CN117825458A - 气体传感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种气体传感器和电子设备，气体传感器中的气敏层采用含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物，不仅可以提高气体传感器的灵敏度，同时也提高了气体传感器的选择性。气体传感器可以包括基片、第一绝缘层、电极单元和气敏层。第一绝缘层与基片可以层叠设置。电极单元可以位于第一绝缘层的第一表面，第一表面可以用于指示第一绝缘层背离基片的表面。气敏层可以覆盖部分电极单元。气敏层采用的材料可以包括金属氧化物。金属氧化物可以含有钨和锌中的至少一种元素。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种气体传感器和电子设备。
背景技术
随着科技的飞速发展，气体传感器在气体探测领域得到了广泛的应用。气体传感器是一种可以将待检测气体(以一氧化氮NO(nitric oxide)为例)的体积分数转化成电信号的传感器。相关技术提供的气体传感器中，气敏层的材料通常为二氧化锡SnO2(stannicoxide)。但是由于二氧化锡的固有特性，导致气敏层对一氧化氮的灵敏度不高，且不能排除除一氧化氮以外的其他干扰气体，也就是导致气体传感器的选择性较低。
因此，亟需一种高灵敏度高和高选择性的气体传感器。
发明内容
本申请提供了一种气体传感器和电子设备，气体传感器中的气敏层采用含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物，不仅可以提高气体传感器的灵敏度，同时也提高了气体传感器的选择性。
第一方面，本申请提供了一种气体传感器，可以包括基片、第一绝缘层、电极单元和气敏层。
可选的，第一绝缘层与基片可以层叠设置。电极单元可以位于第一绝缘层的第一表面，其中，基片和绝缘层之间具有明确的边界，第一表面可以用于指示第一绝缘层背离基片的表面。
示例性的，气敏层可以覆盖部分电极单元。气敏层采用的材料可以包括金属氧化物。金属氧化物可以含有钨W(tungsten)和锌Zn(zinc)中的至少一种元素。例如，金属氧化物可以含有钨。又例如，金属氧化物可以含有锌。还例如，金属氧化物可以含有钨和锌。
需要说明的是，气敏层还可以采用除金属氧化物以外的其他材料，且金属氧化物还可以含有除钨和锌中至少一种元素以外的其他元素，本申请不做限定。
本申请提供的气体传感器通过含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物作为气敏层的材料。由于含有钨和/或锌的金属化合物的晶貌结构有利于与一氧化氮等待检测气体发生反应，能够提高气体传感器的灵敏度和选择性。
进一步地，气敏层采用的金属氧化物可以包括氧化钨(WO3，tungsten trioxide)和氧化锌ZnO(zinc oxide)中的至少一种。例如，气敏层的材料可以包括氧化钨。又例如，气敏层的材料可以包括氧化锌。还例如，气敏层的材料可以包括氧化钨和氧化锌，也就是即氧化钨和氧化锌的混合材料。由于氧化钨和/或氧化锌与一氧化氮等待检测气体容易发生反应，与其他干扰气体不容易发生反应，于是能够进一步提高气体传感器的选择性。对于一氧化氮这种待检测气体来说，干扰气体可以包括挥发性有机化合物(volatile organiccompounds，VOC)、硫化物、甲烷CH4(methane)、氨气NH3(ammonia)、乙醇C2H5OH(ethanol)、二氧化氮NO2(nitrogen dioxide)、一氧化二氮N2O(nitrous oxide)、一氧化碳CO(carbonmonoxide)、氢气H2(hydrogen)等。当然，金属氧化物还可以包括其他类型，本申请不做限定。
在一种可能的实现方式中，气敏层可以含有掺杂材料。
