專(zhuān)利名稱(chēng)：氣敏傳感器和氣敏傳感器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)氣體的氣敏傳感器，比如在要測(cè)量的氣體中檢測(cè)氧氣，要測(cè)量的氣體可以是內(nèi)燃機(jī)的廢氣，以及一種制造所述氣敏傳感器的方法。
2.背景技術(shù)一種氣敏傳感器是已知的，其形狀為引導(dǎo)(leading)端封閉的底端圓柱形并且在它的內(nèi)外表面上具有檢測(cè)電極，用于在要測(cè)量的氣體中檢測(cè)特定氣體成分，比如用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)廢氣中的氧氣或者類(lèi)似的成分的氣敏傳感器。在這種氣敏傳感器中，通過(guò)向氣體檢測(cè)元件內(nèi)部引入作為參照氣體的空氣，并且通過(guò)使其外部與要檢測(cè)的氣體接觸，測(cè)量氣體濃度。由于檢測(cè)元件內(nèi)外部之間的濃度差異產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)被測(cè)量。
此外，在這種已知的氣敏傳感器中，金屬外殼(或者金屬殼體)包圍氣體檢測(cè)元件以將氣體檢測(cè)元件固定在預(yù)定位置。還有一種氣敏傳感器是已知的，其中在氣體檢測(cè)元件和金屬外殼之間布置粉末層，以維持兩者之間的氣密性(例如，如JP2001-281209A公開(kāi)的)。
3.本發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中的氣敏傳感器已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有下述問(wèn)題。特別地，如果暴露在潮濕環(huán)境中(即，高濕度)，粉末層吸收水份，于是氣體檢測(cè)元件的金屬外殼和外電極之間的電阻降低。結(jié)果，在兩者之間通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生輸出噪音，因此損害氣體濃度檢測(cè)的精確性。
本發(fā)明的提出是為了解決上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種即使處于潮濕環(huán)境中在粉末層會(huì)吸收水份的情況下能保持必須的絕緣特性的氣敏傳感器，以及一種制造所述氣敏傳感器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述目的通過(guò)提供這樣的一種氣敏傳感器已經(jīng)得到實(shí)現(xiàn)，所述氣敏傳感器包括在軸向方向延伸的氣體檢測(cè)元件，其包括設(shè)置在所述氣體檢測(cè)元件引導(dǎo)端側(cè)的外表面上的檢測(cè)電極，和連接所述檢測(cè)電極并朝著所述氣體檢測(cè)元件后端側(cè)延伸的引導(dǎo)部分；圓柱形金屬外殼，該金屬外殼容納所述氣體檢測(cè)元件，使所述氣體檢測(cè)元件從所述金屬外殼的引導(dǎo)端側(cè)突出；粉末層，所述粉末層填充所述氣體檢測(cè)元件和所述金屬外殼之間的間隙，并且覆蓋至少一部分所述引導(dǎo)部分；和設(shè)置在所述粉末層和所述引導(dǎo)部分被粉末層覆蓋的部分之間的絕緣層。
本發(fā)明的氣敏傳感器采用這樣的結(jié)構(gòu)制成，通過(guò)在粉末層和引導(dǎo)部分的部分之間插入絕緣層，以防止引導(dǎo)部分被粉末層覆蓋的部分和粉末層之間直接接觸。結(jié)果，即使處于潮濕環(huán)境中粉末層吸收水份的情況下，能維持所希望的絕緣特性。結(jié)果，這樣的結(jié)構(gòu)防止電流流過(guò)金屬外殼和引導(dǎo)部分之間，以防止輸出端的噪音產(chǎn)生，于是提供精確的氣體濃度檢測(cè)結(jié)果。
所述引導(dǎo)部分可以在后端方向伸過(guò)氣體檢測(cè)元件的外圓周，比粉末層的后端側(cè)更遠(yuǎn)。此外，引導(dǎo)部分可以這樣形成，伸過(guò)氣體檢測(cè)元件的整個(gè)圓周，或者可以這樣形成，采用棒的形狀朝著后端側(cè)從檢測(cè)電極伸進(jìn)氣體檢測(cè)元件的圓周部分。
