键传感部件，是一种固体电解质氧传感器，氧传感器具有一种特性，在理论空燃比A/F (14.7:1)附近它输出的电压有突变，多安装在汽车排气管中用于测量汽车排放尾气中的氧含量，将其转化为电信号，然后反馈给控制电元，控制单元根据其信号对引擎的空燃比A/F进行调节，当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态(小电动势:0伏)通知控制电元；当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，氧传感器把混合气稀的状态(大电动势:1伏)通知控制电元。其输出信号稳定可靠，抗干扰性强，使汽车动力性能和燃油消耗达到最佳配比，从而达到减少尾气排放和节约油耗的目的。
[0003]氧传感器只有在高温时(端部达到300° C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800° C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。第一代是加热型管式氧传感器，其响应时间长，测量精度低，第二代是加热型片式结构氧传感器，其响应时间短且测量精度高。现有设计的片式结构氧传感器包括保护层、氧化锆敏感层、参比气通道层、加热层，此种结构可以看出各层是直接相连的，由于氧传感器不同结构层间的热膨胀系数不同，传感器在使用过程中，由于经常不断的升温与降温，传感器难以承受如此的热疲劳，而在使用过程中出现开裂等失效现象，而且不同结构层间的力学性能匹配将直接导致氧传感器的性能，各层的稳定性能低。
实用新型内容
[0004]为了克服现有片式结构氧传感器在使用过程中出现开裂等失效现象，本实用新型提供一种多层片式结构氧传感器，通过增加多孔过渡层，调节不同结构层间的热膨胀，防止叠层之间开裂，保证传感器的使用寿命，进一步的，提高氧传感器不同结构层间的力学性能匹配，增加各层的稳定性能，从而提高传感器的性能。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006]多层片式结构氧传感器，包括氧化锆敏感层、参比气通道层、加热层，所述氧化锆敏感层上表面设置有外电极，下表面设置有内电极，其特征在于，在氧化锆敏感层和参比气通道层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第一多孔过渡层，在参比气通道层和加热层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第二多孔过渡层，多层片式结构氧传感器依次排列为:氧化锆敏感层、第一多孔过渡层、参比气通道层、第二多孔过渡层和加热层。
[0007]在氧化锆敏感层和参比气通道层之间、参比气通道层和加热层之间均设置了多孔过渡层，多孔过渡层可以调节不同结构层因为热膨胀而导致的层间应力，进而防止层与层之间开裂，保证了氧传感器的使用寿命，同时保证不同结构层之间的稳定性能，提高氧传感器整体结构的性能。
[0008]进一步的，所述多孔过渡层依次包括用于紧密粘合不同结构层、调节不同结构层热膨胀系数、增加不同结构层稳定性能的稳定层，氧化锆陶瓷层。优选在稳定层上还设置有提高不同结构层间力学性能匹配的氧化铝层。三层结构的多孔过渡层互相协调，保证了氧传感器的稳定性能、力学匹配性能等。
[0009]氧传感器只有在高温时(端部达到300° C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。所以在加热层上设置有加热电极，只要加上电源后IOS即可达到高温，响应时间快。
[0010]本实用新型的有益效果是:在氧化锆敏感层和参比气通道层之间、参比气通道层和加热层之间均设置了多孔过渡层，调节不同结构层间的热膨胀，防止叠层之间开裂，保证传感器的使用寿命，三层结构的多孔过渡层，可提高氧传感器不同结构层间的力学性能匹配，增加各层的稳定性能，从而提高传感器的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型多层片式结构氧传感器拆分的结构图；
[0012]图2是本实用新型多层片式结构氧传感器组合后的结构示意图；
[0013]图3是本实用新型三层结构的多孔过渡层；
[0014]附图的标记含义如下:
[0015]1:保护层；2:氧化锆敏感层；21:外电极；3:第一多孔过渡层；4:参比气通道层；
41:参比气通道；5:第二多孔过渡层；6:加热层；61:加热电极；7:氧化锆陶瓷层；8:稳定层；9:氧化铝层。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
[0017]如图1所示，多层片式结构氧传感器，自上至下依次包括保护层1、氧化锆敏感层
2、第一多孔过渡层3、参比气通道层4、第二多孔过渡层5、加热层6，其中保护层I可以用来保护整个氧传感器，可增加氧传感器的使用寿命，图2是组合后的结构示意图，氧化锆敏感层上表面设置有外电极21，下表面设置有内电极(图中未显示)，在氧化锆敏感层2和参比气通道层4之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第一多孔过渡层3，在参比气通道层4和加热层6之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第二多孔过渡层5，可以调节不同结构层因为热膨胀而导致的层间应力，进而防止层与层之间开裂，保证了氧传感器的使用寿命，同时保证不同结构层之间的稳定性能，提高氧传感器整体结构的性能。参比气通道层4设置有容纳参比气体的参比气通道41，待测的气体，比如汽车的废气在氧传感器的外侧，由于氧化锆敏感层2上下面的气体氧含量不同，所以会在氧化锆敏感层2上下侧形成电动势，通过外电极21和内电极就可以测得电动势数值，进而计算得出待测的气体的氧含量。
[0018]多孔过渡层可以是两层结构，即依次包括稳定层8和氧化锆陶瓷层7，稳定层用于紧密粘合不同结构层、调节不同结构层热膨胀系数、增加不同结构层的稳定性能。优选多孔过渡层是三层结构，即在稳定层8上还设置有提高不同结构层间力学性能匹配的氧化铝层9。其中稳定层8可以是氧化钇层或氧化镁层或氧化钙层，三层结构的多孔过渡层互相协调，保证了氧传感器的稳定性能、力学匹配性能等。优选第一多孔过渡层3和第二多孔过渡层5的厚度为10-25微米之间，保证整体结构的轻巧。氧传感器只有在高温时(端部达到300° C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。所以在加热层6上设置有加热电极61，只要加上电源后IOS即可达到高温，响应时间快。
[0019]以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.多层片式结构氧传感器，包括氧化锆敏感层、参比气通道层、加热层，所述氧化锆敏感层上表面设置有外电极，下表面设置有内电极，其特征在于，在氧化锆敏感层和参比气通道层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第一多孔过渡层，在参比气通道层和加热层之间设置有调节不同结构层热膨胀系数、防止层与层之间开裂的第二多孔过渡层，多层片式结构氧传感器依次排列为:氧化锆敏感层、第一多孔过渡层、参比气通道层、第二多孔过渡层和加热层。
2.根据权利要求1所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述多孔过渡层依次包括用于紧密粘合不同结构层、调节不同结构层热膨胀系数、增加不同结构层稳定性能的稳定层，氧化锆陶瓷层。
3.根据权利要求2所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述多孔过渡层在稳定层上还设置有提高不同结构层间力学性能匹配的氧化铝层。
4.根据权利要求2所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述稳定层是氧化钇层。
5.根据权利要求2所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述稳定层是氧化镁层。
6.根据权利要求2所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述稳定层是氧化钙层。
7.根据权利要求1所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述氧化锆敏感层外侧还设置有保护层。
8.根据权利要求7所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述加热层上设置有加热电极。
9.根据权利要求8所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述参比气通道层设置有容纳参比气体的参比气通道。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的多层片式结构氧传感器，其特征在于，所述第一多孔过渡层和第二多孔过渡层的厚度为10-25微米。
【文档编号】G01N27/409GK203519552SQ201320544154
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】朱捷, 肖建中 申请人:朱捷, 肖建中