在一示例中，掺杂材料可以含有铌Nb(niobium)、钽Ta(tantalum)和铟In(indium)中的至少一种元素。例如，掺杂材料可以含有铌。又例如，掺杂材料可以含有钽。还例如，掺杂材料可以含有铟。再例如，掺杂材料可以含有铌和钽。当然，掺杂材料还可以含有其他元素，本申请不做限定。
在另一示例中，掺杂材料的浓度可以为0.5％～10％。当然，掺杂材料的浓度还可以为其他范围，本申请不做限定。
本申请中掺杂材料的选择以及相应的浓度范围可以使气敏层的晶貌结构发生改变，有利于气敏层与一氧化氮等待检测气体发生反应，提高气体传感器的灵敏度和选择性。
在另一种可能的实现方式中，电极单元可以包括加热电极、测温电极和信号电极。
可选的，加热电极可以用于：根据电源提供的电流加热。
测温电极可以用于：测量加热电极的温度。
一方面，气敏层可以用于：在加热电极的温度达到预设的第一温度阈值的情况下，与待检测气体(如一氧化氮等)发生反应。另一方面，气敏层可以用于：在加热电极的温度达到预设的第二温度阈值的情况下，脱附气敏层表面的吸附物。
其中，第二温度阈值可以大于第一温度阈值。示例性的，第二温度阈值可以为300℃，第一温度阈值可以为150℃。当然，第二温度阈值和第一温度阈值还可以为其他温度，本申请不做限定。
也就是说，在第二温度阈值这一相对较高的温度下，气敏层可以脱附吸附物，进而气敏层处于可反应状态。换句话说，在相对较高的温度下，提高了气敏层的灵敏度。在第一温度阈值这一相对较低的温度下，气敏层可以与待检测气体发生反应，进而改变气敏层的电阻值。
于是，信号电极可以用于输出气敏层的电阻值。
本申请可以通过加热电极和测温电极为气敏层提供与待检测气体发生反应的温度，还可以通过信号电极输出气敏层因与待检测气体发生反应而变化的电阻值。
在又一种可能的实现方式中，本申请提供的气体传感器还可以包括第二绝缘层。
在一示例中，第二绝缘层可以覆盖加热电极和测温电极。第二绝缘层可以避免气敏层覆盖加热电极和测温电极，可以提高气体传感器的温控精度。
进一步地，第二绝缘层的材料可以包括氧化铝。当然，第二绝缘层的材料还可以包括其他材料，本申请不做限定。
在另一示例中，气敏层可以覆盖整个信号电极，提高信号电极输出的气敏层的电阻值的精度。当然，气敏层也可以覆盖部分信号电极，本申请不做限定。
在又一种可能的实现方式中，本申请提供的气体传感器还可以包括垫片。垫片和基片可以层叠设置，且垫片可以位于基片的第二表面。其中，垫片和基片之间具有明确的边界，第二表面可以用于指示基片背离第一绝缘层的表面。
可以看出，上述第一绝缘层和垫片分别可以位于基片的两个表面，也可以认为，垫片、基片和第一绝缘层层叠设置。本申请中的垫片可以起到支撑基片、第一绝缘层和电极单元的作用。
进一步地，垫片和基片可以分别设有镂空结构，可以为电极单元提供均匀散热的通道，且可以避免不同通道之间的热干扰。
在一示例中，上述基片的材料可以包括氧化锆。相对于硅等材料，氧化锆的热导率较低，可以用于对电极单元进行保温。
在另一示例中，垫片的材料可以包括氧化铝。由于空气的热导率低于氧化铝的热导率，因此，设有镂空结构的垫片又可以对电极单元进行保温。
在又一示例中，与第二绝缘层类似，第一绝缘层的材料可以包括氧化铝。当然，第一绝缘层的材料还可以包括其他材料，本申请不做限定。
在又一示例中，电极单元的材料可以包括金属材料。也就是说，加热电极、测温电极和信号电极的材料分别可以包括金属材料，能够提高加热电极、测温电极和信号电极的导电性。
进一步地，金属材料可以含有金和铂中的至少一种元素。例如，金属材料可以含有金。又例如，金属材料可以含有铂。还例如，金属材料可以含有金和铂。由于含有金和铂中的至少一种元素的金属材料的阻值较低且线性度较高，因此，可以提高测温电极测量的加热电极温度的精度，同时也可以提高信号电极输出的气敏层的电阻值的精度。
在一种可能的实现方式中，基片的热膨胀系数与第一绝缘层的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2。
