CN218512354U - 一种检测低浓度甲醛气体的传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检测低浓度甲醛气体的传感器，包括检测元件、干扰识别元件和信号处理系统；检测元件与信号处理系统连接，干扰识别元件与信号处理系统连接；检测元件和干扰识别元件并联连接；检测元件中吸附了盐酸羟胺的滤纸会与甲醛气体反应生成盐酸，盐酸掺杂导电聚合物引起电阻值变小；实现室温高选择性检测低浓度甲醛气体，干扰识别系统没有设置吸附盐酸羟胺的滤纸，导电聚合物无法与甲醛反应，没有电阻上的变化，不产生电信号，因此能准确的检测低浓度甲醛的灵敏度；本实用新型检测准确、可以实现室温传感，属于环境检测技术领域。

Description

一种检测低浓度甲醛气体的传感器

技术领域

本实用新型涉及环境检测技术领域，具体涉及一种检测低浓度甲醛气体的传感器。

背景技术

现有的一些家具产品和家具涂料中会使用到甲醛作为化学原料，这些产品的使用会在后续长期中逐渐游离出甲醛扩散在空气中，一些不达标的伪劣产品更是直接危害人们的身体健康情况。世界卫生组织WHO的IAQG(indoor air quality guideline)将甲醛限量定义到0.08ppm，也就是0.1mg/m³。随着人们生活水平要求的提高，对检测低浓度甲醛的传感器的需求也越大，随之也对该类产品提出了价格低，便携，操作简易，精准的要求。

传统的甲醛检测方法主要是电化学传感器、光化学传感器、半导体传感器等。电化学传感器由于其测量范围和分辨率都能达到目前国际对甲醛的限量要求，主要被市场所接受和使用，但其受到的干扰物质多，精确度差。半导体传感器大多数需要在加热条件下进行，功耗大，受到干扰气体也多，选择性差。

导电聚合物不仅作为导电材料应用广泛，在能源、光电子器件、传感器、分子导线等领域也有着潜在的应用价值。导电聚合物作为传感材料，利用自身柔性可实现在柔性基底上的应用，自身导电性可实现室温传感，是一种优越的气体传感材料。但目前该材料在甲醛气体传感上的应用还较少，通过复合或掺杂工艺进行改性实现的甲醛传感器存在着成本高、工艺复杂、选择性差的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种检测准确、可以实现室温传感的检测低浓度甲醛气体的传感器。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种检测低浓度甲醛气体的传感器，包括检测元件、干扰识别元件和信号处理系统；检测元件包括第一导电聚合物、滤纸、第一基底和第一塑料封装底座；干扰识别元件包括第二导电聚合物、第二基底和第二塑料封装底座；滤纸设有盐酸羟胺，第一基底和第二基底均设有正极和负极；第一塑料封装底座和第二塑料封装底座均设有容腔；第一导电聚合物覆盖在第一基底的电极外侧，第一基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第一基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第一基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；滤纸安装在第一塑料封装底座的容腔内；第二导电聚合物覆盖在第二基底的电极外侧，第二基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第二基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第二基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；从而形成第一基底与第二基底并联连接。

作为一种优选，第一塑料封装底座设有多孔塑料板夹层盖帽，滤纸安装在多孔塑料板夹层盖帽的夹层中。

作为一种优选，第一塑料封装底座为正方体结构，第一塑料封装底座的体积为1cm³。

作为一种优选，第一基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接；第二基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接。

作为一种优选，第一基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片；第二基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片。

作为一种优选，第一导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯；第二导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯。

本实用新型的工作原理：基于导电聚合物材料实现室温高选择性检测低浓度甲醛气体，传感器中包括的检测元件、干扰识别元件和信号处理系统三部分中，检测元件中吸附了盐酸羟胺的滤纸会与甲醛气体反应生成盐酸，盐酸掺杂导电聚合物(聚苯胺或聚吡咯)引起电阻值变小，这一电信号被与之接触的带电极的基底传输给信号处理系统，显示出其灵敏度(S)的示值，实现对低浓度甲醛气体的响应和选择。同时干扰识别系统没有设置吸附盐酸羟胺的滤纸，导电聚合物无法与甲醛反应，没有电阻上的变化，不产生电信号，因此能准确的检测低浓度甲醛的灵敏度。当甲醛气体中含有无法与导电聚合物反应的气体，干扰识别元件的灵敏度(S)不发生变化，因此能高选择性的检测混合气体中的甲醛气体。当甲醛气体中含有与导电聚合物反应的气体，干扰识别元件的灵敏度(S)发生变化，因此能排除传感器出现误报，提高检测甲醛的准确性。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