在本發(fā)明的氣敏傳感器中，絕緣層優(yōu)選地包括玻璃，并且更優(yōu)選地絕緣層主要(例如，不少于重量比的80％)由玻璃組成。所述絕緣層可包括由例如氧化鋁制成的陶瓷填料，優(yōu)選地不少于重量比的20％。通過(guò)提供包括玻璃的絕緣層，當(dāng)提供足夠的絕緣特性時(shí)能保持抗熱性。
此外，在本發(fā)明的氣敏傳感器中，絕緣層優(yōu)選地包括多個(gè)層。結(jié)果，能形成主要由玻璃制成的絕緣層，不具有孔，因而進(jìn)一步防止由于孔的存在導(dǎo)致的絕緣特性的降低。
在本發(fā)明的氣敏傳感器中，在多個(gè)層中，靠近引導(dǎo)部分的第一絕緣層優(yōu)選地由結(jié)晶玻璃制成。當(dāng)靠近引導(dǎo)部分的第一絕緣層由結(jié)晶玻璃制成時(shí)，第一絕緣層能抗軟化。因此，當(dāng)維持第一絕緣層的原始厚度時(shí)，靠近第一絕緣層的第二絕緣層能形成。結(jié)果，形成具有較大厚度的絕緣層以防止絕緣特性的降低。
所述氣體檢測(cè)元件可以具有凸出到徑向外側(cè)的凸緣，并且此凸緣起的作用是，將氣體檢測(cè)元件通過(guò)襯墊固定在金屬外殼和絕緣件。在后端方向越過(guò)襯墊，一部分的粉末層進(jìn)入氣體檢測(cè)元件和金屬外殼或者絕緣件之間的間隙。然后，粉末層如上所述，吸收水份，于是金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的檢測(cè)電極之間或者和引導(dǎo)部分之間的電阻被降低。結(jié)果，電流可以從中流過(guò)，噪音被引入輸出端而干擾精確的氣體濃度檢測(cè)。
因此，在本發(fā)明的氣敏傳感器中，優(yōu)選的是，絕緣層優(yōu)選地盡量延伸到覆蓋接觸襯墊的一部分凸緣。當(dāng)絕緣層盡量延伸到覆蓋接觸襯墊的一部分凸緣時(shí)，能防止金屬外殼和檢測(cè)電極之間或者和引導(dǎo)部分之間的短路，即使設(shè)置在接觸襯墊的凸緣部分的粉末層吸收水份。
在引導(dǎo)端方向，所述間隙形成在比氣體檢測(cè)元件和金屬外殼之間的襯墊更遠(yuǎn)的位置。當(dāng)氣敏傳感器被安裝在排氣管或者類(lèi)似的，氣體檢測(cè)元件和金屬外殼之間的間隙被暴露給要測(cè)量的氣體，于是進(jìn)入間隙的氣體中的碳或者類(lèi)似的成分黏附在氣體檢測(cè)元件和金屬外殼的表面。所述碳還黏附在設(shè)置在氣體檢測(cè)元件內(nèi)的檢測(cè)電極或者引導(dǎo)部分上。結(jié)果，金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的檢測(cè)電極或者引導(dǎo)部分之間的電阻降低，以允許電流流過(guò)，而且噪音被引入到輸出端而干擾精確地氣體濃度檢測(cè)。
因此，在本發(fā)明的氣敏傳感器中，氣體檢測(cè)元件優(yōu)選地包括多孔保護(hù)層，其覆蓋檢測(cè)電極的至少一部分并且置于絕緣層的至少引導(dǎo)端部上面甚至與其重疊。在氣敏傳感器的檢測(cè)電極的外圓周上，設(shè)置保護(hù)層，用于抑制氣敏傳感器檢測(cè)精度的降低，否則在要測(cè)量的氣體中的有害物質(zhì)例如鉛會(huì)引起精度降低。通過(guò)在它的引導(dǎo)端側(cè)疊加保護(hù)層和絕緣層(就是說(shuō)，通過(guò)在引導(dǎo)端方向用保護(hù)層和絕緣層覆蓋氣體檢測(cè)元件的越過(guò)襯墊的那部分)，通過(guò)保護(hù)層和絕緣層能防止金屬外殼和檢測(cè)元件或者引導(dǎo)部分之間的電流流動(dòng)。即使碳或者類(lèi)似的進(jìn)入金屬外殼和氣體檢測(cè)元件之間的間隙并黏附在金屬外殼和氣體檢測(cè)元件上，同樣如此。這種布置有效地防止噪音被引入輸出端，因而獲得精確的氣體濃度檢測(cè)。
