專利名稱：一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光機(jī)電一體化測量裝置的結(jié)構(gòu)，具體為一種固體電 解質(zhì)氧化鋯氧傳感器。
背景技術(shù)：
固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器是一種適宜鍋爐最佳燃燒控制和汽車空燃比 氧量監(jiān)測的光機(jī)電一體化測量裝置，在節(jié)能、環(huán)保和生產(chǎn)過程自動化等領(lǐng)域 起到較大作用，并且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。它是國內(nèi)、外研制、開發(fā)和生產(chǎn) 的熱門產(chǎn)品。
圖1給出目前大多采用的鍋爐煙氣氧含量監(jiān)測的固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳
感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是其法蘭盤座53的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖l中氧化鋯氧 傳感器大都采用盲孔式管狀結(jié)構(gòu)一一試管形的氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)。把具有盲孔 的氧化鋯陶瓷管(俗稱鋯管)51插在不銹鋼(或其它耐高溫、抗腐蝕的材料) 法蘭盤座53的中心孔56內(nèi)，在法蘭盤座53與氧化鋯陶瓷管51的開孔端設(shè) 置一凸臺52和錐口 55，在法蘭盤座53的中心孔56側(cè)壁和氧化鋯陶瓷管51 之間的間隙以耐高溫的粘合劑54 (無機(jī)膠)粘合。然后，把氧化鋯陶瓷管51 內(nèi)壁的電極以鉑絲57連接，并焊接在法蘭盤座53上，作為氧傳感器的一個(gè) 信號輸出端，利用適宜方法(例如彈簧圈機(jī)械壓接)把氧化鋯陶瓷管51的外 壁電極58引出，作為氧傳感器的另一個(gè)信號輸出端。
這種結(jié)構(gòu)的氧傳感器存在缺點(diǎn)是氧化鋯氧傳感器鋯管的局部應(yīng)力集中系 數(shù)大，鋯管和法蘭盤底盤之間的熱應(yīng)力大，特別是環(huán)向應(yīng)力和剪切力，漏氣 率高，鋯管易斷裂或出現(xiàn)裂紋，致使氧傳感器測量的準(zhǔn)確度不高，工作壽命 低，具體分析如下-
1.由于鍋爐的被測煙氣溫度較高，通常為600 800°C，而法蘭盤座53 采用的不銹鋼材料(例如SUS304)的熱膨脹系數(shù)較大，通常為19X10，C， 而氧化鋯陶瓷管51采用的氧化鋯陶瓷(例如添加氧化釔的全穩(wěn)定氧化鋯)的 熱膨脹系數(shù)為(8.8 12) X1(T6/°C，而添加氧化釔的部分穩(wěn)定氧化鋯熱膨脹
3系數(shù)為8.5X10—6 / °C，顯然氧化鋯陶瓷與不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)相差很大。 目前國內(nèi)外還沒有任何一種粘合劑能夠把它們粘合在一起而保證在高、低溫 時(shí)都能密封，不漏氣。因此，傳感器的參考?xì)釧 (環(huán)境空氣)就會漏進(jìn)來， 使測量的煙氣B含氧量高于真實(shí)值，從而帶來較大誤差，嚴(yán)重地降低了氧傳 感器測量的準(zhǔn)確度。
2. 目前的法蘭盤座53和氧化鋯陶瓷管51的粘結(jié)結(jié)構(gòu)屬于環(huán)向粘結(jié)結(jié) 構(gòu)。因?yàn)閮烧叩臒崤蛎浵禂?shù)差高達(dá)8X1(^ 11X1(T6/ "C，所以當(dāng)工作在600 80(TC時(shí)，會出現(xiàn)高達(dá)5X10_3 9X1(T3的熱應(yīng)變或熱應(yīng)力，產(chǎn)生了所謂"環(huán) 向應(yīng)力"，有可能使氧化鋯陶瓷管51出現(xiàn)裂紋。
此外，為了能夠便于在現(xiàn)場更換氧傳感器，通常采用彈簧圈機(jī)械壓接法 引出另一個(gè)輸出電極。換言之，在距氧化鋯陶瓷管51的很近的固定安裝部分 和暴露部分之間將產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力。因此，氧化鋯陶瓷管51經(jīng)多次的啟 爐、停爐循環(huán)，將導(dǎo)致氧化鋯陶瓷管51斷裂或出現(xiàn)裂紋。這將嚴(yán)重地影響氧 傳感器的工作壽命。
