專利名稱：一種芯片及其含有這種芯片的雙向串聯(lián)片式氧傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧傳感器的芯片， 尤其是涉及一種用于測(cè)量汽車尾氣中氧氣濃度的雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片；本發(fā)明還涉及這種雙向串聯(lián)片式氧傳感器。
背景技術(shù)：
汽車氧傳感器通過(guò)檢測(cè)尾氣中氧氣濃度，由電控系統(tǒng)的反饋控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比。這對(duì)于提高燃料利用率，降低污染氣體的排放具有重要的意義。傳統(tǒng)的電壓型氧傳感器為管式結(jié)構(gòu)，其制作工藝是首先成型并燒成ZrO2基電解質(zhì)基體，再涂燒Pt電極，在其上面進(jìn)行等離子濺射或化學(xué)浸漬，并燒多孔層；其次，制作發(fā)熱體元件。把二者組裝在一起成氧傳感器，由于ZrO2基電解質(zhì)基體、鉑電極、多孔層等是經(jīng)過(guò)多次燒成工藝，制成管狀元件，把二部分元件組合成氧傳感器，其工藝繁瑣，，達(dá)到工作溫度時(shí)間長(zhǎng)。檢測(cè)范圍較窄，僅能檢測(cè)理論空燃比附近的氧氣濃度。而且由于結(jié)構(gòu)上的原因，ZrO2基電解質(zhì)基體與鉑電極是接觸傳熱，響應(yīng)慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片，該芯片結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)實(shí)，體積微型化，功耗少，傳熱響應(yīng)快，本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是包含該芯片的雙向串聯(lián)片式氧傳感器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片，它包括有一極限電流型氧傳感器，其由極限電流型氧傳感器氧化鋯電解質(zhì)膜片的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極，再在一個(gè)鉑電極上覆蓋多孔膜構(gòu)成；一濃差電池型氧傳感器，其由濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極構(gòu)成；
一發(fā)熱體，其附在濃差電池型氧傳感器的鉑電極外部；一密封腔，其位于所述的極限電流型傳感器和濃差電池型傳感器之間的三邊；一空腔，其由所述的極限電流型氧傳感器、濃差電池型氧傳感器及密封腔圍成；所述的極限電流型氧傳感器、濃差電池型氧傳感器、發(fā)熱體、密封腔經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)為一體。
本發(fā)明的所要解決的另一個(gè)問(wèn)題技術(shù)所采用的技術(shù)方案一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器，它包括一上述的芯片；一保護(hù)罩，其安裝在所述的芯片的前端；一后支撐體，其支撐在所述的芯片后端；一前支撐體，其支撐在所述的保護(hù)罩和后支撐體之間；一金屬外殼，其經(jīng)鉚壓位于前支撐體、后支撐體的外部；一發(fā)熱體引線，其連接所述芯片的發(fā)熱體；兩信號(hào)線，其連接所述的芯片的鉑電極。
所述的芯片的極限電流型氧傳感器的鉑電極和所述的濃差電池型氧傳感器的鉑電極之間雙向串聯(lián)于電子閉環(huán)控制電路。
本發(fā)明極限電流型氧傳感器工作原理利用ZrO2電解質(zhì)氧泵的原理，當(dāng)氧氣通過(guò)多孔層，與Pt電極接觸，電極處于負(fù)電位，氧氣從多孔網(wǎng)狀的鉑電極產(chǎn)生電子交換，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，陰極上發(fā)生，氧離子在電場(chǎng)作用下，在電解質(zhì)中氧空位擴(kuò)散傳導(dǎo)，陽(yáng)極上發(fā)生。
上述傳導(dǎo)過(guò)程，電流的大小(I)與電壓(V)變化，電壓上升，電流增大，電壓上升到一定值時(shí)，由于多孔層透氧量的限制，電流處于飽和狀態(tài)，即電壓上升，而電流出現(xiàn)極限值，稱之為極限電流。其表達(dá)式IL=4FDO2SLPO2]]>F--法拉第常數(shù)；L--多孔膜中氣孔的長(zhǎng)度；
S--氣孔的面積；PO2--氧濃度差；DO2--氧氣的有效擴(kuò)散系數(shù)。
多孔膜形成的氣孔尺寸(S，L)適合電流-電壓特性，透氣量能夠產(chǎn)生極限電流。
