CN108318566A - 一种陶瓷基体ch4传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷基体CH4传感器，CH4传感器包括一敏感电路支撑层；一设置在敏感电路支撑层下方的内加热电路支撑层，内加热电路支撑层内置加热器；一设置在敏感电路支撑层上方的敏感电路层，敏感电路层由敏感电极层、敏感电极正极引线脚以及敏感电极负极引线脚组成。本发明结构简单、具有耐高温及耐腐蚀等优点，且CH4浓度的检测不受其他气体成分及流量等环境因素的影响。
Description
技术领域
本发明涉及CH4检测传感器，特别涉及一种陶瓷基体CH4传感器。
背景技术
现有的CH4检测传感器主要有电化学型传感器、红外型传感器和催化燃烧型传感器三种类型，其中电化学型CH4传感器一般需要封装电解液不适用与高温CH4的检测，容易受到CO等还原性气体的影响；接触燃烧式气体传感器灵敏度好、线性度好、稳定性强，不易受温度和湿度的影响；但在实际运用的时候，缺点也是非常明显：检测极限不好，低浓度下灵敏度较不高；红外型CH4传感器，检测精度高，不需要氧的参与也能实现CH4气体的检查，但不能对高温的CH4气体进行在线检测，且价格昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以致密氧化铝陶瓷为支撑层及绝缘层，以多孔氧化铝担载氧化镓为探测层的陶瓷基体CH4传感器。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种陶瓷基体CH4传感器，所述CH4传感器包括：
一敏感电路支撑层；
一设置在敏感电路支撑层下方的内加热电路支撑层，内加热电路支撑层内置加热器；
一设置在敏感电路支撑层上方的敏感电路层，敏感电路层由敏感电极层、敏感电极正极引线脚以及敏感电极负极引线脚组成。
在本发明的一个实施例中，所述敏感电极层为多孔氧化铝担载纳米氧化镓颗粒敏感电极层，厚度为1-500μm。
在本发明的一个实施例中，所述敏感电路支撑层由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为100-500μm。
在本发明的一个实施例中，所述内加热电路支撑层由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为10-500μm。
在本发明的一个实施例中，所述加热器为Pt加热电路，厚度均在5-50μm，Pt加热电路上设有Pt加热正极引线脚和Pt加热负极引线脚。
在本发明的一个实施例中，所述敏感电路层为Pt敏感电极引线电路。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明传感器整体结构采用一次共烧结成型，结构紧凑；采用氧化铝陶瓷基及加热器内置结构，传感器启动时间短，敏感区域温度均匀，陶瓷基传感器耐腐蚀性强，寿命长；采用纳米氧化镓颗粒作为敏感电极材料，对被测气体敏感性好，充分发挥了多孔氧化铝陶瓷结构稳定的特性来维持敏感电极的结构稳定性、多孔性，纳米氧化镓颗粒比表面积大，多被测气氛敏感度高，检测下限低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明爆炸图；
图2为本发明剖视图；
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
10、敏感电路支撑层 20、内加热电路支撑层 21、加热器 22、Pt加热正极引线脚23、Pt加热负极引线脚 30、敏感电路层 31、敏感电极层 32、敏感电极正极引线脚 33、敏感电极负极引线脚组成。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1和图2所示，本发明公开了一种陶瓷基体CH4传感器，CH4传感器包括敏感电路支撑层10、设置在敏感电路支撑层下方的内加热电路支撑层20以及设置在敏感电路支撑层上方的敏感电路层30。
敏感电路层30由敏感电极层31、敏感电极正极引线脚32以及敏感电极负极引线脚33组成；敏感电路支撑层10由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为100-500μm；敏感电路层30为Pt敏感电极引线电路；敏感电路支撑层10位于加热器21的上方，温度场均匀，多孔结构及纳米氧化镓颗粒可充分使被测气体与氧化镓敏感电极材料接触；多孔氧化铝担载纳米氧化镓颗粒敏感电极层可充分增加与被测气氛的接触面积，提高传感器的检查灵敏度，敏感电极正极与负极之间通过纳米氧化镓颗粒敏感电极材料相互桥连，构成检测电路。
内加热电路支撑层20上设有加热器21；内加热电路支撑层20由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为10-500μm，加热器21为Pt加热电路，厚度均在5-50μm，Pt加热电路上设有Pt加热正极引线脚22和Pt加热负极引线脚23；加热电路位于两层致密氧化铝(内加热电路支撑层和敏感电路支撑层)之间形成内部加热器21；
敏感电极层31为多孔氧化铝担载纳米氧化镓颗粒敏感电极层，厚度为1-500μm。
上述多孔氧化铝、致密氧化铝层及所有Pt金属电路采用烧结一次成型，再在多孔氧化铝陶瓷内部担载纳米氧化镓颗粒，使得传感器结构稳定。
本发明CH4传感器的工作原理：工作时在加热器的Pt加热正极引线脚和Pt加热负极引线脚两端施加一定值的加热电压，使传感器的敏感电极层达到740-780℃工作温度；CH4传感器的敏感电路层由多孔氧化铝担载纳米氧化镓颗粒敏感电极层、敏感电极正极引线脚和敏感电极负极引线脚构成；传感器工作时在敏感电极正极引线脚与敏感电极负极引线脚之间施加0.1-2.0V的泵氧电压，同时检测回路电流I；
I∝C·PCH4 1/3
C:常数；PCH4：被测气氛中CH4的分压。
根据上述关系：回路电流I的值与被测气氛中的CH4分压PCH4成一定的比例关系，即一个特定的PCH4对应一定的回路电流I值，通过回路电流I值大小可计算CH4浓度。
本发明以致密氧化铝陶瓷为支撑层及绝缘层，以多孔氧化铝担载氧化镓为探测层的CH4浓度检测传感器；将纳米氧化镓颗粒注入到多孔氧化铝陶瓷内部形成复合陶瓷探测电极，充分发挥纳米氧化镓材料对CH4的敏感特性和氧化铝陶瓷的绝缘特性，采用加热电路内置的方式，缩短传感器的启动时间，多孔氧化铝担载纳米氧化镓基的CH4敏感特性、耐高温及耐腐蚀特性得到综合利用；且CH4浓度的检测不受其他气体成分及流量等环境因素的影响，氧化铝基传感器结构稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述CH4传感器包括：
一敏感电路支撑层；
一设置在敏感电路支撑层下方的内加热电路支撑层，内加热电路支撑层内置加热器；
一设置在敏感电路支撑层上方的敏感电路层，敏感电路层由敏感电极层、敏感电极正极引线脚以及敏感电极负极引线脚组成。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述敏感电极层为多孔氧化铝担载纳米氧化镓颗粒敏感电极层，厚度为1-500μm。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述敏感电路支撑层由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为100-500μm。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述内加热电路支撑层由致密氧化铝陶瓷材料制成，厚度为10-500μm。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述加热器为Pt加热电路，厚度均在5-50μm，Pt加热电路上设有Pt加热正极引线脚和Pt加热负极引线脚。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷基体CH4传感器，其特征在于，所述敏感电路层为Pt敏感电极引线电路。
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