CN111257390B - 对称双泵结构的高温湿度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层、第一出气通道层、第一固体电解质层、第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层，所述加热器层、第一出气通道层和第一固体电解质层与第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层呈上下对称分布；所述第一固体电解质层上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极和下公共电极。本发明采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；并通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性。

Description

对称双泵结构的高温湿度传感器
技术领域
本发明涉及一种湿度传感器，尤其涉及一种对称双泵结构的高温湿度传感器。
背景技术
湿度传感器是一类重要的电子元件，在环境与气象监测、工业生产监测与过程控制、航空航天等领域有着广泛的用途。湿度传感器主要包括电解质型、半导体型及高分子型等，电解质型湿度传感器原理简单、成本低廉，但测量范围窄、可重复性差、使用寿命短，更不能长期应用于高湿环境中；半导体型湿敏器件性能稳定、检测范围宽、生产简单、成本低，但温度系数较高、重复再现性较差；高分子型湿敏器件的灵敏度高，应用也较为广泛，但响应慢，在高温和高湿环境下的稳定性差。目前，低温环境（温度低于100℃）的湿度测量技术已经较为成熟，然而，要求在高温下监测湿度的场合也越来越多，比如纺织、造纸、水泥、锅炉、食品加工、木材干燥、金属冶炼等涉及工艺条件与质量控制的工业过程湿度测量与控制。因此，迫切需要开发出能在高温、高湿等苛刻环境进行湿度测量的新型湿度传感器。
CN103698358B公开了一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器及其制备方法，利用暂态自反馈微弧氧化技术在高纯铝薄片上制备一层稳定的多孔α-Al2O3陶瓷膜为感湿介质层，从而使Al2O3湿度传感器改善或克服了长期漂移、结构不稳定的问题。但该传感器不适合高温高湿环境的湿度测量，其工作温度局限于10-80℃。
为改善多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器对环境温度的限制，CN103543190B公开了一种高温湿度仪，其中，传感器为极限电流型氧化锆氧传感器，该极限电流型氧化锆氧传感器上连接有预加热电路。对于该专利的单泵设计，湿度是通过分析泵电池在低电压与高电压下的回路电流而获得的，这就要求泵电压必须在低电压与高电压之间周期性的来回跳跃来测量泵电流以计算湿度，因而单泵设计无法实现连续的即时测量，而且该传感器还需要额外地加热单元，造成使用的不便。
为了解决现有技术中测量不连续，且单独设置加热单元的不便，涉及本发明的一种对称双泵结构的高温湿度传感器。
发明内容
本发明目的在于提供一种对称双泵结构的高温湿度传感器，该传感器采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；并通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层、第一出气通道层、第一固体电解质层、第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层，所述加热器层、第一出气通道层和第一固体电解质层与第二固体电解质层、第二出气通道层和工作电极引脚层呈上下对称分布；
所述第一固体电解质层上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极和下公共电极，所述第一泵电极分布在第一固体电解质层与第一出气通道层之间，所述第一泵电极通过导线连接在第一泵电极过孔上；所述下公共电极设置在第一固体电解质层上与第一泵电极相背的一侧，所述下公共电极通过导线连接在下公共电极过孔上，所述第一泵电极过孔和下公共电极过孔分布在第一固体电解质层上，所述第一固体电解质层上还设有第二电极过孔，所述下公共电极过孔、第一泵电极过孔和第二电极过孔呈三孔插座式排布；
