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一种宽域氧传感器的制作方法

2022-07-06 08:36:15 来源:中国专利 TAG:
1.本实用新型涉及传感器
技术领域
:,特别地涉及一种宽域氧传感器。
背景技术
::2.宽域氧传感器一般是通过监测感应电池的内阻进行精准控温,温度的高低会直接影响信号的输出,故内阻的设计十分关键。要实现监测感应电池内阻来实现控温,这就要求产品的温度—感应内阻曲线符合控制器的参数要求。现有产品由于电解质材料、电池结构不同所以控温策略上存在一定差异,因此就需要对感应电池内阻进行调整。3.传统的设计方案一般是通过调整电解质材料、改变电极材料、改变电极结构来调整感应电池内阻的大小。现有宽域氧传感器,感应电极位于感应电池电解质层的两侧,感应电池内阻大小取决于电解质的电导率、电解质层的厚度、电极材料等。该结构感应电池内阻可调范围较小,一般为几十欧至100ω以内的调节,对于某些产品要求目标内阻几百欧姆的情况,该结构则无法满足该类产品的内阻要求且材料变更较复杂易引发别的问题。4.公开专利:cn210690468u公开了的宽域氧传感器,如图1所示,通过改变感应电池的内外电极1′与加热器2′的相对位置,泵电池的内外电极3′仍位于加热器2′中心位置,使得感应电池的内外电极1′与泵电池的内外电极3′对应于加热器2′的不同加热区域,而具有不同的加热温度,实现灵活调整温度—感应内阻曲线,而且结构与工艺简单,一定程度上解决了上述存在的问题,但该宽域氧传感器的加热器是采用平滑的加热丝构成的u型结构,整个加热器区域温度场相对较均匀,对应于感应电池的内外电极1′与泵电池的内外电极3′的加热区域的加热温度差无法很大,从而限制了感应电池内阻的可调范围。技术实现要素:5.本实用新型的目的在于提供一种感应电池内阻的调节范围大的宽域氧传感器用以解决上述存在的技术问题。6.为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:一种宽域氧传感器,包括由下至上依次层叠设置的加热层、基体层、感应电池、扩散层和泵电池,泵电池包括泵电池电解质层以及分别设置在泵电池电解质层上下表面的泵外电极和泵内电极,感应电池包括感应电池电解质层以及分别设置在感应电池电解质层上下表面的感应外电极和感应内电极,加热层具有一加热器,加热器由连续弯折的加热丝构成,加热器具有加热温度不同的第一加热区域和第二加热区域,第一加热区域对应于泵外电极和泵内电极,第二加热区域对应于感应外电极和感应内电极。7.进一步的,所述第一加热区域和第二加热区域的加热丝尺寸不同。8.更进一步的,所述加热丝尺寸包括加热丝长度、加热丝宽度和加热丝厚度中的至少一种。9.进一步的,所述加热器由波纹状的加热丝构成。10.进一步的,所述加热器由方波状的加热丝构成。11.进一步的,所述加热器整体呈一边开口的矩形结构。12.进一步的,所述扩散层包括填充基体层和多孔扩散障,泵内电极全部位于多孔扩散障的覆盖区域,感应外电极部分位于多孔扩散障的覆盖区域,填充基体层将泵电池和感应电池之间除多孔扩散障所在区域外的其它区域都填充满,多孔扩散障作为该宽域氧传感器检测气体的扩散通道。13.更进一步的,所述填充基体层采用氧化铝流延片构成。14.进一步的,所述泵电池上方具有保护层。15.进一步的,所述基体层包括了由下至上依次层叠设置的第一氧化铝基体层、第二氧化铝基体层、第三氧化铝基体层和第四氧化铝基体层。16.本实用新型的有益技术效果:17.本实用新型能够在不改变感应电池电解质材料和电池结构的情况下,突破现有技术的感应电池内阻的调节范围,可实现感应电池内阻从几十欧到几千欧的调节,满足不同感应电池内阻值的需求,且结构和工艺简单,可靠性高。附图说明18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。19.图1为现有宽域氧传感器的分解图;20.图2为本实用新型的宽域氧传感器的分解图;21.图3为本实用新型的宽域氧传感器的剖视图;22.图4为本实用新型实施例一的加热器结构以及与泵电池的电极、感应电池的电极的位置对应示意图;23.图5为本实用新型实施例二的加热器结构以及与泵电池的电极、感应电池的电极的位置对应示意图;24.图6为本实用新型实施三的加热器结构图。25.