[发明专利]一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法

说明书

一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法，涉及一种分压型氧传感器及其制备方法。本发明是要解决现有的分压型氧传感器传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的技术问题。本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器是由芯体和陶瓷加热器组成；将芯体通过放置于陶瓷加热器中间的通孔中，将芯体和陶瓷加热器之间的孔隙用高温封接玻璃填满，最后烧结成型得到带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器。本发明的分压型氧传感器可以提高传感器力学抗冲击强度、提升热传导效率、缩短冷启动时间、提升温场分布均一性，具有高精度、高可靠的优点。可用于密闭环境、大气环境等环境的氧浓度检测。

技术领域

本发明涉及一种分压型氧传感器及其制备方法。

背景技术

氧气传感器是保证密闭环境中氧气浓度控制的关键元器件。随着密闭环境工作时间的变化，氧气浓度就会不断地变化。当氧气浓度降低或升高时，供氧系统控制向密闭环境中通入氧气的量，保证人员能够获得充足的氧气。

目前，分压型氧传感器存在某些缺点和不足，如旁热式加热丝采用绕制工艺制作难以控制绕制间隙，加热丝的一致性较差，并且长时间使用易发生热应力变形使温场分布发生变化。旁热式的加热器结构(如图1)也存在传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的不足，这些均会造成传感器的测试精度大幅下降，甚至造成传感器失效。旁热式加热丝的制造方法困难、抗力学冲击差、体积大的问题，难以实现高精度、高可靠的氧浓度测量，限制了氧传感进一步发展。

陶瓷共烧工艺技术主要包括了流延、冲孔、丝网印刷、叠片、等静压、切割、烧结等，经由多年工艺技术发展，工艺过程已经成熟。

发明内容

本发明是要解决现有的分压型氧传感器传热效率低、加热器体积大、温场分布不均、耐力学冲击振动能力差的技术问题，而提供一种带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器及其制备方法。

本发明的带有陶瓷加热器结构的分压型氧传感器是由芯体6和陶瓷加热器5组成；

所述的芯体6是由两个氧化铝过滤片6-1、两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2和三个铂电极6-3组成；所述的氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2均为圆形，且氧化铝过滤片6-1和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的直径相等；

所述的铂电极6-3是由铂环6-3-2和铂引脚6-3-1组成；所述的铂引脚6-3-1的一端与铂环6-3-2固定形成棒棒糖结构；所述的铂电极6-3为一体结构；

芯体6是按照氧化铝过滤片6-1、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3、氧化锆固体电解质陶瓷片6-2、铂电极6-3和氧化铝过滤片6-1的顺序从上至下依次堆叠固定组成；三个铂电极6-3之间呈120°夹角；所述的铂环6-3-2的圆心与氧化铝过滤片6-1的圆心和氧化锆固体电解质陶瓷片6-2的圆心在一条直线上；两个氧化锆固体电解质陶瓷片6-2与中间夹着的一个铂电极6-3密封使得铂环6-3-2中间的空心部分形成一个密闭腔室，通过检测密闭腔室两侧内外浓差电压差ΔE的变化时间t，实现对被测气体氧分压P₂的测量；

所述的陶瓷加热器5是由引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4组成；所述的引出端层1、第一加热丝层2、第二加热丝层3和第三加热丝层4的基体均为长方体结构且四个长方体的尺寸完全相同，在每个基体上表面的中心处均有一个通孔且孔径相等；

所述的引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面通孔边沿处均匀分布三个引出端1-3，引出端层1的第一陶瓷基体1-6的上表面还分别设置有第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2，第一引出线焊盘1-1和第二引出线焊盘1-2靠近第一陶瓷基体1-6的同一个边；从第一引出线焊盘1-1的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；从第二引出线焊盘1-2的上表面中心处至第一陶瓷基体1-6的下表面之间设置有导电金属；