所述第二固体电解质层上设有第二泵电极，第二泵电极包括上公共电极和第二泵电极，所述第二泵电极分布在第二固体电解质层和第二出气通道层之间，所述第二泵电极通过导线连接在第二泵电极过孔上；所述上公共电极设置在第二固体电解质层上与第二泵电极相背的一侧，所述上公共电极通过导线连接在上公共电极过孔上，所述第二泵电极过孔与上公共电极过孔分布在第二固体电解质层上，所述第二固体电解质层上还设有第一电极过孔，所述上公共电极过孔、第二泵电极过孔和第一电极过孔呈三孔插座式排布；
当第一固体电解质层与第二固体电解质层叠放在一起时，所述下公共电极过孔与上公共电极过孔相连通，所述第一泵电极过孔与第一电极过孔相连通，所述第二电极过孔与第二泵电极过孔相连通；
所述加热器层上与第一出气通道层相对的一侧排布有加热器，所述加热器通过加热器引线连接在加热器电极过孔上，所述加热器电极过孔连接在加热电极引脚上，所述加热电极引脚设置在加热器层上，与加热器相背的一侧。
上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：
1. 上述方案中，所述第一出气通道层与第一泵电极相对的一侧设有第一出气通道，所述第一出气通道两端分别连通参比气与第一泵电极；所述第二出气通道层与第二泵电极相对的一侧设有第二出气通道，所述第二出气通道两端分别连通参比气与第二泵电极；所述下公共电极与上公共电极之间设有进气扩散障，所述进气扩散障连通待测气体与下公共电极与上公共电极。
2. 上述方案中，所述第一泵电极与第一出气通道层之间设有第一泵电极保护层，所述第一泵电极保护层完全覆盖第一泵电极；所述第二泵电极与第二出气通道层之间设有第二泵电极保护层，所述第二泵电极保护层完全覆盖第二泵电极；所述下公共电极与第一固体电解质层相背的一侧设有下公共电极保护层，所述上公共电极与第二固体电解质层相背的一侧设有上公共电极保护层。
3. 上述方案中，所述第二出气通道层上设有三个工作电极过孔，分别对应连接第二固体电解质层上的上公共电极过孔、第二泵电极过孔和第一电极过孔，所述工作电极引脚层上设有第一泵电极引脚、第二泵电极引脚和公共电极引脚，分别对应第二出气通道层上的三个工作电极过孔。
4. 上述方案中，所述第一固体电解质层与第二固体电解质层均为3-10%mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷；所述第一固体电解质层与第二固体电解质层的厚度相同，均为10～400μm；所述加热器层、第一出气通道层、第二出气通道层和工作电极引脚层均为氧化铝陶瓷，厚度均为0.1～0.4 mm；所述加热器为Pt加热电路，厚度在10-40 μm之间，所述第一泵电极、下公共电极、上公共电极和第二泵电极均为多孔Pt电极，厚度在10-40 μm之间。
5. 上述方案中，所述进气扩散障位于上公共电极保护层与下公共电极保护层之间，所述进气扩散障上设有环形空腔，此空腔的上下两侧分别与下公共电极与上公共电极相通，空腔沿水平方向的外侧连接有三条进气通道；所述第一泵电极保护层与第一出气通道相连通，所述第二泵电极保护层与第二出气通道相连通，所述第一出气通道与第二出气通道的入口端位于同一侧，与进气扩散障的入口端位于相背的两侧。
6. 上述方案中，所述进气扩散障、第一出气通道与第二出气通道的高度分别在10-100μm之间；所述进气扩散障、第一出气通道与第二出气通道分别为空腔，或多孔陶瓷，孔隙率在10-90%之间，或为氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
7. 上述方案中，所述第一泵电极保护层、第二泵电极保护层、下公共电极保护层与上公共电极保护层厚度分别在10-60 μm之间；所述第一泵电极保护层、第二泵电极保护层、下公共电极保护层与上公共电极保护层分别为多孔陶瓷薄膜，孔隙率为10-90%，或是氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
一种基于对称双泵结构的高温湿度传感器的恒温控制方法，包括第一泵电极两端电压值U1，第一泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip1，第二泵电极两端电压值U2，第二泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip2，待测氧分压PO2，待测水蒸气分压PH2O，
所述第一泵电极所在回路中：Ip1＝k1· PO2，其中k1为常数；
