[发明专利]变频型氧传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量环境中氧气浓度的传感器，尤其涉及变频型氧传感器。

背景技术

氧浓度的测量和控制在各种产业领域都有着重要的作用，人们利用YSZ固体电解质具有良好的氧离子导电特性用来制作浓差电压型、界限电流型氧传感器。其中界限电流型氧传感器由于具有测量精度高、无需参考气体的特点而得到广泛的应用。目前组成界限电流型氧传感器的工作机理有小孔扩散型、多孔扩散型以及致密扩散障碍层型等。但是这几种传感器也都存在着某些缺点和不足，如小孔型界限电流氧传感器长时间使用易使小孔堵塞变形，多孔型界限电流氧传感器的孔隙率难于控制，传感器一致性较差，并且长时间使用多孔的孔隙透气性也会发生变化，致密扩散障碍层型也存在着对温度过于敏感的不足，这些均会造成传感器的测试精度大幅下降；并且上述传感器均建立在对电信号的测量基础上实现对氧浓度的间接测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供提出一种可将敏感电池片和氧泵片组合在一起将氧浓度的测量变换成对时间t测量的新型无孔变频型氧传感器。该传感器具有宽范围检测、工艺简单和成本低廉的优点。

本发明主要由敏感电池片、氧泵片、玻璃密封釉及电路四部分构成。其中敏感电池片和氧泵片均为Y₂O₃稳定的ZrO₂固体电解质陶瓷片，在其两面采用丝网印刷方式制备有内外Pt电极及其引线。然后用高温玻璃密封釉沿敏感电池、氧泵的陶瓷片的周边密封成微小的密闭空气腔。通过稳恒电流源给氧泵片施加大小恒定、方向交变的电流，实现敏感电池片内外浓差电压在E₁至E₂范围的交替变化，通过时间测量仪测得敏感电池片内外浓差电压在E₁至E₂范围变化的时间t，实现对被测气体氧分压P₁的测量。

本发明所采用的技术方案为：变频型氧传感器，包括敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉，其中：玻璃密封釉是具有通孔的筒体；玻璃密封釉一端的沿口连接有敏感电池片；玻璃密封釉另一端的沿口连接有氧泵片；敏感电池片、氧泵片和玻璃密封釉围成一个密闭的空气腔；敏感电池片的内表面均布有敏感电池片内电极；敏感电池片的外表面均布有敏感电池片外电极；氧泵片内表面均布有氧泵片内电极；氧泵片外表面均布有氧泵片外电极。

为优化本技术方案所采取的技术措施还包括：敏感电池片内电极和氧泵片内电极经导线并联，还相连接有时间测量仪一端，时间测量仪另一端连接敏感电池片外电极；时间测量仪一端还连接有稳恒电流源；稳恒电流源的另一端连接氧泵片外电极。

敏感电池片内电极还相连接有时间测量仪一端，时间测量仪另一端连接敏感电池片外电极；氧泵片内电极还连接有稳恒电流源；氧泵片外连接有电极稳恒电流源的另一端。

敏感电池片是Y₂O₃稳定的ZrO₂固体电解质陶瓷片；敏感电池片的Y₂O₃摩尔含量为7％至10％；敏感电池片的厚度为0.2mm至1mm。

敏感电池片外电极材料为金属Pt，并且烧结温度为850℃至1250℃。

氧泵片是Y₂O₃稳定的ZrO₂固体电解质陶瓷片；氧泵片的Y₂O₃摩尔含量为7％至10％；氧泵片的厚度为0.2mm至1mm 。

氧泵片内电极材料为金属Pt，并且烧结温度为850℃至1250℃。

玻璃密封釉的处理温度为750℃至1000℃。

本发明电流型氧传感器具有高温400℃至700℃下工作信号稳定、可检测氧气浓度范围为0.1％至99％的优点。另外，由于其测量方法新颖并且工艺简单，很容易实现工业化大规模生产，具有广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构图；

图2是本发明实施例1、2氧分压-电压-电流周期变化图；

图3是本发明实施例1、2时间t与被测氧分压的关系曲线；

图4是本发明实施例2的结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图标号说明：敏感电池片1、氧泵片2、空气腔3、玻璃密封釉4、稳恒电流源5、时间测量仪6、敏感电池片外电极7、敏感电池片内电极8、氧泵片内电极9、氧泵片外电极10、电极引线11。