因此，在本發(fā)明的氣敏傳感器中，保護(hù)層優(yōu)選地覆蓋絕緣層的引導(dǎo)端部。當(dāng)被保護(hù)層覆蓋時(shí)，絕緣層不能輕易地進(jìn)入保護(hù)層的孔中，并且相反保護(hù)層不能影響絕緣特性。相反地，正如在本發(fā)明中，通過(guò)用保護(hù)層覆蓋絕緣層的引導(dǎo)端部，能維持絕緣特性。
此外，絕緣層優(yōu)選地在引導(dǎo)端方向延伸到比金屬外殼的引導(dǎo)端更遠(yuǎn)。結(jié)果，即使碳或者類(lèi)似的黏附在金屬外殼或者氣體檢測(cè)元件，絕緣層能有效地防止金屬外殼和檢測(cè)元件或者引導(dǎo)部分之間的電流流動(dòng)，并且防止噪音被引入輸出端而獲得精確的氣體濃度檢測(cè)。
按照本發(fā)明，一種制造所述氣敏傳感器的氣敏傳感器制造方法特征在于，通過(guò)施加玻璃漿，干燥玻璃漿和熱處理玻璃漿形成絕緣層。本發(fā)明的氣敏傳感器制造方法的一個(gè)優(yōu)選方案其特征在于，包括上述施加，干燥和熱處理步驟的一系列步驟被重復(fù)至少兩次，以形成絕緣層。通過(guò)執(zhí)行這些步驟，形成具有足夠的厚度，足夠絕緣特性和抗熱性的絕緣層是可能的。
本發(fā)明提供一種即使在粉末層處于潮濕環(huán)境吸收水份的情形下能維持良好絕緣特性的氣敏傳感器，以及提供一種用于制造該氣敏傳感器的方法。


圖1是按照本發(fā)明實(shí)施例的氧傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1中氧傳感器的局部剖視圖。
圖3是圖1中氧傳感器的檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖1中氧傳感器的檢測(cè)元件的另一個(gè)結(jié)構(gòu)圖。
圖5是制造檢測(cè)元件的制造步驟流程圖。
圖6是用于實(shí)現(xiàn)絕緣層的水下絕緣試驗(yàn)的圖。
參照序號(hào)的說(shuō)明在圖中用于指示不同結(jié)構(gòu)元件的參照序號(hào)包括下面這些1---氧傳感器，2---檢測(cè)元件，3---加熱器，5---金屬外殼，7---墊圈，8，9---絕緣件，10---粉末層，11---保護(hù)件，12---氣體預(yù)熱孔，13---過(guò)濾件，14---絕緣墊圈，15---陶瓷分離器，16，17，29---導(dǎo)線，18---內(nèi)電極連接件，19---外電極連接件，20---元件本體，21---檢測(cè)部分，22---凸緣，23---內(nèi)圓柱件，24---臺(tái)階(圖中沒(méi)標(biāo))，25---氣體入口，26---外圓柱件，27---輔助氣體入口，28---加熱器連接端子，30---外電極，31---檢測(cè)電極，32---引導(dǎo)部分，33---環(huán)部分，40---絕緣層，50---保護(hù)層，51---螺紋，52---六角形部分(圖中沒(méi)標(biāo))，53---凸出，54---配合側(cè)臺(tái)階，55，58---襯墊，56---附加緊固部分，57---環(huán)形環(huán)，60---內(nèi)電極，和71---絕緣電阻測(cè)試器。
具體實(shí)施例方式
參照相應(yīng)

一個(gè)實(shí)施例，其中本發(fā)明的氣敏傳感器應(yīng)用于氧傳感器。然而，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被看作限定于此。圖1是按照本發(fā)明氣敏傳感器一個(gè)實(shí)施例的氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，氧傳感器1帶有作為氣體檢測(cè)元件的檢測(cè)元件2，加熱器3，金屬外殼5和其它部件。在這些部件中，加熱器3由棒形的陶瓷加熱器制成，并被插進(jìn)檢測(cè)元件2中。
金屬外殼5在其外圓周設(shè)置有螺紋51，用于在排氣管或者類(lèi)似件的安裝部分上安裝氧傳感器1，和設(shè)置有凸出53，當(dāng)傳感器被安裝到排氣管的安裝部分時(shí)，在此應(yīng)用安裝配合。此處，凸出53在其引導(dǎo)端面上設(shè)置有墊圈7。