雙向串聯(lián)片式多層氧傳感器的V-I特性測(cè)量電路中，汽車尾氣的氧氣經(jīng)多孔膜，進(jìn)入電解質(zhì)，在電極電壓的作用下，產(chǎn)生極限電流(IL)。而尾氣氧濃度和參比氣體氧濃度差，在電解質(zhì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。極限電流型氧傳感器的多孔膜下的鉑電極與濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片接觸尾氣的鉑電極相連接。并把鉑電極連接于電子閉環(huán)控制電路上。
本發(fā)明的有益效果1、由于本發(fā)明的雙向串聯(lián)氧傳感氧傳感器的芯片，由極限電流型氧傳感器、濃差電池型氧傳感器等構(gòu)成，集ZrO2電解質(zhì)、多孔膜、發(fā)熱體和多孔鉑電極于一體，結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)實(shí)，縮小體積，微型化，減少功耗，發(fā)熱體能使氧傳感器迅速達(dá)到工作溫度，響應(yīng)快。
2、本發(fā)明的雙向串聯(lián)氧傳感器能控制發(fā)動(dòng)機(jī)A/F比，在λ＞1，即A/F比大，產(chǎn)生極限電流控制電子噴油系統(tǒng)。而λ＝1，即氧氣濃度為0，則極限電流IL＝0，λ＜1，極限電流為負(fù)值，產(chǎn)生信號(hào)極微弱，會(huì)影響控制靈敏度。極限電流型氧傳感器串聯(lián)于濃差電池型氧傳感器，連接電子控制閉環(huán)電路，濃差電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償在λ＜1時(shí)微弱電流，濃差電池型氧化鋯氧傳感器克服λ＜1反饋控制信號(hào)弱的缺點(diǎn)。本發(fā)明的雙向串聯(lián)片式氧傳感器在λ為0.6--1.6范圍內(nèi)極限電流與氧濃度成正比關(guān)系，工作溫度300-900℃，測(cè)量電壓在0.4-1.8V范圍，可測(cè)量氣體的氧濃度和用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制噴油系統(tǒng)。
3、本發(fā)明雙向串聯(lián)氧傳感器為片式多層結(jié)構(gòu)，采用流延制膜技術(shù)，厚膜印刷技術(shù)，多層疊加、等靜壓等技術(shù)，適用片式多層元件現(xiàn)代生產(chǎn)線設(shè)備。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片；圖2為本發(fā)明的雙向串聯(lián)片式氧傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為連結(jié)有電子閉環(huán)控制電路的雙向串聯(lián)片式多層氧傳感器。
圖中，1-極限電流型氧傳感器，11-極限電流型氧傳感器氧化鋯電解質(zhì)膜片，12-多孔膜，13-鉑電極；2-濃差電池型氧傳感器，21-信號(hào)線，22-濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片，23-鉑電極；3-發(fā)熱體；4-密封腔；5-空腔具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片，它包括有一極限電流型氧傳感器1，其由極限電流型氧傳感器氧化鋯電解質(zhì)膜片11的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極13，再在一個(gè)鉑電極13上覆蓋多孔膜12構(gòu)成；一濃差電池型氧傳感器2，其由濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片22的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極23構(gòu)成，一發(fā)熱體3，其附在濃差電池型氧傳感器的鉑電極21外部；一密封腔4，其位于所述的極限電流型傳感器1和濃差電池型傳感器2之間的三邊；一空腔5，其由所述的極限電流型氧傳感器1、濃差電池型氧傳感器2及密封腔4圍成；所述的極限電流型氧傳感器1、濃差電池型氧傳感器2、發(fā)熱體3、密封腔4經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)為一體。
如圖2所示，一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器，它包括一上述的芯片；一電子閉環(huán)控制電路，其雙串連所述的極限電流型氧傳感器1的鉑電極和所述的濃差電池型氧傳感器2的鉑電極；一保護(hù)罩8，其安裝在所述的芯片的前端；一后支撐體7，其支撐在所述的芯片后端；一前支撐體5，其支撐在所述的保護(hù)罩8和后支撐體7之間；一金屬外殼6，其經(jīng)鉚壓位于前支撐體5、后支撐體7的外部；一發(fā)熱體引線31，其連接所述芯片的發(fā)熱體3；兩信號(hào)線21，其連接所述的芯片的鉑電極23。