3. 目前使用的高溫粘合劑大都是無機(jī)膠，可是因?yàn)闊o機(jī)膠固化后，絕大 多數(shù)膠層都可能存在氣孔，多孔或微孔，所以很難完全保證鋯管與法蘭盤之 間的氣密效果。換言之，被測煙氣和參考?xì)夂苋菀淄ㄟ^無機(jī)膠層相互滲透， 顯然，這會大大地降低氧傳感器測量的準(zhǔn)確度。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有氧化鋯氧傳感器鋯管漏氣率高，鋯管易 斷裂或出現(xiàn)裂紋，致使氧傳感器測量的準(zhǔn)確度不高，工作壽命低問題，提供 一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器。
本實(shí)用新型包括試管形氧化鋯敏感元件、法蘭盤座、無機(jī)膠，它還包括 緊鎖圓環(huán)和緩沖材料，法蘭盤座具有的中心通孔由直通孔、錐臺形孔和螺紋 孔組成，直通孔、錐臺形孔和螺紋孔由上至下貫通連接，法蘭盤座上下表面 分別設(shè)置有圓形的上凹槽和下凹槽并與法蘭盤座同軸心，氧化鋯敏感元件開 孔端具有錐臺形凸起邊緣，并設(shè)置在與其形狀相適應(yīng)的錐臺形孔中，氧化鋯 敏感元件的外側(cè)壁用無機(jī)膠與直通孔內(nèi)壁粘接，緊鎖圓環(huán)設(shè)置在螺紋孔中， 氧化鋯敏感元件與錐臺形孔之間的空隙及氧化鋯敏感元件與緊鎖圓環(huán)之間的空隙填充緩沖材料。
法蘭盤座和緊鎖圓環(huán)采用不銹鋼材質(zhì)。
緊鎖圓環(huán)的緊鎖環(huán)中心通孔的內(nèi)徑與氧化鋯敏感元件的內(nèi)徑相等或相近。
緩沖材料采用氧化鋁棉、氧化鋯棉和硅酸鋁纖維的其中一種或幾種。
螺紋孔內(nèi)徑大于錐臺形孔內(nèi)徑并同軸心。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)-
1、 利用普通的無機(jī)粘合劑就能使法蘭盤底座與氧化鋯陶瓷管膠合良好，
氣密性好，漏氣率很低；
2、 設(shè)置的上下凹槽和螺紋孔，有效的減少了局部應(yīng)力集中系數(shù)，緩沖了 熱應(yīng)力，即使經(jīng)過鍋爐的開爐、停爐多次冷、熱循環(huán)沖擊，氧化鋯敏感元件 也不會斷裂或產(chǎn)生裂紋；
3、 完全滿足了目前氧化鋯氧量分析儀的使用要求，對于煙氣的含氧量能 進(jìn)行精密的測量。


圖1是背景技術(shù)中氧傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是背景技術(shù)中法蘭盤座結(jié) 構(gòu)示意圖，圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是法蘭盤底座的結(jié)構(gòu)示意 圖，圖5是緊鎖圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖3、圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括 試管形氧化鋯敏感元件l、法蘭盤座2、無機(jī)膠4，它還包括緊鎖圓環(huán)3和緩 沖材料5，法蘭盤座2具有的中心通孔由直通孔2-3、錐臺形孔2-4和螺紋孔 2-5組成，直通孔2-3、錐臺形孔2-4和螺紋孔2-5由上至下貫通連接，法蘭盤 座2上下表面分別設(shè)置有圓形的上凹槽2-1和下凹槽2-2并與法蘭盤座2同軸 心，氧化鋯敏感元件1開孔端具有錐臺形凸起邊緣1-1，并設(shè)置在與其形狀 相適應(yīng)的錐臺形孔2-4中，氧化鋯敏感元件1的外側(cè)壁用無機(jī)膠4與直通孔 2-3內(nèi)壁粘接，緊鎖圓環(huán)3設(shè)置在螺紋孔2-5中，氧化鋯敏感元件1與錐臺形 孔2-4之間的空隙及氧化鋯敏感元件1與緊鎖圓環(huán)3之間的空隙填充緩沖材料氧化鋯敏感元件1的開孔端設(shè)置錐臺形凸起邊緣1-1的目的是防止管形氧
化鋯敏感元件1脫出法蘭盤座2的中心通孔，同時(shí)能擋住無機(jī)膠4，使其只在直通孔2-3內(nèi)側(cè)壁部位，不與被測煙氣接觸，提高本裝置的氣密效果。因?yàn)槿绱嗽O(shè)置增加了無機(jī)膠4與法蘭盤座2的接觸面積，也具有提高氣密效果。
法蘭盤座2上下表面分別設(shè)置有圓形的上凹槽2-1和下凹槽2-2，減少了氧化鋯敏感元件l (鋯管)的局部應(yīng)力集中系數(shù)，防止氧化鋯敏感元件l (鋯管)出現(xiàn)裂紋。
緊鎖圓環(huán)3設(shè)置在法蘭盤座2底端的螺紋孔2-5中，并在氧化鋯敏感元件1與錐臺形孔2-4之間的空隙及氧化鋯敏感元件1與緊鎖圓環(huán)3之間的空隙填充緩沖材料5，這樣，就避免了無機(jī)膠4與被測煙氣接觸，增加了本裝置的氣密性。