附图标记说明26.1-加热层;2-基体层;3-感应电池;4-扩散层;5-泵电池;6-保护层;7-电极引脚;8-加热器引脚;11-加热器;12-绝缘基底层;13-加热器引线;20-第一氧化铝基体层;21-第二氧化铝基体层;22-第三氧化铝基体层;23-第四氧化铝基体层;31-感应电池电解质层;32-感应外电极;33-感应内电极;41-填充基体层;42-多孔扩散障;51-泵电池电解质层;52-泵外电极;53-泵内电极;61-多孔保护层;62-绝缘保护层;110-加热丝;111-第一加热区域;112-第二加热区域。具体实施方式27.为进一步说明各实施例,本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。28.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。29.实施例一30.如图2-4所示,一种宽域氧传感器,包括由下至上(以图2为方形基准)依次层叠设置的加热层1、基体层2、感应电池3、扩散层4、泵电池5和保护层6,泵电池5包括泵电池电解质层51以及分别设置在泵电池电解质层51上下表面的泵外电极52和泵内电极53,感应电池3包括感应电池电解质层31以及分别设置在感应电池电解质层31上下表面的感应外电极32和感应内电极33。本具体实施例中,泵电池电解质层51和感应电池电解质层31均为ysz(氧化钇稳定的氧化锆,yttriastabledzirconia)电解质薄膜,但并不限于此。31.加热层1包括绝缘基底层12以及设置在绝缘基底层12上表面的加热器11和加热器引线13,加热器引线13与加热器11电连接,加热器11由连续弯折的加热丝110构成,加热器11具有加热温度不同的第一加热区域111和第二加热区域112,第一加热区域111对应于泵外电极52和泵内电极53,用于对泵外电极52和泵内电极53所在的泵电池电解质层51区域进行加热,具体的,可以是沿上下方向,泵外电极52和泵内电极53的投影完全置于第一加热区域111内;也可以是泵外电极52和泵内电极53的投影大部分置于第一加热区域111内,有小部分超出第一加热区域111,例如延伸至第二加热区域112内而与感应外电极32和感应内电极33的投影部分重叠,如图4和5所示,使得结构更紧凑,又不影响第一加热区域111对泵外电极52和泵内电极53所在的泵电池电解质层51区域的加热。32.第二加热区域112对应于感应外电极32和感应内电极33,用于对感应外电极32和感应内电极33所在的感应电池电解质层31区域进行加热,具体的,可以是沿上下方向,感应外电极32和感应内电极33的投影完全置于第二加热区域112内;也可以是感应外电极32和感应内电极33的投影大部分置于第二加热区域112内,有小部分超出第二加热区域112,例如延伸至第一加热区域111内,使得结构更紧凑,又不影响第二加热区域112对感应外电极32和感应内电极33所在的感应电池电解质层31区域的加热。33.通过调整感应外电极32和感应内电极33所在的感应电池电解质层31区域的温度,可以在不改变感应电池电解质材料和电池结构的情况下调整感应电池内阻,但为了正常输出极限电流,泵外电极52和泵内电极53所在的泵电池电解质层51区域一般要保持较高温度,不能随便调整,为此,本实用新型将加热器1设置成具有加热温度不同的第一加热区域111和第二加热区域112,第一加热区域111的加热温度基本保持不变,通过调整第二加热区域112的加热温度,即可改变感应外电极32和感应内电极33所在的感应电池电解质层31区域的温度,从而调整感应电池内阻,且加热器11采用连续弯折的加热丝110构成,第二加热区域112与第一加热区域111之间的加热温度差容易可以设计得更大,即第二加热区域112的加热温度可调范围更大,从而突破现有技术的感应电池内阻的调节范围,可实现感应电池内阻从几十欧到几千欧的调节,满足不同感应电池内阻值的需求,且结构和工艺简单。34.本具体实施例中,第一加热区域111和第二加热区域112的加热丝110尺寸不同,从而实现第一加热区域111和第二加热区域112的加热温度不同,也即通过调整第二加热区域112的加热丝110尺寸可以实现调整第二加热区域112的加热温度。35.本具体实施例中,加热丝110尺寸包括加热丝长度、加热丝宽度和加热丝厚度,使得调整范围更大,但并不限于此,在一些实施例中,也可以是调节加热丝长度、加热丝宽度和加热丝厚度中的一种或两种。