变频氧传感器

本发明涉及气体传感器
技术领域：
，特别涉及一种变频氧传感器。
背景技术：
：变频氧传感器是一类重要的气体传感器，现有的变频氧传感器一般通过采用铂金环、高温玻璃釉密封形成密闭腔室，以去除环境的限制以及由于参比气室带来的测量误差。由于目前的变频氧传感器需要外置加热器来包围，以在工作时对变频氧传感器进行加热，进入工作状态的预热时间通常长达100秒以上，而且现有的变频氧传感器所用的高温玻璃釉在长期高低温循环使用过程中易于开裂，从而导致变频氧传感器内的密闭腔室失效，传感器无法正常工作，极大程度缩减了变频氧传感器的使用寿命。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种变频氧传感器，旨在解决现有技术中变频氧传感器启动慢且易于开裂的技术问题。为实现上述目的，本发明提出的变频氧传感器包括依次烧结而成的敏感电极引脚层、第一固体电解质层、腔室层、第二固体电解质层、阻隔层和加热层，所述第一固体电解质层和所述腔室层围成第一密闭腔室，所述第二固体电解质层和所述腔室层围成第二密闭腔室，且所述腔室层设置有位于所述第一密闭腔室和所述第二密闭腔室之间的密闭内腔室，所述密闭内腔室通过所述第一固体电解质层、所述腔室层、所述第二固体电解质层与待测气氛隔绝，所述第一固体电解质层朝向所述敏感电极引脚层的一侧设有外电极，所述第一固体电解质层朝向所述腔室层的一侧设有第一公共电极，且所述第一公共电极容置于所述第一密闭腔室，所述第二固体电解质层朝向所述腔室层的一侧设有第二公共电极，所述第二固体电解质层朝向所述阻隔层的一侧设有内电极，且所述第二公共电极容置于所述第二密闭腔室，所述加热层朝向所述阻隔层的一侧设有加热器，所述加热器用于加热所述外电极、所述第一公共电极、所述第二公共电极以及所述内电极。可选的，所述敏感电极引脚层朝向所述第一固体电解质层的一侧设有第一气体通道，所述阻隔层朝向所述第二固体电解质层的一侧设有第二气体通道，所述第一气体通道与所述第二气体通道均用于供待测气氛通过，且所述第一气体通道与所述外电极至少部分重叠，所述第二气体通道与所述内电极至少部分重叠。可选的，所述变频氧传感器还包括用于覆盖所述外电极的第一保护层和用于覆盖所述内电极的第二保护层，第一保护层设置于所述第一气体通道和所述外电极之间，所述第二保护层设置于所述第二气体通道和所述内电极之间，所述第一公共电极朝向所述腔室层的一侧覆盖有第三保护层，且所述第三保护层容置于所述第一密闭腔室，所述第二公共电极朝向所述腔室层的一侧覆盖有第四保护层，且所述第四保护层容置于所述第二密闭腔室。可选的，所述第一保护层、所述第二保护层、所述第三保护层以及第四保护层为多孔氧化锆层或多孔氧化铝层。可选的，所述加热层背离所述阻隔层的一侧设有正极加热引脚和负极加热引脚，所述加热器上连接有正极加热引线和负极加热引线，所述正极加热引脚、所述负极加热引脚分别对应与所述正极加热引线、所述负极加热引线连接。可选的，所述变频氧传感器还包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述阻隔层朝向所述加热层一侧，所述第二绝缘层设于所述加热层背离所述正极加热引脚和所述负极加热引脚的一侧，所述加热器设于所述第二绝缘层朝向所述第一绝缘层的一侧。可选的，所述变频氧传感器还包括第一引脚、第二引脚以及第三引脚，所述第一引脚穿过所述敏感电极引脚层与所述外电极通过外电极引线连接，所述第二引脚依次穿过所述敏感电极引脚层、所述第一固体电解质层、所述腔室层以及所述第二固体电解质层，且所述第二引脚与所述内电极通过内电极引线连接，所述第三引脚依次穿过所述敏感电极引脚层、所述第一固体电解质层以及所述腔室层，且所述第一公共电极、所述第二公共电极分别对应通过第一公共电极引线、第二公共电极引线与所述第三引脚连接。可选的，所述外电极引线、所述内电极引线，所述第一公共电极引线以及所述第二公共电极引线均为致密铂制件，且所述外电极引线的厚度、所述内电极引线的厚度，所述第一公共电极引线的厚度以及所述第二公共电极引线的厚度均为5μm～50μm。可选的，所述第一公共电极、所述第二公共电极、所述内电极以及所述外电极均为多孔铂电极，且所述第一公共电极的厚度、所述第二公共电极的厚度、所述内电极的厚度以及所述外电极的厚度为5μm～50μm。可选的，所述敏感电极引脚层、所述第一固体电解质层、腔室层、所述第二固体电解质层、所述阻隔层以及所述加热层均为3％mol～10％mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷。本发明的技术方案中，将加热器设置于加热层，可将加热器集成于变频氧传感器内部，以取代现有技术中加热器包围于变频氧传感器外围，缩短了加热器与第一公共电极、第二公共电极、外电极以及内电极之间的距离，可加快变频氧传感器的冷启动速度，避免因长时间冷启动变频氧传感器开裂的情况，在此基础上，将第一公共电极包裹在第一固体电解质层和腔室层之间的第一密闭腔室，并将第二公共电极包裹在腔室层和第二固体电解质层之间的第二密闭腔室内，使第一公共电极和第二公共电极完全与待测气氛隔绝，并通过第一固体电解质层、腔室层以及第二固体电解质层之间烧结形成第一密闭腔室、第二密闭腔室以及密闭内腔室，大大提高了变频氧传感器的结构可靠性，可进一步避免高温玻璃釉因高低温循环而开裂的情况，延长了变频氧传感器的使用寿命。本发明中的变频氧传感器不仅缩短了冷启动时间，还能避免因高低温循环而开裂的情况。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明一实施例变频氧传感器的装配示意图；图2为本发明一实施例变频氧传感器的分解示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100变频氧传感器18第二保护层1敏感电极引脚层19第三保护层2第一固体电解质层20第四保护层3腔室层21正极加热引脚4第二固体电解质层22负极加热引脚5阻隔层23正极加热引线6加热层24负极加热引线7密闭内腔室25第一绝缘层8第一密闭腔室26第二绝缘层9第二密闭腔室27第一引脚10外电极28第二引脚11第一公共电极29第三引脚12第二公共电极30外电极引线13内电极31第一公共电极引线14加热器32第二公共电极引线15第一气体通道33内电极引线16第二气体通道34过线孔组17第一保护层本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种变频氧传感器。如图1至图2所示，在本发明一实施例中，变频氧传感器100包括依次烧结而成的敏感电极引脚层1、第一固体电解质层2、腔室层3、第二固体电解质层4、阻隔层5和加热层6，第一固体电解质层2和腔室层3围成第一密闭腔室8，第二固体电解质层4和腔室层3围成第二密闭腔室9，且腔室层3设置有位于第一密闭腔室8和第二密闭腔室9之间的密闭内腔室7，密闭内腔室7通过第一固体电解质层2、腔室层3、第二固体电解质层4与待测气氛隔绝；第一固体电解质层2朝向敏感电极引脚层1的一侧设有外电极10，第一固体电解质层2朝向腔室层3的一侧设有第一公共电极11，且第一公共电极11容置于第一密闭腔室8，第二固体电解质层4朝向腔室层3的一侧设有第二公共电极12，第二固体电解质层4朝向阻隔层5的一侧设有内电极13，且第二公共电极12容置于第二密闭腔室9，加热层6朝向阻隔层5的一侧设有加热器14，加热器14用于加热外电极10、第一公共电极11、第二公共电极12以及内电极13。本实施例中的加热器14为铂加热电路，加热器14的厚度为5μm～50μm。第一固体电解质层2和腔室层3紧密结合，第一公共电极11印刷于第一固体电解质层2，且第一公共电极11完全充满第一密闭腔室8并与第一密闭腔室8的形状相匹配，同时第二固体电解质层4和腔室层3也紧密结合，第二公共电极12印刷于第二固体电解质层4，第二公共电极12完全充满第二密闭腔室9并与第二密闭腔室9的形状相匹配。本实施例的变频氧传感器100将加热器14设置于加热层6，可将加热器14集成于变频氧传感器100内部，以取代现有技术中加热器14包围于变频氧传感器100外围，缩短了加热器14与第一公共电极11、第二公共电极12、外电极10以及内电极13之间的距离，可加快变频氧传感器100的冷启动速度，在此基础上，将第一公共电极11包裹在第一固体电解质层2和腔室层3之间的第一密闭腔室8，并将第二公共电极12包裹在腔室层3和第二固体电解质层4之间的第二密闭腔室9内，使第一公共电极11、第二公共电极12以及密闭内腔室7完全与待测气氛隔绝，通过第一固体电解质层2、腔室层3以及第二固体电解质层4之间烧结形成第一密闭腔室8、第二密闭腔室9以及密闭内腔室7，大大提高了密闭内腔室7的结构可靠性，可进一步避免变频氧传感器100因高低温循环而开裂的情况，延长了变频氧传感器100的使用寿命。本实施例中的变频氧传感器100不仅缩短了冷启动时间，还能避免因高低温循环而开裂的情况。具体地，敏感电极引脚层1朝向第一固体电解质层2的一侧设有第一气体通道15，阻隔层5朝向第二固体电解质层4的一侧设有第二气体通道16，第一气体通道15与第二气体通道16均用于供待测气氛通过，且第一气体通道15与外电极10至少部分重叠，第二气体通道16与内电极13至少部分重叠。