金屬外殼5在其內(nèi)圓周設(shè)置有一個(gè)朝著引導(dǎo)端面?zhèn)葟较驕p小的配合側(cè)臺(tái)階54。此外，在金屬外殼5和檢測(cè)元件2之間插入由絕緣陶瓷制成的絕緣件8和9?；蛘哳?lèi)似的粉末層19在壓力下被夾在絕緣件8和9之間。此粉末層10密封檢測(cè)元件2和金屬外殼5之間的間隙以保持氣密性。襯墊55被夾在絕緣件9的引導(dǎo)端和配合側(cè)臺(tái)階54之間，環(huán)形環(huán)57設(shè)置在絕緣件8的后端。
在金屬外殼5的引導(dǎo)端側(cè)，附加一個(gè)保護(hù)件11，用于覆蓋檢測(cè)元件2的檢測(cè)部分21。此保護(hù)件11設(shè)置有多個(gè)用于引入要測(cè)量的氣體的透氣孔12。
此外，在金屬外殼5的引導(dǎo)端側(cè)，附加一個(gè)由SUS304L制成的內(nèi)圓柱件23。內(nèi)圓柱件23設(shè)置有用于向氣體檢測(cè)元件引入?yún)⒄諝怏w的氣體入口25。
在內(nèi)圓周件23的外側(cè)，設(shè)置外圓柱件26，在對(duì)應(yīng)氣體入口25的位置設(shè)置有多個(gè)輔助氣體入口27。此外，在氣體入口25和輔助氣體入口27之間，形成用于覆蓋氣體入口25的過(guò)濾件13。所述過(guò)濾件13通過(guò)在引導(dǎo)端側(cè)和輔助氣體入口27的后端側(cè)輔助地緊固外圓柱件26進(jìn)行固定。在內(nèi)圓柱件23的內(nèi)部，形成陶瓷分離器15。此陶瓷分離器15容納分別與相應(yīng)的導(dǎo)線16，17和29連接的外電極連接件19，用于連接外電極30，內(nèi)電極連接件18，用于連接內(nèi)電極60，和加熱器連接端子28，用于連接加熱器3。這些導(dǎo)線16，17和29穿過(guò)固定在外圓柱件26后端側(cè)的橡膠制成的絕緣墊圈14與外部連接。
前述氧氣傳感器1在這種狀態(tài)下使用，其中它的引導(dǎo)端側(cè)(如圖1的下部)通過(guò)螺紋51被置于排氣管或者類(lèi)似件中，并且它的后端側(cè)(如圖1的下部)通過(guò)螺紋被置于外部大氣中。通過(guò)布置在檢測(cè)元件2中的加熱器3，加熱并啟動(dòng)檢測(cè)元件2。此外，作為參照氣體，外部大氣(空氣)依次通過(guò)輔助氣體入口27，過(guò)濾件13和氣體入口25被引入檢測(cè)元件2。廢氣通過(guò)保護(hù)件11的透氣孔12被引入檢測(cè)元件2的外部。
結(jié)果，由于檢測(cè)元件2內(nèi)外面之間的氧濃度差，產(chǎn)生氧濃度電動(dòng)勢(shì)。此外，通過(guò)提取(extract)作為廢氣中氧濃度檢測(cè)信號(hào)的氧濃度電動(dòng)勢(shì)來(lái)檢測(cè)廢氣中的氧濃度，該廢氣穿過(guò)內(nèi)電極60、內(nèi)電極連接件18和導(dǎo)線17，并穿過(guò)外電極30、外電極連接件19和導(dǎo)線16。
接著，參照?qǐng)D2至4說(shuō)明檢測(cè)元件2。
如圖2所示，檢測(cè)元件2設(shè)置有其引導(dǎo)端封閉的底端形狀為圓柱形的元件本體(或基板)20。該元件本體20由主要由氧化鋯或者類(lèi)似材料制成的氧離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)制成。此外，元件本體20在后端側(cè)(如圖2上方的位置)設(shè)置有徑向向外突出的凸緣22。如圖1所示，凸緣22通過(guò)襯墊58被固定在絕緣件9上。在圖2中，以和圖1不同的縱橫比示意地畫(huà)出檢測(cè)元件2的截面層狀結(jié)構(gòu)。
此外，在元件本體20的內(nèi)側(cè)，設(shè)置例如由多孔Pt或者Pt合金制成的內(nèi)電極60。在元件本體20的外部，形成例如由多孔Pt或者Pt合金制成的外電極30。在檢測(cè)電極31的外側(cè)，形成保護(hù)層50，為例如尖晶石的陶瓷噴鍍層。
