具有包括固体电解质层和氧化铝基片的叠层的气体传感器

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具有包括固体电解质层和氧化铝基片的叠层的气体传感器

时间:2019-12-21本站浏览次数:67

       

具有包括固体电解质层和氧化铝基片的叠层的气体传感器

一种具有叠层的气体传感器(1a),所述叠层包括:氧化铝基片(11),具有嵌入在氧化基片(11)中的加热电阻器(115);第一氧离子传导性固体电解质层(131),含有氧化锆和氧化铝,并且部分地构成测氧池(13),并且所述的第一氧离子传导性固体电解质层(131)与所述的氧化铝基片(11)层叠;第二氧离子传导性固体电解质层(121),含有氧化锆和氧化铝,并且部分地构成泵氧池(12);防离子泄露陶瓷垫片(143),用于防止氧离子从第二氧离子传导性固体电解质层(121)向第一氧离子传导性固体电解质层(131)泄露,所述的垫片(143)层叠在所述的第一和第二氧离子传导性固体电解质层(131、121)之间;以及气体扩散空间(141),形成在测氧池(13)的电极(133)与泵氧池(12)的电极(126)之间。而且,叠层(1a)是共烧的。优选地,至少含在第二固体电解质层中的氧化锆是部分稳定化了的氧化锆,所述氧化锆的相态基本上由四方体相态和立方体相态构成。另外,在氧化铝基片(11)中可选择地嵌入防离子迁移电极(117)以防止金属离子迁移。

从传感器池启动的角度上,加热器通常比测氧池更加紧靠地连接在泵氧池上。以此方式泵氧池的温度可以比测氧池的温度上升得快。这是因为与单池型传感器相比双池型传感器的传感器启动延迟。如果增加用于加热加热器的电力以快速启动传感器池,就会降低加热器的耐用性和耐受性。如果把传感器的尺寸做得过小,泵氧池的泵送能力不足以准确地测定内燃机的空气-燃油比。由于这些缺点,现有研究者还没有在汽车内燃机和/或其排气控制系统中使用双池型气体传感器。

氧基准电极136和测氧电极133分别地共烧在氧离子传导性固体电解质层131的不同面上,从而构成测氧池13。测氧池13的测氧电极133和氧基准电极137放置得相应于加热电阻器U5的位置,后者又放置在第一氧化铝基片111下面。

防离子迁移电极117的整个线用负极充电,因为它电气地仅连接到负极的外部端子156(-)。结果电正性的金属离子被拉向负极的防离子迁移电极117。

(P):使用了加强绝缘罩152加强第二氧离子传导性固体电解质层121并且保护泵氧池12的通路124。这个特征(P)在通路124的耐受性或者耐久性及传感器叠层(la)方面是有优势的。

在需要有泵氧池、氧浓度检测池、加热所述池的加热器及由泵氧池于其中泵入泵出氧的空腔或者空间等的诸如全范围空气-燃油比传感器的多池型传感器中,出现了有关在有限的耗电下启动启动传感器池、泵氧池容量、测氧池测量精度、传感器可靠性等等各方面的问题。这是由于相比于单池型传感器,多池型传感器的结构和功能极为复杂。

避免把单结晶相态用作氧化铝基片与氧离子传导性固体电解质层131、121之间的热膨胀差调节物,特别是其在泵氧池12的第二氧离子传导性固体电解质层121中的应用,因为单结晶向四方体相态的转移有害于传感器叠层(la)的耐久性。如果没有氧化铝颗粒,单结晶向四方形相态的可逆转移发生在卯0摄氏度以上的温度,而四方形向单结晶相态的转移发生在200摄氏度以上的温度.

传感器池12、13的电极的厚度优选地在3至30微米(pm)的范围,或者更加优选地在10至25微米的范围。泵氧池的电极126的面积优选地在约l-20mn^的范围,或者更加优选地在6-l()mm2的范围。的最低厚度。至400微米之间。测氧池13的电极133的面积优选地是泵氧池12的电极126的电极的面积的15至80%。

包括其通路116的电线,并且制做测氧池13和泵氧池12的电极133、136、123、126,包括其通路134、137、124、127,还用于制做外部端子焊盘153、154、155、156.这是因为铂可以在共烧氧化铝基片和氧化锆层的氧化环境中共烧,例如在约摄氏1450至1560度的温度下共烧。

制造具有嵌入在氧化铝基片11中的防迁移电极117的叠层(la)时,可以使用与上述相似的方法,例外是可以使用MgO、CaO、BaO、Si02之类的金属氧化层作为未加工基片11中的无机粘合剂,所述的未加工基片11包含未加工的第一、第二和第三氧化铝层111、112、113,并且把未焙烧的防迁移电极117印在未焙烧的第三氧化铝层113上。

本发明的上述目的通过提供两种含有至少两个固体电解质层和一个氧化铝基片的叠层的气体传感器实现;一种具有防离子迁移的电极而另一种没有这样的防离子迁移电极。

(P):使用了加强绝缘罩152加强第二氧离子传导性固体电解质层121并且保护泵氧池12的通路124。这个特征(P)在通路124的耐受性或者耐久性及传感器叠层(la)方面是有优势的。

在本发明的一个方面,传感器叠层(la)具有的结构是,构成测氧池13第一氧离子传导性固体电解质层131是在氧化铝基片11和构成测氧池第二氧离子传导性固体电解质层121之间共烧的。换言之,加热电阻器115首先启动测氧池13,然后测氧池13启动泵氧池12.。由于较大的离子电流流经泵氧池12,从而在实际的循环环境中,所述泵氧池12比测氧池更易受损坏,测氧池有利地起热缓冲器的作用,用于缓冲加热电阻器115对泵氧池12的急剧的温度上升。




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