[实用新型]氧传感器

说明书

本实用新型与用于控制内燃机燃烧排放的氧传感器有关。

近年来，用于汽车内燃机燃烧尾气中测定氧浓度来控制内燃机燃烧的氧传感器(探测器或检测器)已广泛被利用。用来控制内燃机的空气进量与燃油进量的定量配比，使燃烧达到尽可能地充分，尽可能地少排放出有害气体。内燃机上使用的氧传感器要求很快的响应和长的工作寿命。两者缺一不可，这也是世界各地的研究者关注并致力解决的问题。在一端开口，一端封口的陶瓷管上，内、外制作电极的氧传感器的应用较为广泛。用于内燃机为提高其灵敏度的工作是在近几年内是有所进展并取得了较好的成就(如CN1121177A)。另外在提供良好的耐用性即长期工作寿命方面。也取得了较大的进步(CN1217790A)。

随着内燃机的改进，世界各国对汽车排放污染物对大气环境破坏性的逐步认识和深化，相继出台了许多政策性和法规性文件限制汽车的污染物排放的标准。也就要求对内燃机的燃烧控制提到了一个新的高度，相应的需求也就随之而生。要使汽车排放污染物尽可能地少，用于控制的氧传感器起到关键性的检测功能，要求具有较高的灵敏度，也应具有较持久的工作寿命。

本实用新型的目的是提供一种灵敏度高，工作寿命长的氧传感器及其制造方法。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型氧传感器包括一端开口，一端封闭的管状陶瓷氧敏感元件4，该敏感元件内外表面有参比电极5和测量电极2，在参比电极5和测量电极2为多孔金属电极，测量电极2极面外设置有氧化锆多孔保护层3，保护层3外设置有氧化铝多孔保护层1。

本实用新型测量电极2的厚度为5-15μm，孔隙率为40-60％。

本实用新型参比电极5的厚度为2-50μm，孔隙率为30-60％。

本实用新型参比电极5的平均孔径为0.1-20.μm。

本实用新型测量电极2的平均孔径为0.1-10μm。

本实用新型保护层3的孔隙率为10-15％，保护层1的孔隙率为15-60％。

本实用新型保护层3为ZrO₂·MgO,ZrO₂·Y₂O₃,ZrO₂·Al₂O₃·Y₂O₃,ZrO₂·CaO混合粉末层，粉末颗粒直径为1-80μm，保护层3的厚度为30-100μm。

本实用新型保护层1为α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、MgO混合粉末层，粉末颗粒直径为5-100μm，保护层1的厚度为200-450μm。

本实用新型保护层1外表面的不平整度为5-200μm。

本实用新型主要关注的重点是内参比电极与外测量电极之间的差异，制作的手段不同满足使用各自的最佳性能要求。外测量电极是处于极低氧浓度的测定环境内，应具有较灵敏的活性和较强的催化能力，确保取得最佳性能，设置的是5～15μm厚，孔隙率为40～60％，孔径为0.1～100μm的金属活性层。参比电极是处于较为稳定的较高浓度的环境上，较之测量极不需要灵敏度高。其设计的孔隙率为30～60％，孔径为0.1～20μm的金属层。为保证其长期高温下的耐热性，长期工作有效性，对孔径的要求也提出了不同，测量电极和参比电极的差别确保不同环境条件下组合成具有更加有效的测量和极高灵敏度的氧传感器。正如上所述，另本实用新型还关注到的是传感器敏感元件外测量电极上面设置的保护层的作用。内层采用ZrO₂·Y₂O₃、ZrO₂·MgO、ZrO₂·Y₂O₃·Al₂O₃、ZrO₂·CaO粉末层，基于对耐热性考虑，能有较接近的膨胀系数，通过多种粉末层组成的内层，同时还有作为外层材料梯形过渡之功能。较致密的结构，更具有好的结合力，外层设置的γ-Al₂O₃、α-Al₂O₃、MgO较为疏松的粉末层，保护层设置为两层有效地阻挡异物进入电极层(外测量极电极层)上，和有效地防护异物，特别是由K、Na、Pb形成的氧化物对电极孔隙的阻塞作用能得到持久有效的防护。能够有效地阻挡异物的浸入或阻塞气体通路孔两者的组合保证了较强的抗热性能及耐久性和工作的稳定性。