一种新型氨气传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型氨气传感器芯片及其制备方法。芯片包括由上而下依次设置的第一层至第五层流延基片，在第一层流延基片正面印刷公共外电极，其反面印刷非活性电极，在第一层流延基片反面或第三层流延基片正面印刷催化电极，非活性电极和公共外电极形成泵氧功能单元，催化电极和公共外电极形成测氨功能单元；在第三层流延基片反面或第四层流延基片正面印刷参考电极；在第五层流延基片正面印刷加热电阻，加热电阻两侧分别印刷绝缘层，加热电阻通过小孔和第五层流延基片反面引脚相连。本发明专利技术具有控制简单和测试精确的特点，所制备的氨气传感器芯片能够连续精确地测量氧气和氨气含量。气含量。气含量。

【技术实现步骤摘要】
一种新型氨气传感器芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于汽车尾气传感器
尤其涉及一种新型氨气传感器芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前车用尾气氨气传感器芯片采用催化电极与普通电极的电势差构成，依据催化反应氨气对于环境氧的消耗造成与对比电极五消耗的氧电势差构成浓差电池测量氨气的含量。
[0003]这种氨气传感器芯片的缺点是，按照能斯特公式氧浓差电势与氧含量比值的对数成正比，所以经过催化耗氧造成的两个电极的氧浓差比值非常接近1，从而对应的电势差极小，难以检查出氨气的含量；即使经过类似氧泵的抽氧过程使得环境氧降低从而扩大催化耗氧造成的两个电极的氧浓差比值偏离1多一些，也不足以满足达到显著的测量效果的条件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型氨气传感器芯片及其制备方法，是提供一种通过泵氧减少环境氧含量基础上再通过催化使得环境氨气耗氧从而测试精确的环境氨气含量的传感器芯片设计及制备方法，用该方法制备的氨气传感器芯片对应电控单元与目前市面上NOx传感器的电控单元基本一样，简单有效，能精确连续测量氧气和氨气含量。以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种新型氨气传感器芯片，包括由上而下依次设置的第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片，在第一层流延基片正面印刷公共外电极，其反面印刷非活性电极，在第一层流延基片反面或第三层流延基片正面印刷催化电极，非活性电极和公共外电极形成泵氧功能单元，催化电极和公共外电极形成测氨功能单元；在第三层流延基片反面或第四层流延基片正面印刷参考电极；在第五层流延基片正面印刷加热电阻，加热电阻上下两侧分别印刷绝缘层，加热电阻通过小孔和第五层流延基片反面引脚相连。
[0006]作为本专利技术进一步的方案：催化电极是在相应位置表面先印刷催化电极非活性电极层，其上用多孔浆料印刷催化电极催化层。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：非活性电极和催化电极由已冲孔的第二层流延基片分隔开并形成电气缓冲间、第一腔室以及第二腔室，两腔室之间留有狭缝扩散通道。
[0008]一种新型氨气传感器芯片的制备方法，包括如下步骤：（1）在第一层流延基片正面印刷公共外电极，反面印刷非活性电极，在第一层流延基片反面或第三层流延基片正面印刷催化电极，非活性电极和催化电极由已冲孔的第二层流延基片分隔开并形成第一腔室和第二腔室，两腔室之间留有狭缝扩散通道，非活性电极和公
共外电极形成极限电流型主泵用于泵氧测试氧含量，催化电极和公共外电极形成极限电流型测量泵用于测量氨气含量；（2）第三层流延基片反面或第四层流延基片正面印刷参考电极，在第五层流延基片正面印刷加热电阻，加热电阻上下两侧有绝缘层，加热电阻通过小孔与第五层流延基片反面的小孔相连；（3）将五层基片经过等静压叠合成为整体生坯，切割生坯形成单个芯片生坯；经过排胶并在1450摄氏度烧结1-3小时，制得新型氨气传感器芯片。作为本专利技术进一步的方案：催化电极先印刷一个非活性电极然后其上再印刷催化层，催化层具有促进尾气中氨气与氧反应的能力，根据反应后氧含量的减少计算出尾气中氨气的含量。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述印刷加热电阻阻值为2~20欧姆。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：在新型氨气传感器芯片中的各元件所用对应浆料是指：催化电极的非活性电极层的印刷用铂金浆料，铂金浆料中铂含量为50~99wt%，铂金浆料中金含量为1~50wt%；铂金浆料中：铂的粒径为0.01～0.5μm，金的粒径为0.01～0.5μm；催化电极的催化层印刷用多种具有催化功能的浆料，其中V2O5,，WO3，TiO2，NiO， Au含量分别为0~50wt%，浆料中：各粉体的粒径为0.01～0.5μm；作为本专利技术进一步的方案：公共外电极、公共外电极的引线、参考电极、参考电极的引线、加热电阻的电阻丝、电阻丝的引线、电阻丝的引脚的印刷用铂浆，铂浆中的铂粒径为0.01～0.5μm。