本实施例中的第一气体通道15和第二气体通道16分设于第一密闭腔室8和第二密闭腔室9的上下两侧，且第一气体通道15和第二气体通道16均设置于变频氧传感器100的右端，并与加热器14的位置对应，可加快待测气氛的通过，缩短变频氧传感器100的响应时间。在一实施例中，变频氧传感器100还包括用于覆盖外电极10的第一保护层17和用于覆盖内电极13的第二保护层18，第一保护层17设置于第一气体通道15和外电极10之间，第二保护层18设置于第二气体通道16和内电极13之间，第一公共电极11朝向腔室层3的一侧覆盖有第三保护层19，且第三保护层19容置于第一密闭腔室8，第二公共电极12朝向腔室层3的一侧覆盖有第四保护层20，且第四保护层20容置于第二密闭腔室9。本实施例变频氧传感器100中，第一保护层17、第二保护层18、第三保护层19以及第四保护层20为多孔氧化锆层或多孔氧化铝层。且第一保护层17的材质、第二保护层18的材质、第三保护层19的材质以及第四保护层20的材质可相同或不同，本实施例中的第一保护层17和外电极10均容置于第一密闭腔室8，第二保护层18和内电极13均容置于第二密闭腔室9，可对外电极10和内电极13有效防护，提高了氧传感器100的使用寿命。如图1至图2所示，加热层6背离阻隔层5的一侧设有正极加热引脚21和负极加热引脚22，加热器14上连接有正极加热引线23和负极加热引线24，正极加热引脚21、负极加热引脚22分别对应与正极加热引线23、负极加热引线24连接。正极加热引脚21和负极加热引脚22并排间隔设置于变频氧传感器100的右端，为便于正极加热引线23和负极加热引线24穿过，加热层6开设有两个过线孔组34，两个过线孔组34分别与正极加热引脚21和负极加热引脚22对应设置。并且，本实施例中，变频氧传感器100还包括第一绝缘层25和第二绝缘层26，第一绝缘层25设置于阻隔层5朝向加热层6一侧，第二绝缘层26设于加热层6背离正极加热引脚21和负极加热引脚22的一侧，加热器14设于第二绝缘层26朝向第一绝缘层25的一侧。第一绝缘层25和第二绝缘层26都是氧化铝层，且第一绝缘层25的厚度和第二绝缘层26的厚度为10μm～100μm，本实施例中具体通过第一绝缘层25和第二绝缘层26对加热器14的上下两侧进行防护，可提高加热器14的使用寿命。在另一实施例中，变频氧传感器100还包括第一引脚27、第二引脚28以及第三引脚29，第一引脚27穿过敏感电极引脚层1与外电极10通过外电极引线30连接，第二引脚28依次穿过敏感电极引脚层1、第一固体电解质层2、腔室层3以及第二固体电解质层4，且第二引脚28与内电极13通过内电极引线33连接，第三引脚29依次穿过敏感电极引脚层1、第一固体电解质层2以及腔室层3，且第一公共电极11、第二公共电极12分别对应通过第一公共电极引线31、第二公共电极引线32与第三引脚29连接。本实施例中的变频氧传感器100为方便第一引脚27、第二引脚28以及第三引脚29穿过，敏感电极引脚层1开设有三个过线孔组34，且三个过线孔组34呈“品”字形排列，三个过线孔组34分别与第一引脚27、第二引脚28以及第三引脚29对应，其中一个过线孔组34位于敏感电极引脚层1的左端，另外两个过线孔组34并排位于右端。本实施例中，外电极引线30、内电极引线33，第一公共电极引线31以及第二公共电极引线32均为致密铂制件，且外电极引线30的厚度、内电极引线33的厚度，第一公共电极引线31的厚度以及第二公共电极引线32的厚度均为5μm～50μm。本实施例中，第一公共电极11、第二公共电极12、内电极13以及外电极10均为多孔铂电极，且第一公共电极11的厚度、第二公共电极12的厚度、内电极13的厚度以及外电极10的厚度为5μm～50μm。本实施例的敏感电极引脚层1、第一固体电解质层2、腔室层3、第二固体电解质层4、阻隔层5以及加热层6均为3％mol～10％mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷。本实施例中的外电极引线30、内电极引线33、第一公共电极引线31、第二公共电极引线32、第一公共电极11、第二公共电极12、内电极13、外电极10以及敏感电极引脚层1、第一固体电解质层2、腔室层3、第二固体电解质层4、阻隔层5、加热层6之间配合，可保证变频氧传感器100的厚度不超过2mm，使得加热器14集成在厚度不超过2mm的变频氧传感器100内，可大大提高加热器14的加热效率，进一步缩短变频氧传感器100的冷启动时间。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12