CN107643330A - 一种氮氧化物气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮氧传感器，氮氧传感器从上到下依次包含五层基片。在第二层基片上包含四个腔室：依次为原始气体腔室、两个泵氧腔室和一个测量腔室，四个腔室之间分别通过扩散障层隔开。在第一层基片、第二、第三腔室的上、下两侧以及第四腔室的下侧分别存在一个电极。其中第二腔室上侧、第三腔室上侧的电极分别与第一基片上的电极构成第一、第二泵氧电极。第二腔室下侧电极为对电极。第四腔室含有一个测量电极。第三层基片中含有一个与大气相连的参考气体腔室。在第三基片和第四基片之间存在一个测量电极的参考电极。在第四基片下侧存在一个加热电极。本发明所提供的传感器，检测的浓度范围广，响应时间短，同时制作工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种用于检测氮氧化物的气体传感器。
背景技术
随着社会经济的发展，我国拥有的机动车数量迅猛增长，汽车尾气的排放已成为环境污染、雾霾天气频发的重要原因之一。大气污染物中的氮氧化合物的主要来源即是汽车尾气。为控制大气污染，国家制定了越来越严格的汽车尾气排放法规，要求对汽车尾气中的氮氧化物浓度进行实时监测和处理，氮氧传感器即是检测汽车尾气中氮氧化物浓度排放的核心部件。
现有技术中，传统的氮氧传感器多采用片状结构，由多层部分稳定氧化锆陶瓷基片叠合烧结而成。其结构主要分为两部分组成，一部分为实现氧化还原及电化学反应的功能层，另一部分是负责为氮氧传感器加热以达到催化反应所需温度的加热层。针对传统氮氧传感器结构复杂、电极附近易开裂、灵敏度不高等缺点，最近发展的技术对其有所改进。例如专利号为201520282672.6 公开了一种新的传感器，该传感器将内部传统的5个腔室缩减为3个腔室，既简化了传感器的结构从而优化了生产工艺，又缩短了气体扩散进入测量腔室的时间，缩短了氮氧传感器的响应时间，从而提高了传感器的灵敏度。但是该传感器仍有九层基片陶瓷基片构成，不仅响应时间较长，而且生产工序仍然相对复杂。本发明通过对传感器的结构设计，发明了一种新型的氮氧传感器。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明专利的目的在于提供一种氮氧传感器，以解决现有技术中由于使用陶瓷基片过多、结构复杂不足的问题。本发明提供了一种新型的氮氧传感器，包括从上到下依次叠压的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片、第五层基片。在第一层基片上存在一个电极。在第二层基片上包含了四个腔室：第一腔室为原始气体腔室，第二腔室和第三腔室为泵氧腔室，第四腔室为测量腔室。在第二腔室的上、下两侧，第三腔室的上、下两侧以及第四腔室的下侧分别存在一个电极。其中在第二腔室上侧的电极与第一基片上的电极构成了第一泵氧电极，第三腔室上侧的电极和第一基片上的电极构成了第二泵氧电极。第二腔室下侧的电极为对电极。在第四腔室的中含有一个测量电极。在第一腔室、第二腔室、第三腔室及第四腔室之间，分别通过扩散障层隔开。在第三基片中含有一个参考气体腔室，其与大气相连，作为参考气体通道。在第三基片和第四基片之间存在一个参考电极，作为测量电极的参考电极。在第四基片下侧存在一个加热电极。所有基片的材料都是由氧化钇稳定氧化锆。所有加热电极材料都是铂电极。
本发明的实施可以获得以下技术效果：（1）本发明所提供的氮氧传感器，结构得以极大简化，可以使传感器对氧的感应更灵敏，并且具有更短的响应时间。（2）本发明所描述的传感器结构更简单，极大缩短了其生产的周期，降低了生产成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优势更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当注意的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明但不用于限定本发明。
本发明提供的氮氧传感器可用来测量汽车尾气及电车锅炉气体中氮氧化物气体含量的测量。图1示出了本发明实施例提供的氮氧传感器的剖面视图，该传感器包括从上到下依次叠压的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片、第五层基片。在第一层基片上存在一个电极。在第二层基片上包含了四个腔室：第一腔室为原始气体腔室，第二腔室和第三腔室为泵氧腔室，第四腔室为测量腔室。在第二腔室的上、下两侧，第三腔室的上、下两侧以及第四腔室的下侧分别存在一个电极。其中在第二腔室上侧的电极与第一基片上的电极构成了第一泵氧电极，第三腔室上侧的电极和第一基片上的电极构成了第二泵氧电极。第二腔室下侧的电极为对电极。在第四腔室的中含有一个测量电极。在第一腔室、第二腔室、第三腔室及第四腔室之间，分别通过扩散障层隔开。在第三基片中含有一个参考气体腔室，其与大气相连，作为参考气体通道。在第三基片和第四基片之间存在一个参考电极，作为测量电极的参考电极。在第四基片下侧存在一个加热电极。所有基片的材料都是由氧化钇稳定氧化锆。所有加热电极材料都是铂电极。在测试过程中，位于第一腔室的含氮氧化物的混合气体通过扩散障层进入第二腔室，第二腔室中的泵氧电极工作，将气体中的大部分氧气泵出，之后气体进入第三腔室，在第三腔室催化电极的作用下，气体中的所有NO2被还原为NO和O2，NO又进一步被还原成N2和O2，经过氮氧化物还原得到的O2进入第四腔室，在泵氧电极的作用下泵出第四腔室，通过测试泵氧电极与参考电极的电势差，即可以获得第四腔室中O2浓度，进而获得原始气体中氮氧化物的含量。
附图说明：
图1是本发明实施例提供的氮氧传感器剖面视图暨原理图。
Claims (1)
1.本发明提供了一种新型的氮氧传感器，其特征在于：该传感器结构包括从上到下依次叠压的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片、第五层基片；在第一层基片上存在一个电极；在第二层基片上包含了四个腔室：第一腔室为原始气体腔室，第二腔室和第三腔室为泵氧腔室，第四腔室为测量腔室；在第二腔室的上、下两侧，第三腔室的上、下两侧以及第四腔室的下侧分别存在一个电极；其中在第二腔室上侧的电极与第一基片上的电极构成了第一泵氧电极，第三腔室上侧的电极和第一基片上的电极构成了第二泵氧电极；第二腔室下侧的电极为对电极；在第四腔室的中含有一个测量电极；在第一腔室、第二腔室、第三腔室及第四腔室之间，分别通过扩散障层隔开；在第三基片中含有一个参考气体腔室，其与大气相连，作为参考气体通道；在第三基片和第四基片之间存在一个参考电极，作为测量电极的参考电极；在第四基片下侧存在一个加热电极；该传感器所有基片的材料都是氧化钇稳定氧化锆陶瓷，所有电极材料都是金属铂电极。
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