所述第二泵电极所在回路中：Ip2＝k2·PO2+ k3PH2O，其中，k2和k3为常数；
所述PO2＝Ip1/k1；
PH2O＝(k1•Ip2-k2• Ip1)/ (k1• k3)
上述方案中，所述R0为恒定值的控制方法为：在线测量第一固体电解质(3)在1kHz下的交流阻抗，也即电极引脚(21)和公共电极引脚(23)之间的内阻R，动态调节加热器占空比为0~100%，使R保持在某一恒定预设值，从而保证该传感器在恒定温度下工作，预设值范围在10~1000Ω之间，更优化的，预设值在50~300Ω之间。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 本发明对称双泵结构的高温湿度传感器，采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；采用氧化铝作为加热器的支撑体，极大地提高了加热器的绝缘电阻，因此，整个传感器的陶瓷敏感元件可以置于高温环境中使用，扩大了高温湿度传感器的应用范围；采用对称结构设计，可以有效避免传感器在烧结过程中的翘曲现象，提高传感器的平整度及生产合格率；
2. 本发明对称双泵结构的高温湿度传感器的，通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性；
3. 本发明对称双泵结构的高温湿度传感器，待测气体由扩散障的三个通道进入电极，保证了进气的平稳度，减少外界环境的影响，同时也避免电极被空气中的杂质所污染；参比气的两个进气通道与进气扩散障分布在固体电解质层的两侧，可以防止参比气与待检测气体相互干扰；进气扩散障与上、下公共电极相通，保证待测气体的一致性；
4. 本发明对称双泵结构的高温湿度传感器，每个电极上设置电极保护层，且采用多孔保护层，既能形成气流通道，起到均气的作用，使气体平稳到达电极上，同时还能过滤气体，起到保护电极的作用，可延长电极的寿命。
附图说明
附图1为本发明对称双泵结构的高温湿度传感器结构示意图。
附图2为本发明提供的一种对称双泵结构高温湿度传感器截面图。
以上附图中：1、加热器层；2、第一出气通道层；3、第一固体电解质层；4、第二固体电解质层；5、第二出气通道层；6、工作电极引脚层；7、加热器；8、第一泵电极保护层；9、第一泵电极；10、下公共电极；11、下公共电极保护层；12、进气扩散障；13、上公共电极保护层；14、上公共电极；15、第二泵电极；16、第二泵电极保护层；17、加热电极引脚；18、第一出气通道；19、第二出气通道；20、工作电极过孔；21、第一泵电极引脚；22、第二泵电极引脚；23、公共电极引脚；24、第二泵电极过孔；25、公共电极过孔；26、第一电极过孔；27、下公共电极过孔；28、第二电极过孔；29、第一泵电极过孔；30、加热器电极过孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层1、第一出气通道层2、第一固体电解质层3、第二固体电解质层4、第二出气通道层5和工作电极引脚层6，所述加热器层1、第一出气通道层2和第一固体电解质层3与第二固体电解质层4、第二出气通道层5和工作电极引脚层6呈上下对称分布；
所述第一固体电解质层3上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极9和下公共电极10，所述第一泵电极9分布在第一固体电解质层3与第一出气通道层2之间，所述第一泵电极9通过导线连接在第一泵电极过孔29上；所述下公共电极10设置在第一固体电解质层3上与第一泵电极9相背的一侧，所述下公共电极10通过导线连接在下公共电极过孔27上，所述第一泵电极过孔29和下公共电极过孔27分布在第一固体电解质层3上，所述第一固体电解质层3上还设有第二电极过孔28，所述下公共电极过孔27、第一泵电极过孔29和第二电极过孔28呈三孔插座式排布；
所述第二固体电解质层4上设有第二泵电极，第二泵电极包括上公共电极14和第二泵电极15，所述第二泵电极15分布在第二固体电解质层4和第二出气通道层5之间，所述第二泵电极15通过导线连接在第二泵电极过孔24上；所述上公共电极14设置在第二固体电解质层4上与第二泵电极15相背的一侧，所述上公共电极14通过导线连接在上公共电极过孔25上，所述第二泵电极过孔24与上公共电极过孔25分布在第二固体电解质层4上，所述第二固体电解质层4上还设有第一电极过孔26，所述上公共电极过孔25、第二泵电极过孔24和第一电极过孔26呈三孔插座式排布；
