一种快速受热片式氧传感器的制作方法

本实用新型涉及氧传感器技术领域，主要涉及一种能够快速吸收热量的片式氧传感器。

背景技术：

为了减少尾高温烧结炉中有害气体的排放，提高温烧结炉使用效率，氧传感器已成为高温烧结炉中必备的部件。氧传感器通过检测烧结炉燃烧后排放气体中氧离子的含量获得高温烧结炉燃烧加热时吸入的空气与燃料比(简称空燃比)信号，并将空燃比信号转换为电信号输送至电控单元，电控单元根据氧传感器反馈的信号对燃烧加热时间进行修正，实现空燃比的闭环反馈控制，从而精确地控制空燃比，使其始终接近理论空燃比(理论空燃比A/F约为14.7)，使高温烧结炉燃烧加热时得到最佳的油气混合浓度，最终达到降低有害气体排放量与节约燃油的目的。

片式氧传感器与管式氧传感器都属于电位型ZrO2(二氧化锆)氧传感器，其工作原理为：ZrO2固体电解质材料的一侧暴露在汽油引擎的排出气体中，排出气体中氧气分压为 PO2′，ZrO2固体电解质材料的另一侧暴露在参比空气中，参比空气中氧气分压PO2为固定值，因此ZrO2固体电解质材料两侧的氧气浓度或压强存在位差，在一定的工作温度下(一般为350℃以上)，ZrO2固体电解质材料具有离子导电特性，氧气会以氧离子的形态通过含有大量氧空位的ZrO2固体电解质材料，氧离子会从高浓度侧向低浓度侧传导，从而形成氧离子导电，于是在ZrO2固体电解质材料两侧的电极上产生氧浓度差电势E，形成一种浓差电池结构，氧浓度差电势E由能斯特(Nernst)方程决定，即 E＝RTZFIn(PO2PO2′)---(1)]]>

在式(1)中：E为氧浓度差电池电动势；R为气体常数，R＝8.314J/mol·k；T为工作温度 (K)；Z为电子转移数；F为法拉第常数，F＝9.648×10-4C·mol；PO2为参比空气中氧气分压；PO2′为排出气体中氧气分压。从上式中可知，只要测得电动势E的值，就可以推导出排出气体中氧气分压PO2′或氧含量，电控单元依据排出气体中氧分压或氧含量获得烧结炉空燃比信号，并修正喷油时间，使实际空燃比接近理论空燃比，以提高燃油利用率。

片式氧传感器由多层结构组成，包括多孔保护层、外电极、传感器基体、内电极、参比空气通道层、加热器、绝缘层、加热器基体等，现有的片式氧传感器响应时间一般为 10s～12s，其存在的问题是：片式氧传感器中ZrO2固体电解质材料需要在一定的工作温度下(一般为350℃以上)，才能具有离子导电特性，因此在高温烧结炉刚启动时，烧结炉排出气体通过排气管离开烧结炉，排出气体的温度需要时间对排气管中的片式氧传感器进行导热，传统的片式氧传感器仅靠自身与排出气体接触，受热面积小，无法快速吸收排出气体中的热量，导致片式氧传感器无法进一步缩短响应时间。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术的不足，提供了一种能够快速吸收排气管及排出气体的热量，从而快速启动，缩短响应时间的快速受热片式氧传感器。

本实用新型的技术方案：一种快速受热片式氧传感器，所述片式氧传感器设置于排气管内，包括多孔保护层、外电极、传感器基体、内电极、参比空气通道层、加热器、绝缘层、加热器基体，所述片式氧传感器上套设有导热件，所述导热件一端与加热器基体导热连接，另一端与排气管内壁导热连接并延伸至排气管内与排出气体接触。

采用上述技术方案，通过在片式氧传感器上设有导热件，增加导热件与排气管及排出气体的接触面积，让导热件快速吸收排出气体和排气管上的热量并将热量传递给片式氧传感器，使得片式氧传感器能够更快达到工作温度(一般为350℃以上)，激活ZrO2固体电解质材料的离子导电特性，从而缩短片式氧传感器的响应时间，更快检测到排气管中的排出气体氧分压或氧含量获得烧结炉空燃比信号。

本实用新型的进一步设置：所述的导热件包括导热端与受热端，所述导热端与加热器基体侧壁形状适配并卡合，所述受热端与排气管内壁形状适配并贴合于排气管内壁，所述受热端设有供排出气体流通的排气通道，该排气通道内设有受热叶片，所述受热叶片一端与排气通道内壁导热连接，另一端延伸至排气通道内。

采用上述技术方案，通过导热件的受热端适配排气管内壁形状并与之贴合，能够快速吸收排气管上的温度，在受热端上设置排气通道，供尾流及外部空气流通，在排气通道能设置受热叶片，增加与排出气体接触面积，更好的吸收排出气体中的热量，通过导热件的导热端与加热器基体侧壁卡合，将受热端吸收的热量通过接触加热器基体传递给加热器，激活片式氧传感器。

本实用新型的进一步设置：所述受热端呈中空管状，该中空管外周面与排气管内壁贴合，所述中空管内壁作为排气通道，所述受热叶片设置于该中空管内壁上。

采用上述技术方案，通过将受热端设置为中空管，既能通过中空管的外周面与排气管内壁贴合吸收排气管的热量，又能通过中空管的内壁作为排出气体流通的排气通道，并在中空管内壁上设置受热叶片，增加与排出气体接触的面积，并能延缓排出气体通过的排气通道的时间，从而使得受热端更好的吸收排出气体的热量，燃尽传递给导热端。