类似的，电极单元的热膨胀系数与第一绝缘层的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2.5。
也就是说，基片的热膨胀系数、第一绝缘层的热膨胀系数和电极单元的热膨胀系数接近，保证在温度的变化过程中，电极单元与第一绝缘层之间以及第一绝缘层与基片之间不易脱离，进而提高了气体传感器的可靠性。
第二方面，本申请提供了一种电子设备，可以包括流量计、电磁阀、气泵、电源、控制模块以及上述第一方面及其可能实现的方式提供的气体传感器。
其中，流量计可以与电磁阀连接，电磁阀与气泵连接，气泵、电源和控制模块可以分别与气体传感器连接。
可选地，流量计可以用于测量待检测气体的流量。电磁阀可以用于控制待检测气体的流量。气泵可以用于将待检测气体抽送至气体传感器。电源可以用于为气体传感器提供电流。气体传感器可以用于根据电源提供的电流输出气敏层的电阻值。控制模块可以用于基于气敏层的电阻值检测待检测气体的浓度值。
可以看出，本申请提供的电子设备可以实现待检测气体浓度值的检测，且通过气体传感器可以提高电子设备的对待检测气体的检测灵敏度和选择性。
进一步地，控制模块可以包括控制单元和采样单元。
一方面，控制单元可以用于：增大电源提供的电流，使加热电极的温度达到第二温度阈值。另一方面，控制单元可以用于：减小电源提供的电流，使加热电极的温度从第二温度阈值降至第一温度阈值。
采样单元可以用于：在加热电极的温度从第二温度阈值降至第一温度阈值的情况下，测量气敏层的电阻值。
其中，气敏层的电阻值可以包括第一电阻值和第二电阻值。第一电阻值可以用于指示电子设备内部残留气体与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。第二电阻值可以用于指示电子设备内部残留气体和待检测气体分别与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。
控制单元还可以用于：根据第二电阻值和第一电阻值的比值得到气敏层的第三电阻值，并基于第三电阻值，根据对应关系得到待检测气体的浓度值。
其中，第三电阻值可以用于指示待检测气体与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。对应关系可以用于指示第三电阻值与待检测气体的浓度值之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，电子设备还可以包括电路板，流量计、电磁阀、气泵、电源、控制模块以及气体传感器可以设置在电路板上。
在另一种可能的实现方式中，电子设备可以为手持式居家检测设备。当然，电子设备还可以为其他类型，本申请不做限定。
应当理解的是，本申请的第二方面与本申请的第一方面的技术方案一致，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中气体传感器1的一种示意性结构图；
图2为本申请实施例中气体传感器1的另一种示意性结构图；
图3为本申请实施例中电子设备10的一种示意性结构图；
图4为本申请实施例中加热电极131的温度变化趋势示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
随着科技的飞速发展，气体传感器在气体探测领域得到了广泛的应用。气体传感器是一种可以将待检测气体(以一氧化氮NO(nitric oxide)为例)的体积分数转化成电信号的传感器。相关技术提供的气体传感器中，气敏层的材料通常为二氧化锡SnO2(stannicoxide)。但是由于二氧化锡的固有特性，导致气敏层对一氧化氮的灵敏度不高，且不能排除除一氧化氮以外的其他干扰气体，也就是导致气体传感器的选择性较低。其中，选择性也被称为交叉灵敏度，可以通过测量由某种浓度的干扰气体所产生的气体传感器响应确定。