如圖3所示，所述外電極30由基本覆蓋檢測(cè)部分21的檢測(cè)電極31，被電連接到檢測(cè)電極31用于將電極提取(extract)到后端側(cè)的引導(dǎo)部分32，和一個(gè)環(huán)形部分33構(gòu)成。在整個(gè)面積上，如圖2和4所示，從檢測(cè)電極31的后端部分到引導(dǎo)部分32的環(huán)形端子部分33的前部，形成絕緣層40以覆蓋它們的外側(cè)。
下面介紹作為本發(fā)明關(guān)鍵特征的絕緣層40。絕緣層40被夾在粉末層10和由粉末層10覆蓋的引導(dǎo)部分32之間。結(jié)果，該結(jié)構(gòu)防止外電極30(主要是引導(dǎo)部分32)和粉末層10直接接觸。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，即使粉末層10吸收水份，引導(dǎo)部分32的部分(即引導(dǎo)部分32被粉末層10覆蓋的部分)經(jīng)過(guò)絕緣層40被粉末層10覆蓋，于是防止引導(dǎo)部分32和粉末層10之間的直接接觸。結(jié)果，保持外電極30和金屬外殼5之間必須的絕緣特性。因此，防止金屬外殼和引導(dǎo)部分之間的短路，因而防止噪音被引入輸出側(cè)而得到精確的氣體濃度檢測(cè)。
所述絕緣層40如希望的具有良好的絕緣特性和抗熱性。因此，絕緣層40優(yōu)選地主要由玻璃制成(優(yōu)選地為不少于重量比的80％，例如在此實(shí)施例中占重量的100％)。所述絕緣層40包括不少于重量比20％的陶瓷填料，例如氧化鋁。所述玻璃優(yōu)選地具有少量的堿性金屬元素成分，而不引起由于遷移導(dǎo)致的電絕緣特性的降低。
如圖2所示，此外，絕緣層40由多個(gè)層構(gòu)成。特別地，絕緣層40由具有同樣成分的第一玻璃層411和第二玻璃層412構(gòu)成。因此，絕緣層40由第一玻璃層411和第二玻璃層412的多個(gè)層構(gòu)成，于是絕緣層40主要由沒(méi)有孔的玻璃組成，因而防止當(dāng)存在孔時(shí)的電絕緣特性的降低。此外，使絕緣層40結(jié)晶，在使其成型后，以具有升高的軟化溫度，當(dāng)形成第二玻璃層412時(shí)很難被軟化。結(jié)果，第二玻璃層412能由和第一玻璃層411的材料一樣的材料制成，于是使絕緣層40加厚并防止絕緣特性的降低。
此外，所述絕緣層40延伸到襯墊58和凸緣22之間。結(jié)果，即使粉末層10的一部分滲透進(jìn)襯墊58的后端，防止在金屬外殼5和檢測(cè)電極31之間由于吸收水份可能發(fā)生的短路也是可能的。
此外，絕緣層40在引導(dǎo)端方向延伸到比金屬外殼5的引導(dǎo)端更遠(yuǎn)。當(dāng)氣敏傳感器1連接到排氣管或者類(lèi)似件上時(shí)，需檢測(cè)的氣體中的碳或者類(lèi)似成分進(jìn)入間隙65，該間隙形成在引導(dǎo)端方向上襯墊58之外位于檢測(cè)元件2和金屬外殼5之間。即使碳黏附在氣體檢測(cè)元件和金屬外殼的表面上，絕緣層40能有效地防止金屬外殼5和檢測(cè)電極或者和引導(dǎo)部分32之間由于被碳黏附可能引起的短路。
此外，絕緣層40伸到檢測(cè)電極31的后端，如圖4所示。結(jié)果，可靠地防止引導(dǎo)部分之間的短路是可能的。
如圖2所示，絕緣層40的引導(dǎo)端側(cè)覆蓋有保護(hù)層50。結(jié)果，氣體檢測(cè)元件2在比襯墊58的引導(dǎo)端側(cè)更遠(yuǎn)的位置被保護(hù)層50或者絕緣層40覆蓋。因此，即使碳或者類(lèi)似物沉積在引導(dǎo)端方向上比襯墊58更遠(yuǎn)的、金屬外殼5和氣體檢測(cè)元件2之間的間隙內(nèi)(于是碳或者類(lèi)似物黏附在金屬外殼5或者氣體檢測(cè)元件2)，也能有效地防止電流(漏電流)。在這方面，保護(hù)層50或者絕緣層40防止電流在金屬外殼5和檢測(cè)電極31或者和引導(dǎo)部分32之間流動(dòng)。于是，輸出噪音得到避免，獲得精確的氣體濃度檢測(cè)。
特別地，保護(hù)層50覆蓋絕緣層40的引導(dǎo)端部，于是絕緣特性能被多孔保護(hù)層50和絕緣層40保持。