加热丝110长度的调整通过调整加热丝110弯折部的疏密来实现,而不会改变第二加热区域112所占用空间的大小和其加热范围,对产品的结构影响小,易于实现。36.本具体实施例中,加热器11由波纹状的加热丝110构成,如图4所示,但并不限于此,在一些实施例中,加热器11也可以由锯齿状、方波状等其它连续弯折结构的加热丝构成。37.本具体实施例中,加热器11整体呈一边开口的矩形结构,结构简单紧凑,易于实现,但并不限于此。38.当所需的感应电池内阻很大时,可以将第二加热区域112的加热丝110设计得较疏松(减短加热丝110的长度),并增大加热丝110的宽度和厚度,使得第二加热区域112的加热温度很低,形成低温区,如图4所示。例如若感应电池内置要控制为300ω,则在保持第二加热区域112的长度不变的情况下,将加热丝110的长度减短为25mm,宽度设置为0.45mm,厚度25μm。39.本具体实施例中,扩散层4包括填充基体层41和多孔扩散障42,泵内电极53全部位于多孔扩散障42的覆盖区域,感应外电极32部分位于多孔扩散障42的覆盖区域,填充基体层41将泵电池5和感应电池3之间除多孔扩散障42所在区域外的其它区域都填充满,多孔扩散障42作为该宽域氧传感器检测气体的扩散通道。采用该扩散层4结构,可以解决多次丝印带来的工序复杂问题,且多孔扩散障42的厚度较厚,可以采用两侧进气的方式,在控制气体扩散量上可通过倒角的方式进行灵活控制。40.多孔扩散障42的气孔率达10%-30%之间即可,确保了多孔扩散障42整体结合强度,产品耐振动性更强。41.本具体实施例中,填充基体层41采用氧化铝流延片制成,以保证良好的绝缘性能,而且能有效避免印刷带来的段差问题,降低产品开裂的风险。42.本具体实施例中,基体层2包括由上到下依次层叠设置的第一氧化铝基体层20、第二氧化铝基体层21、第三氧化铝基体层22和第四氧化铝基体层23,基体层2采用四层氧化铝基体层,进一步增强力学强度,整体软度会更好,但并不以此为限,在一些实施例中,基体层2也可以由1层、2层、3层、5层或5层以上的氧化铝基体层构成。43.当然,在一些实施例中,基体层2也可采用氧化锆材料等制成,具体根据实际需要进行选择。44.保护层6包括多孔保护层61和绝缘保护层62,多孔保护层61位于感应电池3的电极和泵电池5的电极上方。本具体实施例中,绝缘保护层62为氧化铝保护层,保护效果好,易于实现,但并不以此为限。45.保护层6上还具有与泵电池5的电极以及与感应电池3的电极相连接的电极引脚7,相应的,绝缘基底层12下表面具有与加热器引线13连接的加热器引脚8,电极引脚7和加热器引脚8均用于与外部电路相连接。46.实施例二47.如图5所示,本实施例与实施例一的结构大致相同,主要区别在于:本实施例的第二加热区域112的加热丝110比实施例一设计得更紧密(增长加热丝110的长度),但比第一加热区域111略疏松,且本实施例的第二加热区域112的加热丝110的宽度和厚度比实施例一的小,但比第一加热区域111的略大,使得本实施例第二加热区域112的加热温度高于实施例一的第二加热区域112的加热温度,但还是略低于第一加热区域111的加热温度,使得本实施例的感应电池内阻大大小于实施例一的感应电池内阻。48.如本实施例的感应电池内阻要控制为80ω,则在保持第二加热区域112的长度不变的情况下,将加热丝110的长度设置为40mm,宽度设置为0.3mm,厚度20μm。49.实施例三50.如图6所示,本实施例与实施例一的结构大致相同,主要区别在于:本实施例的加热器11由方波状的加热丝110构成,第二加热区域112的加热丝110比第一加热区域111设计的较疏松,第二加热区域112的加热丝110的宽度和厚度比第一加热区域111的较大些。51.本实用新型能够在不改变感应电池电解质材料和电池结构的情况下,突破现有技术的感应电池内阻的调节范围,可实现感应电池内阻从几十欧到几千欧的调节,满足不同感应电池内阻值的需求,且结构和工艺简单,可靠性高。52.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。当前第1页12当前第1页12
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