当第一固体电解质层3与第二固体电解质层4叠放在一起时，所述下公共电极过孔27与上公共电极过孔25相连通，所述第一泵电极过孔29与第一电极过孔26相连通，所述第二电极过孔28与第二泵电极过孔24相连通；
所述加热器层1上与第一出气通道层2相对的一侧排布有加热器7，所述加热器7通过加热器引线连接在加热器电极过孔30上，所述加热器电极过孔30连接在加热电极引脚17上，所述加热电极引脚17设置在加热器层1上，与加热器7相背的一侧。
上述第一出气通道层2与第一泵电极9相对的一侧设有第一出气通道18，所述第一出气通道18两端分别连通参比气与第一泵电极9；所述第二出气通道层5与第二泵电极15相对的一侧设有第二出气通道19，所述第二出气通道19两端分别连通参比气与第二泵电极15；所述下公共电极10与上公共电极14之间设有进气扩散障12，所述进气扩散障12连通待测气体与下公共电极10与上公共电极14；
上述第一泵电极9与第一出气通道层2之间设有第一泵电极保护层8，所述第一泵电极保护层8完全覆盖第一泵电极9；所述第二泵电极15与第二出气通道层5之间设有第二泵电极保护层16，所述第二泵电极保护层16完全覆盖第二泵电极15；所述下公共电极10与第一固体电解质层3相背的一侧设有下公共电极保护层11，所述上公共电极14与第二固体电解质层4相背的一侧设有上公共电极保护层13；
上述第二出气通道层5上设有三个工作电极过孔20，分别对应连接第二固体电解质层4上的上公共电极过孔25、第二泵电极过孔24和第一电极过孔26，所述工作电极引脚层6上设有第一泵电极引脚21、第二泵电极引脚22和公共电极引脚23，分别对应第二出气通道层5上的三个工作电极过孔20；
上述第一固体电解质层3与第二固体电解质层4均为3-10%mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷；所述第一固体电解质层3与第二固体电解质层4的厚度相同，均为10～400 μm；所述加热器层1、第一出气通道层2、第二出气通道层5和工作电极引脚层6均为氧化铝陶瓷，厚度均为0.1～0.4 mm；所述加热器7为Pt加热电路，厚度在10-40 μm之间，所述第一泵电极9、下公共电极10、上公共电极14和第二泵电极15均为多孔Pt电极，厚度在10-40 μm之间；
上述进气扩散障12位于上公共电极保护层13与下公共电极保护层11之间，所述进气扩散障12上设有环形空腔，此空腔的上下两侧分别与下公共电极10与上公共电极14相通，空腔沿水平方向的外侧连接有三条进气通道；所述第一泵电极保护层8与第一出气通道18相连通，所述第二泵电极保护层16与第二出气通道19相连通，所述第一出气通道18与第二出气通道19的入口端位于同一侧，与进气扩散障12的入口端位于相背的两侧；
上述进气扩散障12、第一出气通道18与第二出气通道19的高度分别在10-100μm之间；所述进气扩散障12、第一出气通道18与第二出气通道19分别为空腔，或多孔陶瓷，孔隙率在10-90%之间，或为氧化铝、氧化锆或者两者的复合物；上述第一泵电极保护层8、第二泵电极保护层16、下公共电极保护层11与上公共电极保护层13厚度分别在10-60 μm之间；所述第一泵电极保护层8、第二泵电极保护层16、下公共电极保护层11与上公共电极保护层13分别为多孔陶瓷薄膜，孔隙率为10-90%，或是氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
实施例2：一种对称双泵结构的高温湿度传感器，包括从上到下依次烧结而成的加热器层1、第一出气通道层2、第一固体电解质层3、第二固体电解质层4、第二出气通道层5和工作电极引脚层6，所述加热器层1、第一出气通道层2和第一固体电解质层3与第二固体电解质层4、第二出气通道层5和工作电极引脚层6呈上下对称分布；
所述第一固体电解质层3上设有第一泵电极，第一泵电极包括第一泵电极9和下公共电极10，所述第一泵电极9分布在第一固体电解质层3与第一出气通道层2之间，所述第一泵电极9通过导线连接在第一泵电极过孔29上；所述下公共电极10设置在第一固体电解质层3上与第一泵电极9相背的一侧，所述下公共电极10通过导线连接在下公共电极过孔27上，所述第一泵电极过孔29和下公共电极过孔27分布在第一固体电解质层3上，所述第一固体电解质层3上还设有第二电极过孔28，所述下公共电极过孔27、第一泵电极过孔29和第二电极过孔28呈三孔插座式排布；