本实用新型的进一步设置：所述受热叶片上设有通风孔，所述通风孔内壁设有螺纹槽作为风道延长排出气体通过的行程。

采用上述技术方案，通过设置通风孔，让排出气体从受热叶片的通风孔中通过，能够将热量传递给通风孔内壁，从而快速导热给受热叶片的内部，加快受热叶片的整体吸热速度，通过在通风孔中设置螺纹槽，增加通风孔与排出气体的接触面积。

本实用新型的进一步设置：所述导热件采用石墨制成。

采用上述技术方案，通过导热件采用热导系数佳的导热材料制成，采用导热材料可例如石墨(高导热材料)是碳的结晶体，是一种非金属材料，色泽银灰，质软，具有金属光泽。莫氏硬度为1-2比重为2.2-2.3，其容量一般为1.5-1.8，石墨的熔点极高，在真空下到 3000℃对方才开始软化的趋向溶解状态，到3600℃时石墨开始蒸发升华，能够满足本实用新型需要。

本实用新型的进一步设置：所述受热叶片按照有通风孔、无通风孔依次设置于排气通道中。

采用上述技术方案，通过受热叶片按照有通风孔、无通风孔依次设置于排气通道中，排出气体在通过有通风孔的叶片后，遇到无通风孔的叶片阻挡，如此循环来减缓排出气体通过排气通道的时间，当汽车刚发动时，通过延长排出气体与受热端接触的时间，能够更早得使得受热端达到工作温度，更快激活片式氧传感器。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图1；

图2为本实用新型实施例的结构示意图2；

图3为本实用新型实施例的结构分解图；

图4为本实用新型实施例在排气管中剖面示意图；

图5为图4中A处局部放大图。

具体实施方式

如附图1-5所示，一种快速受热片式氧传感器1，所述片式氧传感器1设置于排气管 2内，包括多孔保护层、外电极、传感器基体、内电极、参比空气通道层、加热器、绝缘层、加热器基体11，所述片式氧传感器1上套设有导热件3，所述导热件3一端与加热器基体11导热连接，另一端与排气管2内壁导热连接并延伸至排气管2内与排出气体接触。

通过在片式氧传感器1上设有导热件3，增加导热件3与排气管2及排出气体的接触面积，让导热件3快速吸收排出气体和排气管2上的热量并将热量传递给片式氧传感器1，使得片式氧传感器1能够更快达到工作温度(一般为350℃以上)，激活ZrO2固体电解质材料的离子导电特性，从而缩短片式氧传感器1的响应时间，更快检测到排气管2中的排出气体氧分压或氧含量获得烧结炉空燃比信号。

所述的导热件3包括导热端31与受热端32，所述导热端31与加热器基体11侧壁形状适配并卡合，所述受热端32与排气管2内壁形状适配并贴合于排气管2内壁，所述受热端32设有供排出气体流通的排气通道313，该排气通道313内设有受热叶片33，所述受热叶片33一端与排气通道313内壁导热连接，另一端延伸至排气通道313内。

通过导热件3的受热端32适配排气管2内壁形状并与之贴合，能够快速吸收排气管2上的温度，在受热端32上设置排气通道313，供尾流及外部空气流通，在排气通道313 能设置受热叶片33，增加与排出气体接触面积，更好的吸收排出气体中的热量，通过导热件3的导热端31与加热器基体11侧壁卡合，将受热端32吸收的热量通过接触加热器基体 11传递给加热器，激活片式氧传感器1。

所述受热端32呈中空管312状，该中空管312外周面与排气管2内壁贴合，所述中空管312内壁作为排气通道313，所述受热叶片33设置于该中空管312内壁上。

通过将受热端32设置为中空管312，既能通过中空管312的外周面与排气管2内壁贴合吸收排气管2的热量，又能通过中空管312的内壁作为排出气体流通的排气通道313，并在中空管312内壁上设置受热叶片33，增加与排出气体接触的面积，并能延缓排出气体通过的排气通道313的时间，从而使得受热端32更好的吸收排出气体的热量，燃尽传递给导热端31。

所述受热叶片33上设有通风孔331，所述通风孔331内壁设有螺纹槽332作为风道延长排出气体通过的行程。

通过设置通风孔331，让排出气体从受热叶片33的通风孔331中通过，能够将热量传递给通风孔331内壁，从而快速导热给受热叶片33的内部，加快受热叶片33的整体吸热速度，通过在通风孔331中设置螺纹槽332，增加通风孔331与排出气体的接触面积。

所述导热件3采用石墨制成。

采用上述技术方案，通过导热件3采用热导系数佳的导热材料制成，采用导热材料可例如石墨(高导热材料)是碳的结晶体，是一种非金属材料，色泽银灰，质软，具有金属光泽。莫氏硬度为1-2比重为2.2-2.3，其容量一般为1.5-1.8，石墨的熔点极高，在真空下到 3000℃对方才开始软化的趋向溶解状态，到3600℃时石墨开始蒸发升华，能够满足本实用新型需要。

所述受热叶片33按照有通风孔331、无通风孔331依次设置于排气通道313中。

通过受热叶片33按照有通风孔331、无通风孔331依次设置于排气通道313中，排出气体在通过有通风孔331的叶片后，遇到无通风孔331的叶片阻挡，如此循环来减缓排出气体通过排气通道313的时间，当汽车刚发动时，通过延长排出气体与受热端32接触的时间，能够更早得使得受热端32达到工作温度，更快激活片式氧传感器1。