[实用新型]一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器

说明书

本实用新型公开了一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的泵氧层、扩散层、参比层、加热层和平衡层；所述泵氧层包括第一氧化锆基片，所述第一氧化锆基片的上表面设有泵氧外电极，第一氧化锆基片的下表面设有泵氧内电极，所述扩散层包括第一氧化铝基片，所述第一氧化铝基片的一端设有扩散腔，所述扩散腔的一侧设有尾气扩散通道，所述参比层包括第二氧化锆基片，所述第二氧化锆基片的上表面设有测试电极，第二氧化锆基片的下表面设有参比电极，所述加热层包括从上到下依次叠加的第二氧化铝基片、加热器和第三氧化铝基片，所述平衡层为第三氧化锆基片。本实用新型无需对结构进行额外的绝缘且绝缘性能优异。

技术领域

本实用新型涉及汽车用氧传感器技术领域，特别是一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器。

背景技术

随着汽车尾气排放标准越发严格，传统开关型片式氧传感器的使用将会不满足于排放标准，主要是其测试精度和测量范围均不能满足使用要求。因此，研发更高精度、更宽测量范围的氧传感器已成为必然的发展趋势。目前，输出信号为线性输出，测量范围为过量空气系数λ≥0.7的所有燃烧状况的宽域氧传感器已成为研发重点，其可以输出发动机燃烧过程中实时的λ值，达到更精确的控制燃烧，同时也可应用于稀薄燃烧控制，从而进一步降低尾气中有害气体的产生和燃油的消耗。

目前的宽域氧传感器芯片结构主要分为三部分：加热器、泵氧电池和参考电池。其中加热器主要是为了使芯片达到并维持最佳工作温度，在使用过程中加热器始终处于工作状态；泵氧电池执行泵氧并输出极限电流；参考电池相当于片式氧传感器，通过两侧氧浓差输出电压来进行λ判断。泵氧电池和参考电池协同工作达到精确测量尾气λ的目的。

当芯片处于工作状态，尾气通过扩散障进入扩散腔时，由于参考电池中泵电流的存在使其两边产生氧分压，读取此时参考电池的输出即可初步判断尾气λ。当输出为450mV时，说明此时λ＝1，为最佳燃烧状态；当输出不等于450mV，就会在泵氧电池两端施加泵电压，将氧气泵进或泵出扩散腔，使参考电池的输出向450mV靠近。在此过程中会产生极限电流，此极限电流就与尾气λ一一对应，实现实时测量λ的目的。

现在市面上主要的宽域氧传感器芯片均是全氧化锆结构，此结构首先需要对加热器进行额外的绝缘处理，即加热器不能直接接触氧化锆，必须在其上下表面丝网印刷氧化铝绝缘层；同时为了避免电极之间信号的相互干扰，也会对电极导线进行绝缘处理，绝缘层的厚度通常在10～20μm。这样既增加了丝网印刷的次数，工作温度下的绝缘性能也不理想，影响了芯片的使用寿命和测试精度。从而，传统的全氧化锆结构还存在以下缺陷：存在多层绝缘层，制备繁琐同时成品率不高；绝缘层的绝缘性仍有待提高；由于氧化锆热导率差，反复使用结构中热应力大易产生裂纹，影响使用寿命；氧化锆加氧化铝结构不对称，烧结过程中极易弯曲，影响成品率。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，此结构中氧化锆层用作功能层，氧化铝层用作绝缘层，无需对结构进行额外的绝缘且绝缘性能优异，其结构基本对称，也消除了两种不同材料带来的弯曲，同时响应时间得到了提高。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种无需额外绝缘的片式宽域氧传感器，包括从上到下依次叠加烧结而成的泵氧层、扩散层、参比层、加热层和平衡层；所述泵氧层包括第一氧化锆基片，所述第一氧化锆基片的上表面设有泵氧外电极，第一氧化锆基片的下表面设有泵氧内电极，所述扩散层包括第一氧化铝基片，所述第一氧化铝基片的一端设有扩散腔，所述扩散腔的一侧设有尾气扩散通道，所述参比层包括第二氧化锆基片，所述第二氧化锆基片的上表面设有测试电极，第二氧化锆基片的下表面设有参比电极，所述加热层包括从上到下依次叠加的第二氧化铝基片、加热器和第三氧化铝基片，所述平衡层为第三氧化锆基片。

作为一种优选的实施方式，所述泵氧外电极上覆盖有多孔保护层。

作为另一种优选的实施方式，所述泵氧内电极和所述测试电极均设于所述扩散腔内。