所述第二固体电解质层4上设有第二泵电极，第二泵电极包括上公共电极14和第二泵电极15，所述第二泵电极15分布在第二固体电解质层4和第二出气通道层5之间，所述第二泵电极15通过导线连接在第二泵电极过孔24上；所述上公共电极14设置在第二固体电解质层4上与第二泵电极15相背的一侧，所述上公共电极14通过导线连接在上公共电极过孔25上，所述第二泵电极过孔24与上公共电极过孔25分布在第二固体电解质层4上，所述第二固体电解质层4上还设有第一电极过孔26，所述上公共电极过孔25、第二泵电极过孔24和第一电极过孔26呈三孔插座式排布；
当第一固体电解质层3与第二固体电解质层4叠放在一起时，所述下公共电极过孔27与上公共电极过孔25相连通，所述第一泵电极过孔29与第一电极过孔26相连通，所述第二电极过孔28与第二泵电极过孔24相连通；
所述加热器层1上与第一出气通道层2相对的一侧排布有加热器7，所述加热器7通过加热器引线连接在加热器电极过孔30上，所述加热器电极过孔30连接在加热电极引脚17上，所述加热电极引脚17设置在加热器层1上，与加热器7相背的一侧。
上述第一出气通道层2与第一泵电极9相对的一侧设有第一出气通道18，所述第一出气通道18两端分别连通参比气与第一泵电极9；所述第二出气通道层5与第二泵电极15相对的一侧设有第二出气通道19，所述第二出气通道19两端分别连通参比气与第二泵电极15；所述下公共电极10与上公共电极14之间设有进气扩散障12，所述进气扩散障12连通待测气体与下公共电极10与上公共电极14；
上述第一泵电极9与第一出气通道层2之间设有第一泵电极保护层8，所述第一泵电极保护层8完全覆盖第一泵电极9；所述第二泵电极15与第二出气通道层5之间设有第二泵电极保护层16，所述第二泵电极保护层16完全覆盖第二泵电极15；所述下公共电极10与第一固体电解质层3相背的一侧设有下公共电极保护层11，所述上公共电极14与第二固体电解质层4相背的一侧设有上公共电极保护层13；
上述第二出气通道层5上设有三个工作电极过孔20，分别对应连接第二固体电解质层4上的上公共电极过孔25、第二泵电极过孔24和第一电极过孔26，所述工作电极引脚层6上设有第一泵电极引脚21、第二泵电极引脚22和公共电极引脚23，分别对应第二出气通道层5上的三个工作电极过孔20；
上述第一固体电解质层3与第二固体电解质层4均为3-10%mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷；所述第一固体电解质层3与第二固体电解质层4的厚度相同，均为10～400 μm；所述加热器层1、第一出气通道层2、第二出气通道层5和工作电极引脚层6均为氧化铝陶瓷，厚度均为0.1～0.4 mm；所述加热器7为Pt加热电路，厚度在10-40 μm之间，所述第一泵电极9、下公共电极10、上公共电极14和第二泵电极15均为多孔Pt电极，厚度在10-40 μm之间；
上述进气扩散障12位于上公共电极保护层13与下公共电极保护层11之间，所述进气扩散障12上设有环形空腔，此空腔的上下两侧分别与下公共电极10与上公共电极14相通，空腔沿水平方向的外侧连接有三条进气通道；所述第一泵电极保护层8与第一出气通道18相连通，所述第二泵电极保护层16与第二出气通道19相连通，所述第一出气通道18与第二出气通道19的入口端位于同一侧，与进气扩散障12的入口端位于相背的两侧；上述进气扩散障12、第一出气通道18与第二出气通道19的高度分别在10-100μm之间；所述进气扩散障12、第一出气通道18与第二出气通道19分别为空腔，或多孔陶瓷，孔隙率在10-90%之间，或为氧化铝、氧化锆或者两者的复合物；
上述第一泵电极保护层8、第二泵电极保护层16、下公共电极保护层11与上公共电极保护层13厚度分别在10-60 μm之间；所述第一泵电极保护层8、第二泵电极保护层16、下公共电极保护层11与上公共电极保护层13分别为多孔陶瓷薄膜，孔隙率为10-90%，或是氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
一种基于对称双泵结构的高温湿度传感器的恒温控制方法，包括第一泵电极两端电压值U1，第一泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip1，第二泵电极两端电压值U2，第二泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip2，待测氧分压PO2，待测水蒸气分压PH2O，
