[发明专利]一种片式氧传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片式氧传感器及其制备方法。

背景技术

汽车氧传感器是将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元（ECU）的一个关键元件，而发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比。由于混合气的空燃比一旦偏离理论值，三元催化剂的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU 控制喷油器喷油量的增减，从而调整混合气的空燃比（A/F，空气与汽油的质量比）在理论值附近。现有的汽车氧传感器主要分为片式氧传感器和管式氧传感器，其中片式汽车氧传感新发展的一种氧传感器，它具有加热快、响应时间短等优点。

现有技术中的片式氧传感器，一般为多层叠层结构，如图1所示，下方为加热体，包括加热器基体8′和加热器基体8′上的绝缘层6′，绝缘层6′内夹持有加热电池7′；上方为测氧体，测氧体从下至上包括参比气基片5′、参比电极4′、氧化锆基体3′、测试电极2′和多孔保护层1′；参比气基片5′上具有U形空气槽51′作为参比气通道，空气槽的开口端为片式氧传感器尾端，使空气槽内与大气连通，从而通过参比电极测试大气中的氧含量。但是由于U形空气槽的存在，多层叠层结构在热压、烧结时会内部凹陷，生坯产生裂纹、变形等缺陷，使得烧结后的片式氧传感器产品失效，降低产品的良品率；另外，参比电极直接测试空气中的氧含量，导致氧传感器输出的电压信号不稳定。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的片式氧传感器制备过程中U形空气槽的存在导致氧传感器良品率低、氧传感器输出电压信号不稳定的技术问题。

本发明提供一种片式氧传感器，所述片式氧传感从下至上依次包括加热层、参比气层和传感层；所述参比气层上具有通孔，加热层、参比气层与传感层在通孔处形成密闭的参比腔。

本发明还提供了一种片式氧传感器的制备方法，包括先在参比气层上切割通孔，然后将加热层、参比气层和传感层按从下至上的顺序叠加，热压、烧结，在通孔处形成密闭的参比腔，得到所述片式氧传感器。

本发明提供的片式氧传感器，通过在参比气层上设置通孔，提高了参比气层与上下层的结合面积，在多层叠层热压烧结时氧传感器的不易产生变形，从而提高产品良品率；另外，传感层、参比气层与加热层叠压形成参比腔，密闭的参比腔内气压稳定，氧传感器测得的信号稳定，引出输出的电压信号稳定。   

具体实施方式

本发明提供了一种片式氧传感器，如图2所示，所述片式氧传感从下至上依次包括加热层、参比气层5和传感层；所述参比气层5上具有通孔，加热层、参比气层与传感层在通孔处形成密闭的参比腔51。

本发明的发明人通过大量实验发现，在参比气层上设置通孔，通过上层的传感层与下层的加热层，在通孔处围成密闭的参比腔，一方面可有效提高参比气层与上、下层的接触面积，提高产品的良品率；另一方面，参比腔内为密闭空间，氧传感器开始工作，会消耗掉原来存在于参比腔内的空气，使参比腔内形成稳定的无氧状态 ，因此参比电极测试的信号稳定，氧传感器输出的电压信号也稳定。

本发明的片式氧传感器，在开始工作后，由于参比腔内的氧气被消耗完毕，使得以后参比腔内为无氧状态，即参比腔内的氧分压低于测试电极所测量的汽车尾气中的氧分压，因此采用本发明的片式氧传感器测得的电压信号与现有技术中的氧传感器的电压信号不同；但是本发明的片式氧传感器测得的信号也是随汽车尾气中氧含量的变化而变化，因此也能准确及时反映汽车尾气中的氧气含量变化。

作为本发明的优选实施方式，所述通孔的面积可为参比气层总面积的5-10%，从而保证参比气层与传感层、加热层有足够的接触面积，在热压、烧结时不会产生分层、翘曲现象，从而进一步提高产品的良品率，也能提高片式氧传感器的密封性和抗热震性。本发明中，所述参比气层的面积包括通孔的面积在内。

如图2所示，作为本领域技术人员的公知常识，所述传感层包括氧化锆敏感基体3和分别位于氧化锆敏感基体上、下表面的测试电极2、参比电极4。所述参比电极4位于本发明的参比气层的通孔内，用于测试参比腔51内的氧分压信号。本发明中，参比腔51的形状与参比电极4的形状匹配。 

所述传感层上方还设有多孔保护层1，多孔保护层1覆盖于测试电极2上方，用于防止测试电极2中毒。所述多孔保护层的材料为本领域技术人员所公知，一般采用铝尖晶石微粉，该铝尖晶石微粉为本领域的技术人员公知的用于制备氧传感器的多孔保护层的材料，可商购。