如圖3所示，所述的芯片的極限電流型氧傳感器1的鉑電極和所述的濃差電池型氧傳感器2的鉑電極之間雙向串聯(lián)于電子閉環(huán)控制電路。
汽車尾氣的氧氣經(jīng)多孔膜，進(jìn)入極限電流型氧傳感器氧化鋯電解質(zhì)膜片，在電極電壓的作用下，產(chǎn)生極限電流(IL)。而尾氣氧濃度和參比氣體氧濃度差，在濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。極限電流型氧傳感器的電極與濃差電池型氧傳感器接觸尾氣的電極相連接。把電極連接于電子閉環(huán)控制電路上。
這種雙向串聯(lián)氧傳感器能控制發(fā)動(dòng)機(jī)A/F比，在λ＞1，即A/F比大，產(chǎn)生極限電流控制電子噴油系統(tǒng)。而λ＝1，即氧氣濃度為0，則極限電流IL＝0，λ＜1，極限電流為負(fù)值，產(chǎn)生信號(hào)極微弱，會(huì)影響控制靈敏度。極限電流型氧傳感器串聯(lián)于濃差電池型氧傳感器，連接電子控制閉環(huán)電路，濃差電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償在λ＜1時(shí)微弱電流，濃差電池型氧化鋯氧傳感器克服λ＜1反饋控制信號(hào)弱的缺點(diǎn)。本發(fā)明的雙向串聯(lián)片式氧傳感器在λ為0.6--1.6范圍內(nèi)極限電流與氧濃度成正比關(guān)系。
這種氧傳感器的電流信號(hào)正比于氧濃度，能控制內(nèi)燃機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片，其特征在于它包括有一極限電流型氧傳感器(1)，其由極限電流型氧傳感器氧化鋯電解質(zhì)膜片(11)的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極(13)，再在一個(gè)鉑電極(13)上覆蓋多孔膜(12)構(gòu)成；一濃差電池型氧傳感器(2)，其由濃差電池型氧化鋯電解質(zhì)膜片(22)的兩個(gè)表面上各印制一個(gè)鉑電極(23)構(gòu)成，一發(fā)熱體(3)，其附在濃差電池型氧傳感器的鉑電極(23)外部；一密封腔(4)，其位于所述的極限電流型傳感器(1)和濃差電池型傳感器(2)之間的三邊；一空腔(5)，其由所述的極限電流型氧傳感器(1)、濃差電池型氧傳感器(2)及密封腔(4)圍成；所述的極限電流型氧傳感器(1)、濃差電池型氧傳感器(2)、發(fā)熱體(3)、密封腔(4)經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)為一體。
2.一種雙向串聯(lián)片式氧傳感器，其特征在于，它包括一權(quán)利要求1所述的芯片；一保護(hù)罩(8)，其安裝在所述的芯片的前端；一后支撐體(7)，其支撐在所述的芯片后端；一前支撐體(5)，其支撐在所述的保護(hù)罩(8)和后支撐體(7)之間；一金屬外殼(6)，其經(jīng)鉚壓位于前支撐體(5)、后支撐體(7)的外部；一發(fā)熱體引線(31)，其連接所述芯片的發(fā)熱體(3)；兩信號(hào)線(21)，其連接所述的芯片的鉑電極(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙向串聯(lián)片式氧傳感器，其特征在于，所述的芯片的極限電流型氧傳感器(1)的鉑電極和所述的濃差電池型氧傳感器(2)的鉑電極之間雙向串聯(lián)于電子閉環(huán)控制電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量汽車尾氣中氧氣濃度的雙向串聯(lián)片式氧傳感器的芯片，它包括有一極限電流型氧傳感器(1)、一濃差電池型氧傳感器(2)、一發(fā)熱體(3)、一密封腔(4)、一空腔(5)，所述的極限電流型氧傳感器(1)、濃差電池型氧傳感器(2)、發(fā)熱體(3)、密封腔(4)經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)為一體。本發(fā)明還涉及這種雙向串聯(lián)片式氧傳感器。本發(fā)明的芯片由極限電流型氧傳感器、濃差電池型氧傳感器等構(gòu)成，集ZrO
文檔編號(hào)G01N27/409GK1821767SQ200610034508
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者江濤, 江麗君, 魏群, 李艷 申請(qǐng)人:廣州杰賽科技股份有限公司