为了克服上述缺陷，本申请实施例提供了一种气体传感器，如图1所示。气体传感器1可以包括基片11、绝缘层12(即第一绝缘层)、电极单元13和气敏层14。
可选的，绝缘层12与基片11可以层叠设置。由于基片11和绝缘层12之间具有明确的边界，所以电极单元13可以位于绝缘层12的背离基片11的表面(即第一表面，也就是图1中的绝缘层12的上表面)。
示例性的，气敏层14可以覆盖部分电极单元13(如信号电极132)。气敏层14采用的材料可以包括金属氧化物。金属氧化物可以含有钨W(tungsten)和锌Zn(zinc)中的至少一种元素。例如，金属氧化物可以含有钨。又例如，金属氧化物可以含有锌。还例如，金属氧化物可以含有钨和锌。
需要说明的是，气敏层14还可以采用除金属氧化物以外的其他材料，且金属氧化物还可以含有除钨和锌中至少一种元素以外的其他元素，本申请实施例不做限定。
本申请实施例提供的气体传感器1通过含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物作为气敏层14的材料，由于含有钨和/或锌的金属化合物的晶貌结构有利于与一氧化氮发生反应，能够提高气体传感器1的灵敏度和选择性。本申请实施例中，气体传感器1的灵敏度可以达到5ppb。
进一步地，气敏层14采用的金属氧化物可以包括氧化钨(WO3，tungstentrioxide)和氧化锌ZnO(zinc oxide)中的至少一种。例如，气敏层14的材料可以包括氧化钨。又例如，气敏层14的材料可以包括氧化锌。还例如，气敏层14的材料可以包括氧化钨和氧化锌，也就是即氧化钨和氧化锌的混合材料。由于氧化钨和/或氧化锌与一氧化氮等待检测气体容易发生反应，与其他干扰气体不容易发生反应，于是能够进一步提高气体传感器1的选择性。对于一氧化氮来说，干扰气体可以包括挥发性有机化合物(volatile organiccompounds，VOC)、硫化物、甲烷CH4(methane)、氨气NH3(ammonia)、乙醇C2H5OH(ethanol)、二氧化氮NO2(nitrogen dioxide)、一氧化二氮N2O(nitrous oxide)、一氧化碳CO(carbonmonoxide)、氢气H2(hydrogen)等。当然，金属氧化物还可以包括其他类型，本申请不做限定。
也就是说，本申请实施例提供的气体传感器1能够排除上述干扰气体，具有高选择性。
在一种可能的实现方式中，气敏层14可以含有掺杂材料。
在一示例中，掺杂材料可以含有铌Nb(niobium)、钽Ta(tantalum)和铟In(indium)中的至少一种元素。例如，掺杂材料可以含有铌。又例如，掺杂材料可以含有钽。还例如，掺杂材料可以含有铟。再例如，掺杂材料可以含有铌和钽。当然，掺杂材料还可以含有其他元素，本申请实施例不做限定。
在另一示例中，掺杂材料的浓度可以为0.5％～10％。当然，掺杂材料的浓度还可以为其他范围，本申请实施例不做限定。
本申请实施例中掺杂材料的选择以及相应的浓度范围可以使气敏层14的晶貌结构发生改变，有利于气敏层14与一氧化氮等待检测气体发生反应，提高气体传感器1的灵敏度和选择性。
参考图1，电极单元13可以包括加热电极131、测温电极133和信号电极132。
可选的，加热电极131可以用于：根据电源提供的电流(可以用I表示)加热。
测温电极133可以用于：测量加热电极131的温度(可以用T表示)。
一方面，气敏层14可以用于：在加热电极131的温度T达到预设的温度阈值T1(即第一温度阈值)的情况下，与一氧化氮(即待检测气体，以一氧化氮为例)发生反应。另一方面，气敏层14可以用于：在加热电极131的温度达到预设的温度阈值T2(即第二温度阈值)的情况下，脱附气敏层14表面的吸附物。
可以理解的，由于气敏层14的表面与空气接触，因此，气敏层14表面会吸附空气中的吸附物(如氧气等)，吸附物可以包括物理吸附氧(O2(ads))和化学吸附氧(O2(ads)-、O(ads)-、O(ads)2-)。吸附物可以获取气敏层14中的电子，在气敏层14表面形成电子耗尽层。一氧化氮与气敏层14反应，电子耗尽层中的电子减少，从而改变气敏层14的阻值。
