[發明專利]基于納米多孔反射傳感材料的氨氣傳感器及檢測方法

無效

• 申請號: 201010237911.8
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101907560A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 鄔建敏;商云嶺;趙偉潔;陸金偉;馬曄軍;孫黎明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/35;G01N21/55
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及氨氣濃度的在線檢測領域，尤其涉及一種吸收與反射光譜聯合使用的手段檢測氨氣濃度的傳感材料、檢測系統及方法。

背景技術

目前工業環保領域普遍使用的各類傳感器檢測原理各不相同，主要分為三大類：(1)利用物理化學性質的氣體傳感器：如半導體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。(2)利用物理性質的氣體傳感器：如熱傳導式、光干涉式、紅外吸收式等。(3)利用電化學性質的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質式等。各類氣體傳感器的適用對象也各不相同，并且都存在一些不可避免的技術缺陷。

金屬氧化物半導體式傳感器利用被測氣體的吸附作用，改變半導體的電導率，通過電流變化的比較，激發報警電路。金屬氧化物半導體式傳感器，因其反應十分靈敏，故廣泛使用于測量氣體的微漏現象。但是，由于半導體式傳感器易受環境影響，輸出信號不太穩定。催化燃燒式傳感器是目前最廣泛使用的檢測可燃氣體的傳感器，具有輸出信號線性好、指數可靠、價格便宜、不受其他非可燃氣體干擾等特點。催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理，感應電阻與環境中的可燃氣體發生無焰燃燒，溫度變化導致感應電阻的阻值發生變化，打破電橋平衡，輸出穩定的電流信號。但是催化燃燒式傳感器存在一些無法克服的弱點。如調校周期短、易中毒、使用壽命短等。熱傳導式氣體傳感器是依據氣體的導熱系數與空氣的差異來測定氣體的濃度，通過惠斯登電橋電路將導熱系數的差異轉化為電阻的變化。這種傳感器在待測氣體濃度高時穩定性較高，所以，一般用于高濃度氣體(4％一100％).，但是該類傳感器存在溫度漂移大、靈敏度低等缺點。電化學式傳感器是目前被廣泛使用的另一類檢測毒氣的傳感器，可檢測幾十種有毒氣體。電化學傳感器的構成是：將工作電極、對電極及參比電極放置在特定的電解液中，然后在反應電極之間加上足夠的電壓，使透過涂有重金屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應，再通過儀器中的電路系統測量氣體電解時產生的電流，最終由微處理器計算出氣體的濃度。目前，大多數無機有毒氣體的工業在線檢測采用電化學傳感器。主要檢測對象有一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯化氫等。但是電化學傳感器中由于電解液的蒸發或污染常會導致傳感器信號衰降，使得實際使用壽命縮短。根據電解質的質量，使用壽命一般為2年。同時為了保證傳感器有一定的使用壽命，電解液的用量不能太少，因此限制了該類傳感器的微型化。另一種電化學式氣體傳感器稱為固體電解質氣體傳感器，該傳感器使用固體電解質氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時產生離子，從而形成電動勢，電動勢與測量氣體濃度在一定范圍內呈正比。但是固體電解質傳感器易在環境中自然消耗，壽命也很短。

光學類氣體傳感器主要包括干涉式和光吸收式兩大類。干涉式氣體傳感器的基本原理是應用光的干涉現象來測氣體的濃度。利用略作改進的邁克爾遜干涉儀作為儀器，將由一個光源發出的光分為兩束，分別經過待測氣體與基準氣體傳輸，由于待測氣體與基準氣體折射率不同導致兩束光線光程差不同，產生光干涉效應，形成干涉條紋。由于光程差與氣體濃度有關，因此干涉條紋中包含了濃度信息，故可以根據記錄干涉紋的變化來得出氣體的濃度。光干涉式氣體傳感器在理論上有精度高、測量范圍廣、穩定性好等諸多優點。但從干涉系統的設計到CCD采集信號要求都非常嚴格，且結構復雜，成本高，不易于實現小型化.同時易受CO₂及水蒸氣及其他環境因素等的干擾和影響。光吸收式氣體傳感器主要有紅外吸收式及可見光譜吸收式兩類，紅外吸收式利用不同的氣體對不同頻率紅外光產生吸收的原理，可用于多種氣體的同時檢測，但是該類儀器的靈敏度并不高，且價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于納米多孔反射傳感材料的氨氣傳感器及檢測方法。