所述第一泵电极所在回路中：Ip1＝k1· PO2，其中k1为常数；
所述第二泵电极所在回路中：Ip2＝k2·PO2+ k3PH2O，其中，k2和k3为常数；
所述PO2＝Ip1/k1；
PH2O＝k1•Ip2-k2• Ip1/ k1• k3
上述R0保持恒定值的控制方法为：在线测量第一固体电解质(3)在1kHz下的交流阻抗，也即电极引脚(21)和公共电极引脚(23)之间的内阻R，动态调节加热器占空比为0~100%，使R保持在80Ω恒定值，此电阻对应下的传感器温度为750°C。
采用双泵设计，第一泵电极与第二泵电极的泵电压可以分别固定在低电压与高电压，因而可以实现待测气氛中氧气浓度与水蒸气浓度测连续测量；采用氧化铝作为加热器的支撑体，极大地提高了加热器的绝缘电阻，因此，整个传感器的陶瓷敏感元件可以置于高温环境中使用，扩大了高温湿度传感器的应用范围；采用对称结构设计，可以有效避免传感器在烧结过程中的翘曲现象，提高传感器的平整度及生产合格率；通过监控固体电解质内阻并通过控制加热器占空比来维持该内阻以及片芯温度恒定，保证了测量的准确性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：包括从上到下依次烧结而成的加热器层(1)、第一出气通道层(2)、第一固体电解质层(3)、第二固体电解质层(4)、第二出气通道层(5)和工作电极引脚层(6)，所述加热器层(1)、第一出气通道层(2)和第一固体电解质层(3)与第二固体电解质层(4)、第二出气通道层(5)和工作电极引脚层(6)呈上下对称分布；
所述第一固体电解质层(3)上设有第一泵电极(9)和下公共电极(10)，所述第一泵电极(9)分布在第一固体电解质层(3)与第一出气通道层(2)之间，所述第一泵电极(9)通过导线连接在第一泵电极过孔(29)上；所述下公共电极(10)设置在第一固体电解质层(3)上与第一泵电极(9)相背的一侧，所述下公共电极(10)通过导线连接在下公共电极过孔(27)上，所述第一泵电极过孔(29)和下公共电极过孔(27)分布在第一固体电解质层(3)上，所述第一固体电解质层(3)上还设有第二电极过孔(28)，所述下公共电极过孔(27)、第一泵电极过孔(29)和第二电极过孔(28)呈三孔插座式排布；
所述第二固体电解质层(4)上设有第二泵电极，第二泵电极包括上公共电极(14)和第二泵电极(15)，所述第二泵电极(15)分布在第二固体电解质层(4)和第二出气通道层(5)之间，所述第二泵电极(15)通过导线连接在第二泵电极过孔(24)上；所述上公共电极(14)设置在第二固体电解质层(4)上与第二泵电极(15)相背的一侧，所述上公共电极(14)通过导线连接在上公共电极过孔(25)上，所述第二泵电极过孔(24)与上公共电极过孔(25)分布在第二固体电解质层(4)上，所述第二固体电解质层(4)上还设有第一电极过孔(26)，所述上公共电极过孔(25)、第二泵电极过孔(24)和第一电极过孔(26)呈三孔插座式排布；
当第一固体电解质层(3)与第二固体电解质层(4)叠放在一起时，所述下公共电极过孔(27)与上公共电极过孔(25)相连通，所述第一泵电极过孔(29)与第一电极过孔(26)相连通，所述第二电极过孔(28)与第二泵电极过孔(24)相连通；
所述加热器层(1)上与第一出气通道层(2)相对的一侧排布有加热器(7)，所述加热器(7)通过加热器引线连接在加热器电极过孔(30)上，所述加热器电极过孔(30)连接在加热电极引脚(17)上，所述加热电极引脚(17)设置在加热器层(1)上，与加热器(7)相背的一侧。
2.根据权利要求1所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述第一出气通道层(2)与第一泵电极(9)相对的一侧设有第一出气通道(18)，所述第一出气通道(18)两端分别连通参比气与第一泵电极(9)；所述第二出气通道层(5)与第二泵电极(15)相对的一侧设有第二出气通道(19)，所述第二出气通道(19)两端分别连通参比气与第二泵电极(15)；所述下公共电极(10)与上公共电极(14)之间设有进气扩散障(12)，所述进气扩散障(12)连通待测气体与下公共电极(10)与上公共电极(14)。