其中，温度阈值T2可以大于温度阈值T1。示例性的，温度阈值T2可以为300℃等，温度阈值T1可以为150℃等。当然，温度阈值T2和温度阈值T1还可以为其他温度，本申请实施例不做限定。本申请实施例以300℃和150℃为例进行说明。
也就是说，在温度阈值T2这一相对较高的温度下，气敏层14可以脱附吸附物，进而气敏层14处于可反应状态。换句话说，在相对较高的温度下，气敏层14的灵敏度较高。在温度阈值T1这一相对较低的温度下，气敏层14可以与一氧化氮发生反应，进而改变气敏层14的电阻值。
于是，信号电极132可以用于输出气敏层14的电阻值。
本申请可以通过加热电极131和测温电极133为气敏层14提供与一氧化氮发生反应的温度，还可以通过信号电极132输出气敏层14因与一氧化氮发生反应而变化的电阻值。
在本申请的一些实施例中，气体传感器1还可以包括绝缘层15(即第二绝缘层)。
在一示例中，如图1所示，绝缘层15可以覆盖加热电极131和测温电极133。绝缘层15可以避免气敏层14覆盖加热电极131和测温电极133，可以提高气体传感器1的温控精度。
进一步地，绝缘层15的材料可以包括氧化铝Al2O3(aluminium oxide)。当然，绝缘层15的材料还可以包括其他材料，本申请实施例不做限定。
在另一示例中，继续参考图1，气敏层14可以覆盖整个信号电极132，提高信号电极132输出的气敏层14的电阻值的精度。当然，气敏层14也可以覆盖部分信号电极132，本申请实施例不做限定。
在本申请的另一些实施例中，气体传感器1还可以包括垫片16。垫片16和基片11可以层叠设置。垫片16和基片11之间具有明确的边界，垫片16可以位于基片11的背离绝缘层12的表面(即基片11的第二表面)。
可以看出，绝缘层12和垫片16分别可以位于基片11的两个表面，也可以认为，垫片16、基片11和绝缘层12层叠设置。垫片16可以起到支撑基片11、绝缘层12和电极单元13的作用。
进一步地，基片11可以设有镂空结构。类似的，垫片16也可以设置镂空结构A，如图1。镂空结构可以为电极单元13提供均匀散热的通道，且可以避免不同通道之间的热干扰，能够保证每个通道温度的稳定性。
在一示例中，上述基片11的材料可以包括氧化锆ZrO2(zirconium dioxide)。相对于硅Si(silicon)等材料，氧化锆的热导率较低(可以为2.09瓦/米·度)，可以用于对电极单元13进行保温。也就是用于对加热电极131、信号电极132和测温电极133保温。
在另一示例中，垫片16的材料可以包括氧化铝。由于空气的热导率低于氧化铝的热导率，因此，设有镂空结构的垫片16又可以对电极单元13进行保温。
在又一示例中，与绝缘层15类似，绝缘层12的材料也可以包括氧化铝。当然，绝缘层12的材料还可以包括其他材料，本申请实施例不做限定。
在又一示例中，电极单元13的材料可以包括金属材料。也就是说，加热电极131、测温电极133和信号电极132的材料分别可以包括金属材料，能够提高加热电极131、测温电极133和信号电极132的导电性。
进一步地，金属材料可以含有金Au(aurum)和铂pt(platinum)中的至少一种元素。例如，金属材料可以含有金。又例如，金属材料可以含有铂。还例如，金属材料可以含有金和铂。由于含有金和铂中的至少一种元素的金属材料的阻值较低且线性度较高，因此，可以提高测温电极133测量的加热电极131温度的精度，同时也可以提高信号电极132输出的气敏层14的电阻值的精度。