接著，參照?qǐng)D5說(shuō)明一種制造檢測(cè)元件2的方法。如圖5所示，由主要包括氧化鋯或者類(lèi)似材料的氧離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)件制成的基板(元件本體20)被燒制(在101)。
接著，通過(guò)非電解鍍層形成鉑電極(外電極30)(在102)，并且通過(guò)加熱使其硬化(在103)。所述加熱在1230℃的氣氛中實(shí)施。
接著，在基板外側(cè)構(gòu)成絕緣層40的部分被施加第一玻璃漿(在104)。對(duì)于此玻璃漿的施加，可以使用浸沒(méi)的方法，例如，除了玻璃漿施加部分外，用TEFLON(注冊(cè)商標(biāo))帶或者類(lèi)似的將元件本體掩蓋，使元件本體浸沒(méi)在玻璃漿中。在這種情況下，玻璃漿內(nèi)容物是10到15克的粉末玻璃，10毫升的純水和0.1到1.0克的粘合劑進(jìn)行配比。使用滾筒的方法也是可能的，其中玻璃漿的施加是通過(guò)當(dāng)在與滾筒的方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)元件本體時(shí)，使元件本體緊靠著滾筒鄰接，或者使用噴霧的方法也是可能的，其中當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)元件本體時(shí)，玻璃漿被噴在元件本體上。
接著，使用加熱槍或者類(lèi)似物使玻璃漿干燥(在105)，然后使用回?zé)釥t或者類(lèi)似的使玻璃漿經(jīng)過(guò)熱處理而形成第一玻璃層411(在106)。例如，上述熱處理的實(shí)施是在1170℃的氣氛中保持20分鐘。
接著，類(lèi)似于第一玻璃漿的施加在前述玻璃層實(shí)施第二玻璃漿的施加(在107)，然后使其干燥(在108)。之后，實(shí)施熱處理(例如，在1170℃的氣氛中)而形成第二玻璃層(在109)。第一玻璃層411已經(jīng)結(jié)晶，于是它很難軟化，即使在1170℃進(jìn)行熱處理。因此，通過(guò)施加兩次玻璃漿形成絕緣層40，于是沒(méi)孔的絕緣層40能夠形成，以防止絕緣特性由于孔，若有的話，而降低。因此通過(guò)這些步驟形成的玻璃層具有大約40至300um的厚度。如果厚度小于40um，當(dāng)使用傳感器時(shí)，不能得到足夠的絕緣特性。
接著，通過(guò)等離子噴涂在檢測(cè)電極31的外側(cè)形成保護(hù)層50(在110)。此保護(hù)層50由尖晶石或者類(lèi)似的陶瓷多孔層制成，厚度大約100至180um。
接著，通過(guò)非電解鍍層形成鉑電極(內(nèi)電極60)(在111)，并且通過(guò)加熱使其干燥(在103)。硬化處理的條件是在700℃下的氫或者類(lèi)似的還原氣氛。
然后，其中形成內(nèi)電極60的檢測(cè)元件2通過(guò)已知方法在金屬外殼5上通過(guò)襯墊58和絕緣件9被固定，并且內(nèi)部依次裝入粉末層10，絕緣件8和環(huán)形環(huán)57。內(nèi)圓柱件23在它的引導(dǎo)端部由金屬外殼5的后端部分輔助地緊固。之后，外圓柱件26，過(guò)濾件13，絕緣墊圈14等等被安裝而完成氧傳感器1。
接著，通過(guò)上述制造步驟形成的絕緣層40經(jīng)受水下絕緣試驗(yàn)。特別地，具有外電極30并且其上形成絕緣層40的元件本體20被浸在自來(lái)水70中，如圖6所示，并且水下絕緣試驗(yàn)是通過(guò)用絕緣電阻測(cè)試器71測(cè)量絕緣電阻來(lái)實(shí)施的。此時(shí)，元件本體20在其后端沒(méi)有絕緣層40的部分(如圖6中下方的位置)通過(guò)纏繞硅樹(shù)脂絕緣帶72被絕緣。水下絕緣試驗(yàn)是通過(guò)施加500V的直流電壓并且在通電10秒后測(cè)量絕緣電阻實(shí)施的。結(jié)果，對(duì)于由上述制造步驟形成的絕緣層40，絕緣電阻大約為5000M。
