[实用新型]一种用于气体浓度测量的陶瓷芯片及传感器

说明书

一种用于气体浓度测量的陶瓷芯片及传感器，该陶瓷芯片包括层叠设置在一起的第一至第三陶瓷基体层、测量单元、加热单元以及屏蔽单元，加热单元设置在第一陶瓷基体层上，连接外部电源以对陶瓷芯片加热，测量单元设置在第三陶瓷基体层上，在达到预定的温度条件时将测量到的被测气体的浓度信息转化为对应的电压或电流信号，屏蔽单元设置在介于第一陶瓷基体层和第三陶瓷基体层之间的第二陶瓷基体层上，屏蔽单元为与地线连接的网状结构或密实结构的电导体，位置和尺寸经配置以阻断加热单元的加热电压对测量单元的电场干扰。该陶瓷芯片能够消除加热单元带来的感应电场对测量单元的影响，降低芯片的测量信号的干扰，显著提高测量精度。

技术领域

本实用新型涉及气体浓度传感器，特别是涉及一种用于气体浓度测量的陶瓷芯片及传感器。

背景技术

陶瓷芯片作为传感器的核心元件具有广泛的应用场景，例如，车辆后处理系统中包含的氧传感器、SCR系统中的氮氧传感器、排温传感器、氨气传感器等。

传感器陶瓷芯片作为功能陶瓷需要在高温加热情况才能够输出信号。例如，氧化锆类基体，温度需要加热到800℃才能开始工作。我们将这种能够给陶瓷芯片提供热量的成为加热单元，其基本原理是电阻丝发热。加热单元是由金属线路构成的低电阻回路，在外加电源的情况下，回路中因加热丝电阻小而产生较高热量，从而达到施加高温的效果。

陶瓷芯片在高温情况下，利用外界环境的特点，例如气体浓度不同，由电极感知并转化为电信号输出，这部分结构被称为传感器的测量单元。测量单元的核心功能是电信号的测量，常见的例如能斯特电压测量或泵电流测量。

由于外接电源电压，加热单元在加热过程中容易产生感应电场。感应电场容易与测量单元信号耦合，导致芯片的测量单元输出电信号输出精度差。例如，当氧化锆基体在加热单元的施加的电压下，测量单元采集到的电信号会跟随加热单元施加的电压呈现周期性的信号波动，此时有着明显的感应电场的干扰。如果高频采集电信号，会导致信号的准确性大幅降低，从而降低整个陶瓷芯片的输出性能。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于气体浓度测量的陶瓷芯片及具有该陶瓷芯片的传感器，以消除加热单元带来的感应电场对测量单元的影响，降低芯片的测量信号的干扰，提高测量精度。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于气体浓度测量的陶瓷芯片，其特征在于,包括层叠设置在一起的第一至第三陶瓷基体层、测量单元、加热单元以及屏蔽单元，所述加热单元设置在所述第一陶瓷基体层上，所述加热单元连接外部电源以对所述陶瓷芯片加热，所述测量单元设置在所述第三陶瓷基体层上，所述测量单元在达到预定的温度条件时将测量到的被测气体的浓度信息转化为对应的电压或电流信号，所述屏蔽单元设置在介于所述第一陶瓷基体层和所述第三陶瓷基体层之间的所述第二陶瓷基体层上，所述屏蔽单元为与地线连接的网状结构或密实结构的电导体，所述屏蔽单元在所述第二陶瓷基体层上的位置和尺寸经配置以阻断所述第一陶瓷基体层上的所述加热单元的加热电压对所述第三陶瓷基体层上的所述测量单元的电场干扰。

进一步地，所述地线为外部地线或者所述加热单元的接地端。

进一步地，所述加热单元包括加热丝和用于连接所述外部电源的引线部分，所述加热丝为含铂的材料，所述加热单元的引线部分为含有铂、镍、铬、钨中的一种或多种的材料。

进一步地，所述测量单元用于测量氮氧化合物、一氧化碳或氧气的浓度。

进一步地，所述陶瓷为氧化锆材料。

进一步地，所述外接电源为直流电源或交流电源。

进一步地，所述外接电源为脉冲电源。

进一步地，所述第三陶瓷基体层进一步包含三个基体层，所述测量单元包括上下相对设置地夹在所述三个基体层中的相邻基体层之间的第一测量元件和第二测量元件。