本实用新型的传感器能在室温下工作，检测准确、能耗极低，通过简单制作方法把工艺成熟的导电聚合物工艺引进甲醛传感器领域，实现柔性导电聚合物在甲醛室温传感领域应用，并且设置干扰识别元件，避免其他气体干扰检测，避免误检，检测准确，具有很好的市场前景和应用。

附图说明

图1为一种检测低浓度甲醛气体的传感器的示意图。

图2为多孔塑料板夹层盖帽的示意图。

其中，1为信号处理系统，2为第一基底，3为第一导电聚合物，4为第一塑料封装底座，5为容腔，6为多孔塑料板夹层盖帽，7为第二塑料封装底座，8为第二导电聚合物，9为第二基底，10为多孔塑料板夹层盖帽上的孔，11为滤纸。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

一种检测低浓度甲醛气体的传感器，包括检测元件、干扰识别元件和信号处理系统；检测元件包括第一导电聚合物、滤纸、第一基底和第一塑料封装底座；干扰识别元件包括第二导电聚合物、第二基底和第二塑料封装底座；滤纸设有盐酸羟胺，第一基底和第二基底均设有正极和负极；第一塑料封装底座和第二塑料封装底座均设有容腔；第一导电聚合物覆盖在第一基底的电极外侧，第一基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第一基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第一基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；滤纸安装在第一塑料封装底座的容腔内；第二导电聚合物覆盖在第二基底的电极外侧，第二基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第二基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第二基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；从而形成第一基底与第二基底并联连接。

第一塑料封装底座设有多孔塑料板夹层盖帽，滤纸安装在多孔塑料板夹层盖帽的夹层中。多孔塑料板夹层盖帽上的孔在塑料板上呈矩形阵列排布。

第一塑料封装底座为正方体结构，第一塑料封装底座的体积为1cm³。

第一基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接；第二基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接。

第一基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片；第二基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片。本实施例的第一基底和第二基底均采用带金属电极的陶瓷管。

第一导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯；第二导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯。

信号处理系统是指能够检测出检测元件和干扰识别元件在空气氛围中的电阻(Ra)和目标气体氛围中的电阻(Rg)，处理出两元件的灵敏度(S)。灵敏度(S)是指在空气氛围中的电阻(Ra)除以目标气体氛围中的电阻(Rg)的比值。

聚合物为利用化学氧化法、电化学法等方法合成的能被酸掺杂后导电性增加的导电聚合物，本实施例的聚合物采用化学氧化法制备得到聚苯胺，聚苯胺为粉末状。

1.采用化学氧化法合成导电聚苯胺的方法：将10mL去离子水置于4℃-8℃冰箱中30min，再加入0.3g苯胺单体，随后加入过硫酸铵0.46g，搅拌均匀，静置在4℃-8℃冰箱中30min，马上看到深绿色的沉淀体聚苯胺生成。用去离子水离心洗涤沉淀体聚苯胺3次，在60℃下烘干以待使用。

2.吸附盐酸羟胺的滤纸的制备方法：将100mg盐酸羟胺溶解在1ml甲醇溶液中，裁剪一张10mm×10mm的中速定性滤纸全部浸入含有盐酸羟胺的甲醇溶液中，2min后，用镊子取出在60℃烘箱下烘干待用。

3.检测元件的制作方法：取出少量的导电聚苯胺，制成粉末状，用95％乙醇将其调成浆状，涂覆在带有两个金属电极的陶瓷管上(第一基底)，放置在1cm³的第一塑料封装底座的容腔中，焊接电极到信号处理系统的相应端口上，将吸附盐酸羟胺的滤纸放在塑料封装底座中的带多孔塑料板夹层盖帽的夹层中。