可选的，基片11的热膨胀系数与绝缘层12的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2。类似的，电极单元13的热膨胀系数与绝缘层12的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2.5。也就是说，基片11的热膨胀系数、绝缘层12的热膨胀系数和电极单元13的热膨胀系数接近，保证在温度的变化过程中，电极单元13与绝缘层12之间以及绝缘层12与基片11之间不易脱离，进而提高了气体传感器1的可靠性和稳定性。
本申请实施例中，绝缘层12、绝缘层15和垫片16的材料分别可以包括氧化铝。基片11的材料可以为包括氧化锆。电极单元13的材料可以包括铂。也就是说，加热电极131、信号电极132和加热电极133的材料可以分别包括铂。由于氧化铝的热膨胀系数可以为6.8，氧化锆的热膨胀系数可以为10.5，铂的热膨胀系数可以为9.0。如表1所示：
表1
| 绝缘层12 | 绝缘层15 | 垫片16 | 基片11 | 电极单元13 | |
| 材料 | 氧化铝 | 氧化铝 | 氧化铝 | 氧化锆 | Pt |
| 热膨胀系数 | 6.8 | 6.8 | 6.8 | 10.5 | 9.0 |
于是，基片11的热膨胀系数与绝缘层12的热膨胀系数的比值可以为1.54，电极单元13的热膨胀系数与绝缘层12的热膨胀系数的比值可以为1.32。可以看出，基片11、绝缘层12、电极单元13的热膨胀系数接近，保证在温度的变化过程中，电极单元13与绝缘层12之间以及绝缘层12与基片11之间不易脱离，气体传感器1的可靠性和稳定性较高。
在一种实施例中，绝缘层15和气敏层14可以构成气体传感器1的基本结构。以四个绝缘层15和4个气敏层14为例，四个基本结构可以呈矩阵排列，如图2所示。四个基本结构可以共用一个电极单元13。当然，四个基本结构还可以共用一个绝缘层12、一个基片11和一个垫片16。4个基本结构中的气敏层14的材料可以包括氧化钨、氧化锌等不同的材料。本申请实施例中，4个基本结构中，其中一个气敏层14的材料可以包括氧化钨，其他三个气敏层14的材料可以包括氧化锌等。
进一步地，参考图2，垫片16和基片11分别设有镂空结构。基片11设有的镂空结构B和垫片16设有的镂空结构分别为四组，且一一对应，有助于电极单元13的均匀散热。
需要说明的是，本申请实施例提供的气体传感器1除了可以通过信号电极132输出气敏层14与一氧化氮发生反应引起的气敏层14的电阻值，还可以通过信号电极132输出气敏层14与其他待检测气体发生反应引起的气敏层14的电阻值。也就是说，与气敏层14发生反应的气体除了一氧化氮，还可以为其他待检测气体，本申请实施例不做限定。
本申请实施例还提供了一种电子设备，如图3所示。电子设备10可以包括流量计2、电磁阀3、气泵4、电源6、控制模块5以及气体传感器1。
其中，流量计2可以与电磁阀3连接，电磁阀3可以与气泵4连接，气泵4、电源6和控制模块5可以分别与气体传感器1连接。
可选地，流量计2可以用于测量一氧化氮的流量。电磁阀3可以用于控制一氧化氮的流量。气泵4可以用于将一氧化氮抽送至气体传感器1。电源6可以用于为气体传感器1提供电流I。气体传感器1可以用于根据电源6提供的电流I输出气敏层14的电阻值。控制模块5可以用于基于气敏层14的电阻值检测一氧化氮的浓度值(可以用CON表示)。
可以看出，本申请实施例提供的电子设备10可以实现一氧化氮浓度值的检测，且通过气体传感器1可以提高电子设备10的对一氧化氮的检测灵敏度和选择性。
进一步地，控制模块5可以包括控制单元和采样单元。下面对控制单元和采样单元的作用进行介绍。
控制单元可以与电源6连接，具有以下两方面的作用：
一方面，控制单元可以用于增大电源6提供的电流I，使加热电极131的温度达到温度阈值T2。
另一方面，控制单元可以用于减小电源6提供的电流I，使加热电极131的温度从温度阈值T2降至温度阈值T1。
采样单元可以用于：在加热电极131的温度从温度阈值T2降至温度阈值T1的情况下，测量气敏层14的电阻值。
