CN106770581A - 一种能够识别no2危险气体的探测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种能够识别NO2危险气体的探测装置，所述气体探测装置包括NO2气体传感装置和与之电连接报警装置，NO2气体传感装置可以检测NO2含量，并将检测信号输出到报警装置，该NO2气体传感装置以管式Al2O3陶瓷管为衬底，表面设有NASICON材料作为固体电解质层，该探测装置对于NO2含量检测，可靠性高，寿命长，抗环境湿度能力强。

Description

一种能够识别NO2危险气体的探测装置
技术领域
本申请涉及气体检测领域，尤其涉及一种能够识别NO2危险气体的探测装置。
背景技术
NO2对人体的危害较大，主要影响呼吸系统，吸入气体初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽喉不适、干咳等；NO2是酸雨、酸雾的主要污染物，酸雨会破坏植被，造成土壤酸化，物种退化，还会使水体造成污染，鱼类死亡，NO2参与臭氧层的破坏，使较多的紫外线辐射到地面，增加了皮肤癌的发病率，影响人们的免疫系统。
发明内容
本发明旨在提供一种能够识别NO2危险气体的探测装置，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种能够识别NO2危险气体的探测装置，所述气体探测装置包括NO2气体传感装置和与之电连接报警装置，NO2气体传感装置可以检测NO2含量，并将检测信号输出到报警装置，当检测信号大于设定值时，报警装置2工作，提醒工作人员NO2含量超标；该NO2气体传感装置为管式加热型固体电解质式NO2气体传感装置；该NO2气体传感装置以管式Al2O3陶瓷管为衬底，表面设有NASICON材料作为固体电解质层，在Al2O3陶瓷管的两端、固体电解质层之上设有Au膜，在该Au膜之上，Al2O3陶瓷管的一端为Pt电极，另一端为Pt电极和敏感电极；所述固体电解质层为采用高温固相法制备的NASICON固体电解质，其高温烧结温度为1080℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为50nm。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的气体探测装置对于NO2含量检测，可靠性高，寿命长，抗环境湿度能力强，从而解决了上述提出问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明所述探测装置的结构示意图。
图2为本发明所述NO2气体传感装置的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请的实施例涉及一种能够识别NO2危险气体的探测装置，如图1，所述气体探测装置包括NO2气体传感装置1和与之电连接报警装置2，NO2气体传感装置1可以检测NO2含量，并将检测信号输出到报警装置2，当检测信号大于设定值时，报警装置2工作，提醒工作人员NO2含量超标。
优选地，该NO2气体传感装置1为管式加热型固体电解质式NO2气体传感装置；具体的，如图2，该NO2气体传感装置以管式Al2O3陶瓷管10为衬底，表面设有NASICON材料作为固体电解质层60，在Al2O3陶瓷管10的两端、固体电解质层60之上设有Au膜30，在该Au膜30之上，Al2O3陶瓷管10的一端为Pt电极40，另一端为Pt电极40和敏感电极50，Al2O3陶瓷管10中间有加热线圈20穿过作为加热器；所述固体电解质层60为采用高温固相法制备的NASICON固体电解质，其高温烧结温度为1050℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为20nm。
优选地，所述敏感电极50为掺杂的WO3纳米材料，所述掺杂的WO3纳米材料中所掺杂物质为质量分数5％的SiO2、10％的SnO2和25％的Li2CO3。
本申请中，采用高温固相法制备的NASICON固体电解质做传感装置的固体电解质层，所制备的该NASICON固体电解质粉末疏松，易于压制成型，制作过程简单实用。
本申请中，敏感电极采用掺杂的WO3纳米材料，其对目标气体NO2具有良好的检测能力；所述掺杂的WO3纳米材料中掺杂有SiO2，其可以抑制WO3纳米晶粒的长大，减小颗粒度，由于WO3纳米材料的颗粒度对其气敏性能的影响较大，当WO3纳米材料在特定的较小的颗粒度时，增大了该WO3纳米材料与气体的接触面积，提高了气敏的灵敏度；所述掺杂的WO3纳米材料中掺杂有SnO2，SnO2同样对NO2气体表现气敏性，本申请的敏感电极中，WO3纳米材料与SnO2混合，防止了单一气敏材料对NO2气体的误判，WO3纳米材料与SnO2协同作用，增加了检测结果的准确性；所述掺杂的WO3纳米材料中掺杂有Li2CO3，该Li2CO3表现良好的吸湿性，在潮湿环境下，环境中水汽被本申请的NO2气体传感装置中的敏感电极所吸附，进而影响检测数据的准确性，当敏感电极中掺杂有Li2CO3，其大大减小了环境中水汽对敏感电极的吸附影响。