在實(shí)際應(yīng)用中，如果絕緣電阻的值大約15M，絕緣層40的絕緣電阻是足夠的。在大約5M的最低值，電流能被抑制為1uA或者更小，于是抑制噪音的出現(xiàn)。因此，由上述制造方法形成的絕緣層40的絕緣電阻優(yōu)選為5M或者更高，并且優(yōu)選15M或者更高。
實(shí)際上，作為第一個(gè)例子，采用包含45重量％SiO2，16重量％Al2O3，15重量％BaO，10重量％ZnO，9重量％CaO，和0.5重量％Na2O的結(jié)晶玻璃，制備具有形成厚度為70um絕緣層40的氧傳感器1。然后，此氧傳感器1在溫度60℃濕度95％的環(huán)境中放60小時(shí)進(jìn)行潤(rùn)濕。此后，測(cè)量絕緣電阻為大約100M或者更高，即使在剛剛潤(rùn)濕之后。作為對(duì)比，另一方面，由不具有絕緣層40的氧傳感器1實(shí)施類(lèi)似測(cè)量，絕緣電阻大約0.01M或者更小。
作為第二個(gè)例子，采用包含29重量％SiO2，54重量％BaO，4重量％CaO，3重量％B2O3，和0.5重量％Na2O的多孔玻璃，同樣地制備具有形成厚度為70um絕緣層40的氧傳感器1。然后，此氧傳感器1在溫度60℃濕度95％的環(huán)境中放置60小時(shí)進(jìn)行潤(rùn)濕。此后，測(cè)量絕緣電阻為大約200M或者更高，即使在剛剛潤(rùn)濕之后。作為對(duì)比，另一方面，由不具有絕緣層40的氧傳感器1實(shí)施類(lèi)似測(cè)量，絕緣電阻大約0.01M或者更小。
同樣地，作為第三個(gè)例子，采用包含32重量％SiO2，16重量％Al2O3，19重量％CaO，25重量％ZnO，10重量％TiO2，0.1重量％Na2O和0.04重量％K2O的結(jié)晶玻璃，準(zhǔn)備具有形成厚度為70um絕緣層40的氧傳感器1。然后，此氧傳感器1在溫度60℃濕度95％的環(huán)境中放置60小時(shí)進(jìn)行潤(rùn)濕。此后，測(cè)量絕緣電阻為大約100M或者更高，即使在剛剛潤(rùn)濕之后。作為對(duì)比，另一方面，由不具有絕緣層40的氧傳感器1實(shí)施類(lèi)似測(cè)量，絕緣電阻大約0.01M或者更小。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例能保持絕緣電阻為現(xiàn)有技術(shù)中氧傳感器1的絕緣電阻的1000倍，因此，提供抑制噪音出現(xiàn)的足夠的絕緣特性。
絕緣層40不應(yīng)當(dāng)被看作限定于上述具體材料，但是可以由任何材料制成，只要這些材料具有優(yōu)選為5M或者更高的絕緣電阻，更優(yōu)選的為15M或者更高。此外，絕緣層40同樣不但能應(yīng)用于上述氧傳感器1，而且能應(yīng)用于檢測(cè)其它種類(lèi)氣體的氣敏傳感器。
此外，上述實(shí)施例的方法是在其中形成第一玻璃層411和第二玻璃層412，但是在第一玻璃漿施加和第二玻璃漿施加之間，玻璃成分可進(jìn)行改變。在第一玻璃層沒(méi)有結(jié)晶的情況中，第二玻璃層優(yōu)選地使用其軟化點(diǎn)比第一玻璃層的低的玻璃漿來(lái)形成。通過(guò)對(duì)第一玻璃層使用軟化點(diǎn)比玻璃板的高的玻璃漿，在維持第一玻璃層的膜厚的范圍內(nèi)，通過(guò)設(shè)定比第一次熱處理溫度高的第二次熱處理溫度，形成第二玻璃層。在這種情況下，提高第一玻璃層和第二玻璃層之間的粘合力是可能的。
對(duì)于那些本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，對(duì)上面表面和說(shuō)明的本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)作出各種變化也是明顯的。這些變化應(yīng)當(dāng)包括在附加的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
本申請(qǐng)基于2004-11-30提出的日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP2004-346331和2005-10-17提出的日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP2005-302311，上述申請(qǐng)的所有內(nèi)容如同詳細(xì)提出一樣被引為參考。