其中，气敏层14的电阻值可以包括电阻值R1(即第一电阻值)和电阻值R2(即第二电阻值)。电阻值R1可以用于指示电子设备10内部残留气体(如一氧化碳、氢气等)与气敏层14发生反应引起的气敏层14的电阻值。电阻值R1可以用于指示电子设备10内部残留气体和一氧化氮分别与气敏层14发生反应引起的气敏层14的电阻值。
控制单元还可以用于：根据电阻值R2和电阻值R1的比值得到气敏层14的电阻值R3(即第三电阻值)，并基于电阻值R3，根据对应关系得到一氧化氮的浓度值。
其中，电阻值R3可以用于指示一氧化氮与气敏层14发生反应引起的气敏层14的电阻值。对应关系可以用于指示电阻值R3与一氧化氮的浓度值之间的对应关系，可以是对应曲线或者表格，本申请实施例对对应关系的体现形式不做限定。
在一种可能的实现方式中，参考图3，电子设备10还可以包括电路板7。流量计2、电磁阀3、气泵4、电源6、控制模块5以及气体传感器1可以设置在电路板7上。
示例性的，加热电极131的温度可以呈图4所示的趋势变化，也可以以逐渐升温和逐渐降温的趋势变化，本申请实施例不做限定。
下面以图4所示加热电极131的温度变化趋势，介绍电子设备10的工作原理：
1)控制单元控制电源6提供的电流增大，使测温电极132测量的加热电极131的温度达到300℃(即图4中的阶段1)的情况下，电磁阀3和气泵4将空气传输给气体传感器1。气敏层14脱附吸附物。
2)控制单元控制电源6提供的电流减小，使加热电极131的温度从300℃降低到150℃(即图4中的阶段2)。电磁阀3和气泵4将一氧化氮传输给气体传感器1。气敏层14与一氧化氮发生反应，信号电极132输出气敏层14因发生反应而变化后的电阻值给控制模块中的采样单元。采样单元测量电子设备10内部残留气体与气敏层14发生反应引起的气敏层14的电阻值R1(即第一电阻值)。
3)控制单元控制电源6提供的电流增大，使测温电极132测量的加热电极131的温度重新达到300℃(即图4中的阶段3)，电磁阀3和气泵4将一氧化氮传输给气体传感器1。气敏层14脱附吸附物。
4)控制单元控制电源6提供的电流减小，使加热电极131的温度从300℃降低到150℃(即图4中的阶段4)。气敏层14与一氧化氮发生反应，信号电极132输出气敏层14因发生反应而变化后的电阻值给控制模块中的采样单元。采样单元测量电子设备10内部残留气体和一氧化氮分别与气敏层14发生反应引起的气敏层14的电阻值R2(即第二电阻值)。
5)控制单元根据电阻值R2和电阻值R1的比值得到气敏层14的电阻值R3(即第三电阻值)，并基于电阻值R3，根据对应关系得到一氧化氮的浓度值。
通过上述升温再降温的温度控制模式可以提高气敏层14的灵敏性，进一步提高电子设备10的可靠性和稳定性。
在另一种可能的实现方式中，电子设备10可以为手持式居家检测设备。当然，电子设备还可以为其他类型，本申请实施例不做限定。
人体呼出的一氧化氮(即呼出一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide，FeNO))目前被认为是气道炎症的生物标志物，能够反映人体气道炎症水平。通过本申请实施例提供的电子设备10可以实现FeNO的检测。
需要说明的是，本申请实施例提供的电子设备10除了可以检测一氧化氮，还可以检测其他气体，本申请实施例不做限定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种气体传感器，其特征在于，包括基片、第一绝缘层、电极单元和气敏层；
所述第一绝缘层与所述基片层叠设置，所述电极单元位于所述第一绝缘层的第一表面，其中，所述第一表面用于指示所述第一绝缘层背离所述基片的表面；所述气敏层覆盖部分所述电极单元；
所述气敏层采用的材料为金属氧化物，所述金属氧化物含有钨和锌中的至少一种元素。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述气敏层含有掺杂材料，所述掺杂材料含有铌、钽和铟中的至少一种元素；
