CN1203313C - 一种用于同时监测大气中CO2和NOx含量的薄膜型传感器 - Google Patents

一种用于同时监测大气中CO2和NOx含量的薄膜型传感器 Download PDF

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王岭
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Abstract

一种用于同时监测大气中CO2和NOx含量的薄膜型传感器。属于电化学领域，特别适用于大气监测、汽车尾气监控及其他科学研究。传感器由NASICON或Naβ-Al2O3片4、氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5、Na2CO3辅助电极3、Ba(NO3)2辅助电极8、第一铂电极2、第二铂电极7、第三铂电极9、第一铂电极引线1、第二铂电极引线6、第三铂电极引线10组成。整个传感器的直径仅0.8～1.2cm，厚0.3～0.5cm，可同时测试大气中的CO2及NOx含量；信号以毫伏(mV)输出，易于和自控设备连接；应答时间：20-30秒；使用温度：350-450℃；不受氧或氮等气体干扰，可直接放置于大气中；测试范围：1-150ppm NOx；0.01-0.5%CO2。该传感器体积小，结构简单，成本低，而且可同时测量CO2和NOx的含量。

Description

一种用于同时监测大气中CO2和Nox含量的薄膜型传感器
技术领域
本发明属于电化学领域，特别适用于大气监测、汽车尾气监控及其他科学研究。
背景技术
现有技术当中用于大气监测的传感器一般是固体电解质传感器，这种传感器除固体电解质和辅助电极外，需配有参比电极，结构复杂、体积大、成本高，而且一次只能测量一种气体。
发明内容
本发明解决的关键技术问题在于改变传统固体电解质传感器体积大、成本高、结构复杂的问题。
本发明是一种用于大气监测的薄膜型传感器，其特征在于传感器由NASICON或Naβ-Al2O3片4、氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5、Na2CO3辅助电极3、Ba(NO3)2辅助电极8、第一铂电极2、第二铂电极7、第三铂电极9、第一铂电极引线1、第二铂电极引线6、第三铂电极引线10组成。氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5溅射于NASICON或Naβ-Al2O3片4的下表面，Na2CO3辅助电极3和Ba(NO3)2辅助电极8采用厚膜技术分别覆盖于NASICON或Naβ-Al2O3片4上表面两侧的两个小半圆上，第一铂电极2溅射在Na2CO3辅助电极3的上表面并与第一铂电极引线1连接。第二铂电极7溅射覆盖于Ba(NO3)2辅助电极8的上表面，并与第二铂电极引线6连接，第三铂电极9溅射覆盖于氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5的下表面，并与第三铂电极引线10连接。无参比电极。Na2CO3辅助电极3由Na2CO3制成，Ba(NO3)2辅助电极8由Ba(NO3)2制成。
整个传感器的直径仅0.8～1.2cm，厚0.3～0.5cm，可同时测试大气中的CO2及NOx含量；信号以毫伏(mV)输出，易于和自控设备连接；应答时间：20-30秒；
使用温度：350-450℃；
不受氧或氮等气体干扰，可直接敞开于大气中；
测试范围：1-150ppm NOx；0.01-0.5％CO2；
计算公式及测试准确度：
    CO2在673K：logC(质量％)＝3.933-0.01452E(mV)±0.0963；
       在723K：logC(质量％)＝4.206-0.01336E(mV)±0.0391。
    NOx在673K：logC(ppm)＝3.412-0.02112E(mV)±0.269；
             在723K：logC(ppm)＝2.414-0.01120E(mV)±0.197。
本发明优点在于该传感器体积小，结构简单，成本低，而且可同时测量大气中的CO2及NOx含量。
附图说明
图1为本发明结构的截面图；
图2为本发明结构的正面图；
4-NASICON或Naβ-Al2O3片，2--第一铂电极，7--第二铂电极，9--第三铂电极，1--第一铂电极引线，6--第二铂电极引线，10--第三铂电极引线，3-Na2CO3辅助电极，5-氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜，8-Ba(NO3)2辅助电极
具体实施方式
传感器由NASICON或Naβ-Al2O3片4、氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5、Na2CO3辅助电极3、Ba(NO3)2辅助电极8、铂电极2、7、9、铂电极引线1、6、10组成。氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5溅射于NASICON或Naβ-Al2O3片4的下表面，Na2CO3辅助电极3和Ba(NO3)2辅助电极8采用厚膜技术分别覆盖于NASICON或Naβ-Al2O3片4上表面两侧的两个小半圆上，第一铂电极2溅射在Na2CO3辅助电极3的上表面并与第一铂电极引线1连接。第二铂电极7溅射覆盖于Ba(NO3)2辅助电极8的上表面，并与第二铂电极引线6连接，第三铂电极9溅射覆盖于氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜5的下表面，并与第三铂电极引线10连接。无参比电极。
测试结果：测试数据举例
表1复合传感器在673K时对不同混合气体的测试结果
  1   2   3   4   5
NOx的含量(ppm)   45.0   9.00   4.50   0.90   0.45
CO2传感器的EMF(mV)   225   264   299   335   362
NOx传感器的EMF(mV)   84.0   115   146   148   179
CO2的含量(％)   5.00   1.00   0.50   0.10   0.05
表2复合传感器在723K时对不同混合气体的测试结果
    1     2     3     4     5
CO2的含量(％)     5.00     1.00     0.50     0.10     0.05
NOx的含量(ppm)     45.0     9.00     4.50     0.90     0.45
CO2传感器的EMF(mV)     261     319     335     389     412
NOx传感器的EMF(mV)     83.0     119     147     238     235

Claims (1)

1.一种用于同时监测大气中CO2和NOx含量的薄膜型传感器，其特征在于传感器由NASICON或Naβ-Al2O3片(4)、氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜(5)、Na2CO3辅助电极(3)、Ba(NO3)2辅助电极(8)、第一铂电极(2)、第二铂电极(7)、第三铂电极(9)、第一铂电极引线(1)、第二铂电极引线(6)、第三铂电极引线(10)组成；氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜(5)溅射于NASICON或Naβ-Al2O3片(4)的下表面，Na2CO3辅助电极(3)和Ba(NO3)2辅助电极(8)采用厚膜技术分别覆盖于NASICON或Naβ-Al2O3片(4)上表面两侧的两个小半圆上，第一铂电极(2)溅射在Na2CO3辅助电极(3)的上表面并与第一铂电极引线(1)连接，第二铂电极(7)溅射覆盖于Ba(NO3)2辅助电极(8)的上表面，并与第二铂电极引线(6)连接，第三铂电极(9)溅射覆盖于氧化钇部分稳定的氧化锆薄膜(5)的下表面，并与第三铂电极引线(10)连接。
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