一种封装结构氧传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种封装结构氧传感器。

背景技术：

气体传感器安装在发动机排气管上，用于检测汽车尾气中的某种气体浓度，其核心元件一般为长条形平板式传感芯片，最常用的一种气体传感器如平板式氧传感器。平板式氧传感器通过测量尾气中的氧成分浓度，并将测得结果反馈给发动机控制器，发动机控制器以此为依据对燃烧状态进行优化，从而使有害物质的排放达到最小化。

现有传感器在长期使用后，检测芯片与接线柱连接容易松脱，且在温度变化过大时检测芯片容易出现故障。

现需要一种使用寿命更长，更加稳定的氧传感器，能够解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种封装结构氧传感器，通过对现有设备进行技术改造，解决了的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型具体采用如下技术方案：

一种封装结构氧传感器，包括：检测芯片、不锈钢外壳和底座，所述检测芯片设置在不锈钢外壳内部，所述不锈钢外壳和底座焊接固定，其特征在于，所述底座上设置有连接至外部电路的接线柱，所述检测芯片的电极端通过焊接丝与接线柱焊接固定，所述不锈钢外壳内部位于检测芯片外周还填充设置有保温材料，所述不锈钢外壳顶端还开设有通孔，所述通孔内固定设置有不锈钢金属网；

所述检测芯片包括从上至下依次设置的外泵电极、上绝缘氧化铝层、氧化锆瓷体、下绝缘氧化铝层和加热器，所述氧化锆瓷体内部开设有空腔，所述空腔上表面氧化锆瓷体内壁处设置有内泵电极，所述上绝缘氧化铝层与氧化锆瓷体上开设有位置相对应的导电孔，所述导电孔内填充有导电铂浆，所述外泵电极通过导电孔与内泵电极电连接。

进一步地，所述焊接丝为铂金丝，所述铂金丝的直径为0.1mm-0.2mm。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型通过铂金丝焊接，将芯片四个电极焊接在可伐合金底座的四个接线柱上，可供外部电路接入，不会改变芯片电阻，延长了芯片的使用寿命，保证了芯片的加热效率。

2)本实用新型不锈钢外壳顶端有不锈钢金属网，保证了气体的流通性。

3)本实用新型在测量气氛氧浓度时，芯片功率低、能耗小；具有外壳和高温棉双重保温结构，使得芯片在工作时受环境的影响较小、响应速度较快；同时芯片、底座、外壳体积小，结构简单，配合外部电路的安装较为方便。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型检测芯片爆炸示意图；

标号说明：检测芯片1、外泵电极11、上绝缘氧化铝层12、氧化锆瓷体13、空腔131、下绝缘氧化铝层14、加热器15、内泵电极16、导电孔17、扩散障18、不锈钢外壳2、底座3、接线柱4、焊接丝5、通孔6、不锈钢金属网7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细说明本实用新型的具体内容。

如图1-2所示，本实施例提供了一种封装结构氧传感器，检测芯片1、不锈钢外壳2和底座3，所述检测芯片1设置在不锈钢外壳2内部，所述不锈钢外壳2和底座3焊接固定，所述底座3上设置有连接至外部电路的接线柱4，所述检测芯片1的电极端通过焊接丝5与接线柱4焊接固定，所述不锈钢外壳2内部位于检测芯片1外周还填充设置有保温材料，所述不锈钢外壳2顶端还开设有通孔6，所述通孔6内固定设置有不锈钢金属网7；

所述检测芯片1包括从上至下依次设置的外泵电极11、上绝缘氧化铝层12、氧化锆瓷体13、下绝缘氧化铝层14和加热器15，所述氧化锆瓷体13内部开设有空腔131，所述空腔131上表面氧化锆瓷体13内壁处设置有内泵电极16，所述上绝缘氧化铝层12与氧化锆瓷体13上开设有位置相对应的导电孔17，所述导电孔17内填充有导电铂浆，所述外泵电极11通过导电孔17与内泵电极16电连接。

进一步地，为了获得更好的导电效果及焊接效果，所述焊接丝5为铂金丝，所述铂金丝的直径为0.15mm。铂金丝的优点在于强度较高、导电性能好、易于焊接。

进一步地，为了获得更好的保温防护效果，所述保温材料为高温棉。高温棉有保温、防尘、缓冲气流的作用，增加了传感器的使用寿命和稳定性。

进一步地，所述氧化锆瓷体13的空腔131处还设置有多孔材料制成的扩散障18，所述扩散障18用于将所述空腔131导通至外部空间。扩散障18的尺寸和空隙率控制单位时间进气量的多少，从而控制芯片泵电流的大小在80-300μa，检测气体氧浓度范围为0％-25％。

所述氧化锆瓷体13为固体电解质，在高温条件下，可以传导氧离子。氧传感器工作时，加热器15发热，使氧化锆瓷体13达到正常工作温度；同时内泵电极16对进入芯片内部空腔131气体中的氧气进行催化，使氧气变成氧离子，在外加泵电压的作用下从内泵电极16通过氧化锆瓷体13迁移到外泵电极11，从而产生泵电流；在内泵电极16材料和表面积一定的情况下，产生的泵电流的大小与气氛中的氧浓度和进气速度有关，通过控制扩散障18的尺寸和空隙率，控制进气率，从而控制泵电流的大小。

同时由于工艺制作的误差，每个芯片的泵电流与氧浓度之间的对应关系存在差异，因此在使用时需要对每个氧传感器进行单独校准，且只需校准一次。

以下公式适用于本实用新型在所有气氛条件下的校准：

is([o2])测量介质中的传感器电流

[o2]用百分比表示的测量介质中的氧浓度

k传感器的特定常数

要校准本实用新型的氧传感器，首先要将氧传感器放在已知氧浓度的标准气氛内(例如空气中)，测出其在正常工作条件下的泵电流，然后根据公式即可得出该氧传感器的常数k。

k传感器的特定常数

ik([o2])已知氧浓度的输出电流

o2,k经校准的标准气体浓度

本实施例在测量气氛氧浓度时，芯片功率低、能耗小；具有外壳和高温棉双重保温结构，使得芯片在工作时受环境的影响较小、响应速度较快；同时芯片、底座、外壳体积小，结构简单，配合外部电路的安装较为方便。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉。焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。