權(quán)利要求
1.一種氣敏傳感器，包括在軸向方向延伸的氣體檢測(cè)元件，其包括設(shè)置在所述氣體檢測(cè)元件引導(dǎo)端側(cè)的外表面上的檢測(cè)電極，和連接所述檢測(cè)電極并朝著所述氣體檢測(cè)元件后端側(cè)延伸的引導(dǎo)部分；圓柱形金屬外殼，該金屬外殼容納所述氣體檢測(cè)元件，使所述氣體檢測(cè)元件從所述金屬外殼的引導(dǎo)端側(cè)突出；粉末層，所述粉末層填充所述氣體檢測(cè)元件和所述金屬外殼之間的間隙，并且覆蓋至少一部分所述引導(dǎo)部分；和設(shè)置在所述粉末層和所述引導(dǎo)部分被粉末層覆蓋的部分之間的絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述絕緣層包括玻璃。
3.如權(quán)利要求2所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述絕緣層包括多個(gè)層。
4.如權(quán)利要求3所述的氣敏傳感器，其中所述多個(gè)層包括靠近所述引導(dǎo)部分布置的第一絕緣層，并且所述第一絕緣層包括結(jié)晶玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器，還包括在引導(dǎo)端方向上設(shè)置得比所述粉末層更遠(yuǎn)的襯墊，其中所述氣體檢測(cè)元件包括向徑向外側(cè)凸出并接觸所述襯墊的凸緣；并且所述絕緣層延伸到覆蓋接觸所述襯墊的一部分所述凸緣。
6.如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器，其中所述氣體檢測(cè)元件包括多孔保護(hù)層，所述多孔保護(hù)層覆蓋至少一部分所述檢測(cè)電極并與所述絕緣層的至少引導(dǎo)端重疊。
7.如權(quán)利要求6所述的氣敏傳感器，其中所述保護(hù)層覆蓋所述絕緣層的引導(dǎo)端部。
8.如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述絕緣層在引導(dǎo)端方向延伸超過(guò)所述金屬外殼的引導(dǎo)端。
9.一種制造如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器的方法，所述方法包括通過(guò)至少下述步驟形成所述絕緣層施加玻璃漿；使所述玻璃漿干燥；和熱處理所述玻璃漿。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括所述施加、所述干燥和所述熱處理的一系列步驟被至少重復(fù)兩次以形成所述絕緣層。
全文摘要
一種氣敏傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，在軸向方向延伸，并包括設(shè)置在所述氣體檢測(cè)元件引導(dǎo)端側(cè)的外表面上的檢測(cè)電極，和連接所述檢測(cè)電極并朝著所述氣體檢測(cè)元件后端側(cè)延伸的引導(dǎo)部分；容納所述氣體檢測(cè)元件的圓柱形金屬外殼，于是所述氣體檢測(cè)元件從所述金屬外殼的引導(dǎo)端側(cè)突出；填充所述氣體檢測(cè)元件和所述金屬外殼之間間隙并且覆蓋至少一部分所述引導(dǎo)部分的粉末層；和在所述粉末層和所述引導(dǎo)部分之間設(shè)置的絕緣層。還公開(kāi)了一種制造所述氣敏傳感器的方法，包括通過(guò)至少下述步驟形成所述絕緣層施加玻璃漿；干燥玻璃漿；和熱處理玻璃漿。
文檔編號(hào)G01N27/407GK1782703SQ200510127089
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者森賢太郎, 鹽野宏二 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社