4.干扰识别元件的制作方法：取出少量的导电聚苯胺粉末，用95％乙醇调成浆状，涂覆在带有两个金属电极的陶瓷管上(第二基底)，放置在1cm³的第二塑料封装底座的容腔中，焊接电极到信号处理系统的相应端口上。

下表是实施例一中传感器的检测元件和干扰识别元件对各种气体响应在信号处理系统下的灵敏度总结。当待测空气氛围中只含有甲醛气体时，干扰识别元件的信号灵敏度在0.9<S<1.1时，检测元件能准确检测出甲醛的信号灵敏度S>1。当待测空气氛围中含有甲醛气体和甲醇、乙醇等不含醛基VOCs气体中的一种或多种不能与导电聚合物响应的气体时，干扰识别元件的信号灵敏度保持在0.9<S<1.1，检测元件1依旧能准确选择性的检测出甲醛的信号灵敏度S>1。

当待测空气氛围中含有甲醛气体和二氧化氮、香烟气体等的一种或多种能与导电聚合物响应的气体时，干扰识别元件的信号灵敏度不在0.9<S<1.1时，检测元件1的信号将不能反映出甲醛的检测真实值，避免误报。该实用新型的传感器能实现室温下对低浓度甲醛气体响应和极大的排除环境中其他气体对甲醛检测结果的干扰，提高了对甲醛气体的选择性和准确性，避免误报。

灵敏度S是由器件在空气气氛中电阻Rg除以在目标气体气氛中电阻的比值。

实施例二

本实施例中，导电聚合物采用聚吡咯，聚吡咯的状态为粉末状。

检测元件的制作：聚吡咯用95％乙醇调成浆状，涂覆在带电极的第一基底上，至少要把两个电极覆盖，室温至60℃下干燥30min，后置于塑料封装底座内的容腔中，并在塑料封装底座上方的多孔塑料板夹层盖帽中放入吸附了盐酸羟胺的滤纸，焊接电极到信号处理系统中。

干扰识别元件的制作：聚吡咯用95％乙醇调成浆状，涂覆在带电极的第二基底上，至少要把两个电极覆盖，室温至60℃下干燥30min，后置于塑料封装底座内的容腔中，焊接电极到信号处理系统中。

本实施例的第一基底和第二基底均采用带叉指电极的PCB板。

本实施例未提及部分同实施例一。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：包括检测元件、干扰识别元件和信号处理系统；检测元件包括第一导电聚合物、滤纸、第一基底和第一塑料封装底座；干扰识别元件包括第二导电聚合物、第二基底和第二塑料封装底座；滤纸设有盐酸羟胺，第一基底和第二基底均设有正极和负极；第一塑料封装底座和第二塑料封装底座均设有容腔；

第一导电聚合物覆盖在第一基底的电极外侧，第一基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第一基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第一基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；滤纸安装在第一塑料封装底座的容腔内；

第二导电聚合物覆盖在第二基底的电极外侧，第二基底安装在第一塑料封装底座的容腔内，第二基底的正极与信号处理系统的正极端口连接，第二基底的负极与信号处理系统的负极端口连接；

从而形成第一基底与第二基底并联连接。

2.按照权利要求1所述的一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：第一塑料封装底座设有多孔塑料板夹层盖帽，滤纸安装在多孔塑料板夹层盖帽的夹层中。

3.按照权利要求2所述的一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：第一塑料封装底座为正方体结构，第一塑料封装底座的体积为1cm³。

4.按照权利要求1所述的一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：第一基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接；第二基底的正极和负极分别与信号处理系统的正极端口和负极端口焊接。

5.按照权利要求4所述的一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：第一基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片；第二基底采用带金属电极的陶瓷管、带叉指电极的PCB板或带叉指电极的PET片。

6.按照权利要求1所述的一种检测低浓度甲醛气体的传感器，其特征在于：第一导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯；第二导电聚合物采用聚苯胺或聚吡咯。

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