[0011]在上述制作条件下，非活性电极与公共外电极构成一个极限电流 型电池，催化电极与公共外电极也构成电流型电池。在工作态下，非 活性电极只泵出氧气，催化电极泵出残余的氧气和氨气进一步反应后 剩余的氧气。在氧泵的工作模式下，第一腔室内氧泵抽出环境中主要 的氧，氨气不受影响，在第二腔室氨气催化反应耗掉一定的氧，测泵 电流测定氨气含量，数学模型如下所示：氨气含量，数学模型如下所示：设工作温度下非活性电极泵出氧气速率常数为K1，催化电极泵 出氧气速率常数为K2，而K1、K2的值可以通过给定NH3含量和氧气 含量的气氛测极限电流值Ip1和催化电极的电流值Ip2进行标定经过标定后，系数K1、K2值，零点校正Ip01、Ip02、Ip为已知值， 测极限电流Ip1，Ip2可知氧气含量和氨气含量。加热电阻将三个电池 加热到所需温度，同时把该温度的值提供给电控，或者电控单元将温 度控制在某一定值。
[0012]给第一腔室的极限电流电池提供工作电压V0，给第二腔室的两个电池提供相同的工作电压V1，控制加热温度、将标定的值写入控制程序并对输出信号进行处理、与系统的ECU进行通讯，由相匹配的专用电控单元完成。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术中氨气传感器芯片相匹配的电控单元简单；原有NOx传感器技术中三个电化学氧泵的协调工作非常困难，控制过程复杂，而本专利技术的芯片所要求的电控单元没有复杂
的三泵协调工作控制过程，只需两个氧泵工作即可。
[0014]二、本专利技术的氨气浓度测量精确；经过本专利技术中公式可以发现，第二腔室中剩余氧气的量小于环境氧含量，因此氨气相对比例增加，而催化电极反应后氧含量的减少相对明显，测量分辨率提高，从而提高了氨气浓度的测量精度。
[0015]三、本专利技术中氨气传感器芯片的制备过程简单；减少了空气通道，减少了三泵使得印刷简化，使得氨气传感器芯片制作工艺简化。
[0016]因此，本专利技术具有制作简单，电路控制简单的特点，所制备的氨气传感器芯片测量效果好，能测量氧气含量，精确测量氨气含量。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术催化电极在第三层正面的结构示意图；图中：1、第一层流延基片，2、第二层流延基片，3、第三层流延基片，4、第四层流延基片，5、第五层流延基片， 6、进气缓冲间，7、第一腔室，8、公共外电极，9、非活性电极，10、第二腔室，11、催化电极催化层，12、催化电极非活性电极层，13、参考电极，14、加热电阻，15、引脚，16、狭缝。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。
[0019]如图1所示，四层流延基片（1，3，4，5）分别印刷相应的功能层，第二层流延基片2进行冲孔，填充有机浆料，将五层流延基片叠合成为整体生坯，整体生坯经过切割、排胶和烧结后形成单个氨气传感器芯片。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型氨气传感器芯片，其特征在于：包括由上而下依次设置的第一层流延基片、第二层流延基片、第三层流延基片、第四层流延基片、第五层流延基片，在第一层流延基片正面印刷公共外电极，其反面印刷非活性电极，在第一层流延基片反面或第三层流延基片正面印刷催化电极，非活性电极和公共外电极形成泵氧功能单元，催化电极和公共外电极形成测氨功能单元；在第三层流延基片反面或第四层流延基片正面印刷参考电极；在第五层流延基片正面印刷加热电阻，加热电阻上下两侧分别印刷绝缘层，加热电阻通过小孔和第五层流延基片反面引脚相连。2.如权利要求1所述的一种新型氨气传感器芯片，其特征在于：催化电极是在相应位置表面先印刷催化电极非活性电极层，其上用多孔浆料印刷催化电极催化层。3.如权利要求1所述的一种新型氨气传感器芯片，其特征在于：非活性电极和催化电极由已冲孔的第二层流延基片分隔开并形成进气缓冲间、第一腔室以及第二腔室，两腔室之间留有狭缝扩散通道。4.如权利要求1-3任一所述一种新型氨气传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在第一层流延基片正面印刷公共外电极，反面印刷非活性电极，在第一层流延基片反面或第三层流延基片正面印刷催化电极，非活性电极和催化电极由已冲孔的第二层流延基片分隔开并形成第一腔室和第二腔室，两腔室之间留有狭缝扩散通道，非活性电极和公共外电极形成极限电流型主泵用于泵氧测试氧含量，催化电极和公共外电极形成极限电流型测量泵用于测量氨气含量；（2）第三层流延基片反面或第...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢光远，时可，邱电荣，尹亮亮，吴旭旭，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：