法蘭盤座2中段設(shè)置有錐臺形孔2-4，以便填充緩沖材料5，緩沖熱應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，減少局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于法蘭盤座2和緊鎖圓環(huán)3采用不銹鋼材質(zhì)。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于緊鎖圓環(huán)3的緊鎖環(huán)中心通孔3-l的內(nèi)徑與氧化鋯敏感元件l的內(nèi)徑相等或相近。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于緩沖材料5采用氧化鋁棉、氧化鋯棉和硅酸鋁纖維的其中一種或幾種。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于螺紋孔2-5內(nèi)徑大于錐臺形孔2-4內(nèi)徑并同軸心。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
螺紋孔2-5內(nèi)徑大于錐臺形孔2-4內(nèi)徑，這樣，設(shè)置在螺紋孔2-5內(nèi)的緊鎖圓環(huán)3的外徑大于氧化鋯敏感元件1的外徑，在實(shí)際應(yīng)用中，為了增加氣密性，在螺紋孔2-5內(nèi)涂覆少許無機(jī)膠4，并旋入緊鎖圓環(huán)3，直至旋緊為止。
權(quán)利要求1、一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，它包括試管形氧化鋯敏感元件(1)、法蘭盤座(2)、無機(jī)膠(4)，其特征在于它還包括緊鎖圓環(huán)(3)和緩沖材料(5)，法蘭盤座(2)具有的中心通孔由直通孔(2-3)、錐臺形孔(2-4)和螺紋孔(2-5)組成，直通孔(2-3)、錐臺形孔(2-4)和螺紋孔(2-5)由上至下貫通連接，法蘭盤座(2)上下表面分別設(shè)置有圓形的上凹槽(2-1)和下凹槽(2-2)并與法蘭盤座(2)同軸心，氧化鋯敏感元件(1)開孔端具有錐臺形凸起邊緣(1-1)，并設(shè)置在與其形狀相適應(yīng)的錐臺形孔(2-4)中，氧化鋯敏感元件(1)的外側(cè)壁用無機(jī)膠(4)與直通孔(2-3)內(nèi)壁粘接，緊鎖圓環(huán)(3)設(shè)置在螺紋孔(2-5)中，氧化鋯敏感元件(1)與錐臺形孔(2-4)之間的空隙及氧化鋯敏感元件(1)與緊鎖圓環(huán)(3)之間的空隙填充緩沖材料(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，其特征在于 法蘭盤座(2)和緊鎖圓環(huán)(3)采用不銹鋼材質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，其特征在于 緊鎖圓環(huán)(3)的緊鎖環(huán)中心通孔(3-l)的內(nèi)徑與氧化鋯敏感元件(l)的內(nèi)徑相等或 相近。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，其特征在于 緩沖材料(5)采用氧化鋁棉、氧化鋯棉和硅酸鋁纖維的其中一種或幾種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，其特征在于 螺紋孔(2-5)內(nèi)徑大于錐臺形 L(2-4)內(nèi)徑并同軸心。
專利摘要一種固體電解質(zhì)氧化鋯氧傳感器，涉及一種光機(jī)電一體化測量裝置的結(jié)構(gòu)。目的是為解決現(xiàn)有氧化鋯氧傳感器鋯管漏氣率高，鋯管易斷裂或出現(xiàn)裂紋，致使氧傳感器測量的準(zhǔn)確度不高，工作壽命低問題。本實(shí)用新型的法蘭盤座具有的中心通孔由直通孔、錐臺形孔和螺紋孔組成，直通孔、錐臺形孔和螺紋孔由上至下貫通連接，法蘭盤座上下表面分別設(shè)置有圓形的上凹槽和下凹槽并與法蘭盤座同軸心，氧化鋯敏感元件開孔端具有錐臺形凸起邊緣，并設(shè)置在與其形狀相適應(yīng)的錐臺形孔中，氧化鋯敏感元件的外側(cè)壁用無機(jī)膠與直通孔內(nèi)壁粘接，緊鎖圓環(huán)設(shè)置在螺紋孔中，氧化鋯敏感元件與錐臺形孔之間的空隙及氧化鋯敏感元件與緊鎖圓環(huán)之間的空隙填充緩沖材料。
文檔編號G01N27/409GK201269863SQ20082009119
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者江 林 申請人:哈爾濱龍成智能儀表公司