3.根据权利要求1所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述第一泵电极(9)与第一出气通道层(2)之间设有第一泵电极保护层(8)，所述第一泵电极保护层(8)完全覆盖第一泵电极(9)；所述第二泵电极(15)与第二出气通道层(5)之间设有第二泵电极保护层(16)，所述第二泵电极保护层(16)完全覆盖第二泵电极(15)；所述下公共电极(10)与第一固体电解质层(3)相背的一侧设有下公共电极保护层(11)，所述上公共电极(14)与第二固体电解质层(4)相背的一侧设有上公共电极保护层(13)。
4.根据权利要求1所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述第二出气通道层(5)上设有三个工作电极过孔(20)，分别对应连接第二固体电解质层(4)上的上公共电极过孔(25)、第二泵电极过孔(24)和第一电极过孔(26)，所述工作电极引脚层(6)上设有第一泵电极引脚(21)、第二泵电极引脚(22)和公共电极引脚(23)，分别对应第二出气通道层(5)上的三个工作电极过孔(20)。
5.根据权利要求1所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述第一固体电解质层(3)与第二固体电解质层(4)均为3-10％mol氧化钇稳定氧化锆陶瓷；所述第一固体电解质层(3)与第二固体电解质层(4)的厚度相同，均为10～400μm；所述加热器层(1)、第一出气通道层(2)、第二出气通道层(5)和工作电极引脚层(6)均为氧化铝陶瓷，厚度均为0.1～0.4mm；所述加热器(7)为Pt加热电路，厚度在10-40μm之间，所述第一泵电极(9)、下公共电极(10)、上公共电极(14)和第二泵电极(15)均为多孔Pt电极，厚度在10-40μm之间。
6.根据权利要求2所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述进气扩散障(12)位于上公共电极保护层(13)与下公共电极保护层(11)之间，所述进气扩散障(12)上设有环形空腔，此空腔的上下两侧分别与下公共电极(10)与上公共电极(14)相通，空腔沿水平方向的外侧连接有三条进气通道；所述第一泵电极保护层(8)与第一出气通道(18)相连通，所述第二泵电极保护层(16)与第二出气通道(19)相连通，所述第一出气通道(18)与第二出气通道(19)的入口端位于同一侧，与进气扩散障(12)的入口端位于相背的两侧。
7.根据权利要求2所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述进气扩散障(12)、第一出气通道(18)与第二出气通道(19)的高度分别在10-100μm之间；所述进气扩散障(12)、第一出气通道(18)与第二出气通道(19)分别为空腔，或多孔陶瓷，孔隙率在10-90％之间，或为氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
8.根据权利要求3所述的对称双泵结构的高温湿度传感器，其特征在于：所述第一泵电极保护层(8)、第二泵电极保护层(16)、下公共电极保护层(11)与上公共电极保护层(13)厚度分别在10-60μm之间；所述第一泵电极保护层(8)、第二泵电极保护层(16)、下公共电极保护层(11)与上公共电极保护层(13)分别为多孔陶瓷薄膜，孔隙率为10-90％，或是氧化铝、氧化锆或者两者的复合物。
9.一种基于权利要求1所述的对称双泵结构的高温湿度传感器的恒温控制方法，其特征在于：包括第一泵电极两端电压值U1，第一泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip1，第二泵电极两端电压值U2，第二泵电极所在回路产生的泵氧电流值Ip2，待测氧分压PO2，待测水蒸气分压PH2O，
所述第一泵电极所在回路中：Ip1＝k1·PO2，其中k1为常数；
所述第二泵电极所在回路中：Ip2＝k2·PO2+k3PH2O，其中，k2和k3为常数；
所述PO2＝Ip1/k1；
PH2O＝(k1·Ip2-k2·Ip1)/(k1·k3)。
10.根据权利要求9所述的对称双泵结构的高温湿度传感器的恒温控制方法，其特征在于：在线测量第一固体电解质层(3)在1kHz下的交流阻抗，也即第一泵电极引脚(21)和公共电极引脚(23)之间的内阻R，动态调节加热器占空比，使R保持在某一恒定预设值，从而保证该传感器在恒定温度下工作，预设值范围在10～1000Ω之间。
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