[發明專利]電阻式二氧化氮氣體傳感器及利用該傳感器制成的儀器

無效

• 申請號: 201110093023.8
• 申請日: 2011-04-13
• 公開（公告）號: CN102243195A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 劉震國
• 申請（專利權）人: 劉震國
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種半導體類型電阻式二氧化氮氣體傳感器、電阻式二氧化氮氣體傳感器儀器以及電阻式二氧化氮氣體傳感器儀器的溫度控制方法。

背景技術

目前二氧化氮氣體的濃度測量是受到廣泛的關注，國內外學者在這方面進行了大量的研究。部分研究成果已轉化成商業應用。但是總體而言，二氧化氮氣體的測量所用傳感器的選擇性，靈敏度，一致性這三項技術指標不理想。交叉選擇現象嚴重，精度較低。

作為一種有毒氣體，二氧化氮大量存在于工業廢氣，汽車尾氣中。根據《中華人民共和國環境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，為改善環境空氣質量，防止生態破壞，創造清潔適宜的環境，保護人體健康，所制訂的環境空氣質量標準中明確規定了不同環境功能分區下的二氧化氮的濃度限定值。三級標準下，二氧化氮的濃度限定值為日平均0.12毫克每立方米。目前國內的一些二氧化氮氣體檢測設備還無法達到對這一低濃度值的精確測量。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的不足，本發明所解決的技術問題是提供一種結構簡單，操作方便的電阻式二氧化氮氣體傳感器，它只需較少維護的、可在較大濃度范圍內實現對二氧化氮的線性，高選擇，高靈敏度高一致性的測量。

本發明所解決的另一問題是利用上述電阻式二氧化氮氣體傳感器制成的測量儀器。

本發明所解決的又一問題是對上述測量儀器進行的溫度控制方法。

技術方案：為解決上述第一技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種電阻式二氧化氮氣體傳感器，包括傳感器本體，所述本體包括氣體敏感材料層和氧化鋁平面介質基層，在所述氧化鋁平面介質基層的上表面印制有金質交指型電極、在下表面印制有鉑質加熱電阻；所述氣體敏感材料層燒結在氧化鋁平面介質基層上并與金質交指型電極歐姆接觸。

所述氣體敏感材料層為具有多孔結構的多相金屬氧化物陶瓷層，其孔隙率在30-60％范圍內，厚度小于200微米；氣體敏感材料層是以三氧化鎢為主要氣敏材料并且三氧化鎢的質量含量不小于95％。

所述氣體敏感材料層的厚度為60微米。

所述金質交指型電極有一對，并且兩個所述金質交指型電極之間的距離在20-400微米范圍內。

所述鉑質加熱電阻分別與氧化鋁平面介質基層、氣體敏感材料層之間電氣隔離，并且所述鉑質加熱電阻與氧化鋁平面介質基層、氣體敏感材料層之間熱傳導。

為了解決上述第二問題，本發明所采用的技術方案為：一種利用所述的電阻式二氧化氮氣體傳感器制成的測量儀器，包括所述傳感器本體、中間有小孔并且能通透氣流的底座、利用PID(比例積分微分)原理的加熱控制電路和電阻計算電路，所述電阻式二氧化氮傳感器安裝在底座的小孔中，在底座的上面蓋有中間有小孔，可以通透氣流的蓋子；所述鉑質加熱電阻和金質交指型電極分別引出鉑質導線，所述鉑質加熱電阻引出的鉑質導線與加熱控制電路相連，所述金質交指型電極引出的鉑質導線與電阻計算電路相連。

所述鉑質加熱電阻引出的鉑質導線具有不大于5％鉑質加熱電阻的電阻阻值。

上述測量儀器的溫度控制方法，該方法包括如下步驟：

a)鉑質加熱電阻受到精確的離散的多個脈沖供電，對氣體敏感材料層進行測量前的加熱，

b)當脈沖通過以后，氣體敏感材料層的溫度達到工作溫度，并保持這一溫度；

c)對氣體敏感材料層的電阻進行測量，測量結束后冷卻氣體敏感材料層達到設定的測量前溫度，然后進行下一個測量周期重復步驟a)，b)，c)。

上述氣體敏感材料層的工作溫度高于環境溫度，工作溫度的精確度達到±2℃，氣體敏感材料層整體的溫度誤差范圍在±10℃。

上述氣體敏感材料層的工作溫度在200℃-600℃范圍內。

有益效果：與現有技術相比，本發明的優點是：結構簡單，由于采用新型氣敏材料，使得檢測二氧化氮的體積濃度的精度提升至PPB(parts?per?billion)的級別，而且具有較好的氣體選擇性，快速的反應時間。

附圖說明

圖1是電阻式二氧化氮氣體傳感器截面圖；

圖2是電阻式二氧化氮氣體傳感器正面圖；

圖3是電阻式二氧化氮氣體傳感器背面圖；

圖4是電阻式二氧化氮氣體傳感器安裝示意圖；

圖5是電阻式二氧化氮氣體傳感器在二氧化氮氣體濃度為0-0.3ppm時的電阻變化圖；

圖6是在不同濃度二氧化氮氣體環境下，濕度對電阻式二氧化氮氣體傳感器的影響。

具體實施方式