进一步地，该NO2气体传感装置的制备过程如下：
步骤一，制备掺杂的WO3纳米材料
称取一定量的钨酸铵，放入到马弗炉中，在500℃下烧结2h，此时钨酸铵分解，得到粉末，待其冷却后，将粉末放入玛瑙研磨皿中，然后按照一定比例加入SiO2、SnO2和Li2CO3粉末，研磨2h，得到掺杂的WO3纳米材料。
步骤二，制备NASICON固体电解质
选取Na3PO4·12H2O，ZrSiO4，SiO2按照化学计量比混合，充分研磨10h，得到混合物，然后将研磨好的混合物置于陶瓷方船中，放入高温电阻炉内，按照5℃/min的速率升温到800℃，保温2h，然后快速(14℃/min)升温到1050℃，保温20h，再匀速降温(8℃/min)到500℃，最后自然降温到室温；将以上经过高温烧结的混合物从炉中取出，研磨成超细粉体，即得NASICON固体电解质。
步骤三，制备NO2气体传感装置
a)选取Al2O3陶瓷管，清洗后晾干，陶瓷管规格为管长10mm，管壁厚0.5mm，外径为1.5mm；
b)将步骤一中得到的NASICON固体电解质加入去离子水，研磨成浆糊状，然后使用旋涂法均匀的涂覆在Al2O3陶瓷管表面；
c)将Al2O3陶瓷管放入电阻炉中，在700℃烧结1.5h；
d)重复步骤b、c两次，然后将Al2O3陶瓷管在900℃下高温烧结8h，形成厚度为0.5mm的NASICON固体电解质层；
e)然后在Al2O3陶瓷管的两端制备一层Au膜，厚度为500μm，在Au膜表面引出Pt电极，烧结温度为500℃；
f)在Al2O3陶瓷管的一端，按照b、c、d的方法制备出敏感电极，完全覆盖Au膜，另一端的Pt电极作为参比电极；
g)然后将加热线圈穿过Al2O3陶瓷管作为加热器；
h)最后将导线焊接在Pt电极和敏感电极上，得到NO2气体传感装置。
检测效果方面：将本申请制备的NO2气体传感装置的加热线圈加热温度调到150℃，Pt电极和敏感电极间的工作电流固定为180mA，在固定浓度的NO2气体环境中，测量在不同的敏感电极配比情况下对NO2气体的灵敏度，结果如表1，其中，本申请中所述灵敏度定义为：在相同的加热温度和工作电流下，Pt电极和敏感电极间电势差在固定浓度的NO2气体环境中和空气中的比值。
表1敏感电极的不同配比下灵敏度。
掺杂质量分数 灵敏度
SiO2-5％、SnO2-10％、Li2CO3-25％ 1698
SiO2-5％、SnO2-0％、Li2CO3-25％ 1044
SiO2-5％、SnO2-20％、Li2CO3-25％ 783
SiO2-5％、SnO2-30％、Li2CO3-25％ 1566
本申请的技术方案中，该探测装置对于NO2气体的灵敏度高，可靠性强，保障了本申请的技术方案的可行性。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种能够识别NO2危险气体的探测装置，其特征在于，所述气体探测装置包括NO2气体传感装置和与之电连接报警装置，NO2气体传感装置可以检测NO2含量，并将检测信号输出到报警装置，当检测信号大于设定值时，报警装置2工作，提醒工作人员NO2含量超标；该NO2气体传感装置为管式加热型固体电解质式NO2气体传感装置；该NO2气体传感装置以管式Al2O3陶瓷管为衬底，表面设有NASICON材料作为固体电解质层，在Al2O3陶瓷管的两端、固体电解质层之上设有Au膜，在该Au膜之上，Al2O3陶瓷管的一端为Pt电极，另一端为Pt电极和敏感电极；所述固体电解质层为采用高温固相法制备的NASICON固体电解质，其高温烧结温度为1080℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为50nm。
2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述敏感电极为掺杂的WO3纳米材料，所述掺杂的WO3纳米材料中所掺杂物质为质量分数5％的SiO2。
3.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于，所述所述掺杂的WO3纳米材料中所掺杂物质为质量分数10％的SnO2。
4.根据权利要求3所述的探测装置，其特征在于，所述所述掺杂的WO3纳米材料中所掺杂物质为质量分数25％的Li2CO3。
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