所述掺杂材料的浓度为0.5％～10％。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述电极单元包括加热电极、测温电极和信号电极；
所述加热电极用于：根据电源提供的电流加热；
所述测温电极用于：测量所述加热电极的温度；
所述气敏层用于：在所述加热电极的温度达到第一温度阈值的情况下，与待检测气体发生反应；还用于在所述加热电极的温度达到第二温度阈值的情况下，脱附所述气敏层表面的吸附物；其中，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；
所述信号电极用于：输出所述气敏层的电阻值。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器还包括第二绝缘层；所述第二绝缘层覆盖所述加热电极和所述测温电极；
所述气敏层覆盖所述信号电极。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述基片的材料包括氧化锆；
所述第一绝缘层的材料包括氧化铝；
所述电极单元的材料包括金属材料，所述金属材料含有金和铂中的至少一种元素。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器还包括垫片；
所述垫片和所述基片层叠设置，且所述垫片位于所述基片的第二表面；其中，所述第二表面用于指示所述基片背离所述第一绝缘层的表面。
7.根据权利要求6所述的气体传感器，其特征在于，所述垫片和所述基片分别设有镂空结构。
8.根据权利要求6或7所述的气体传感器，其特征在于，所述垫片的材料包括氧化铝。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述基片的热膨胀系数与所述第一绝缘层的热膨胀系数的比值大于或等于0.5且小于或等于2；
所述电极单元的热膨胀系数与所述第一绝缘层的热膨胀系数的比值大于或等于0.5且小于或等于2.5。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述金属氧化物包括氧化钨和氧化锌中的至少一种。
11.一种电子设备，其特征在于，包括流量计、电磁阀、气泵、电源、控制模块以及如权利要求1至10中任一项所述的气体传感器；
所述流量计用于：测量待检测气体的流量；
所述电磁阀用于：控制所述待检测气体的流量；
所述气泵用于：将所述待检测气体抽送至所述气体传感器；
所述电源用于：为所述气体传感器提供电流；
所述气体传感器用于：根据所述电源提供的电流输出所述气敏层的电阻值；
所述控制模块用于：基于所述气敏层的电阻值检测所述待检测气体的浓度值。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述控制模块包括控制单元和采样单元；
所述控制单元用于：增大所述电源提供的电流，使所述加热电极的温度达到第二温度阈值；还用于减小所述电源提供的电流，使所述加热电极的温度从所述第二温度阈值降至第一温度阈值；
所述采样单元用于：在所述加热电极的温度从所述第二温度阈值降至所述第一温度阈值的情况下，测量所述气敏层的电阻值；其中，所述气敏层的电阻值包括第一电阻值和第二电阻值；所述第一电阻值用于指示所述电子设备内部残留气体与所述气敏层发生反应引起的所述气敏层的电阻值，所述第二电阻值用于指示所述电子设备内部残留气体和所述待检测气体分别与所述气敏层发生反应引起的所述气敏层的电阻值；
所述控制单元还用于：根据所述第二电阻值和所述第一电阻值的比值得到所述气敏层的第三电阻值，并基于所述第三电阻值，根据对应关系得到所述待检测气体的浓度值；其中，所述第三电阻值用于指示所述待检测气体与所述气敏层发生反应引起的所述气敏层的电阻值，所述对应关系用于指示所述第三电阻值与所述待检测气体的浓度值之间的对应关系。
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