[发明专利]三电极固体电解质氢气传感器及采用该传感器的氢气浓度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体电解质氢气传感器及采用该传感器的氢气浓度测量方法。

背景技术

氢气被广泛应用于石油化工过程、工农业、电子工业等领域，如石油化工制氢领域，氨、甲醇和其它化学制品的合成，半导体制作，化学制品的还原及冶金，生物能源等。氢气是易燃易爆气体，与空气混合极易发生爆炸。氢气泄露是火灾爆炸重大危险源，如福岛核电站的爆炸就与氢气泄露直接有关，为了保障存在氢气的石油化工生产过程的安全性，必须研究氢气的辨识方法，快速准确地测定氢气的浓度，有效地检测出火灾爆炸源氢气的泄露，并发出控制信息。此外，氢燃料电池汽车的发展和市场化问题涉及到氢气的储存、氢气的运输、氢气量的计量等方面的问题，这些都离不开氢气浓度的精确测量。在军事上，氢燃料已经成为理想、高效、清洁的环保能源广泛应用在核潜艇、导弹、火箭的推进剂和航天飞机上，我国921载人航天工程把连续显示0-2％氢气浓度列为研究课题。

市场应用的氢气传感器还存在诸多技术问题，如半导体型氢气传感器需要在高温条件下加热、功耗大，容易引起爆炸，且只能定性检测，无法实现浓度的精确测量；催化燃烧型氢气传感器也是一种高温工作的热式元件，其缺点是易中毒，功耗大，稳定性不好；电化学型氢气传感器不需加热工作，但工作温度范围较窄，电解液易干涸，寿命短；光学型氢气传感器是氢敏材料涂到光学器件上，这种传感器经多次循环后易出现脱层、起泡现象，因而使用受限。

总之，基于目前实际应用中的氢气传感器存在问题，开发固体电解质氢气传感器无论在科学研究领域还是在商业应用领域都将有着及其重要的意义。但现有的固体电解质传感器是通过输出电动势反演氢气浓度，这种方法受温度扰动影响较大，氢气传感器的检测精度较低。

发明内容

本发明是为了解决现有的固体电解质氢气传感器的氢气浓度的检测精度低的问题，从而提供一种三电极固体电解质氢气传感器及采用该传感器的氢气浓度测量方法。

三电极固体电解质氢气传感器，它包括固体电解质基板，它还包括一号测量电极、二号测量电极和参比电极，所述一号测量电极的一端、二号测量电极的一端和参比电极的一端均固定在固体电解质基板的上端面，且所述一号测量电极、二号测量电极和参比电极均与固体电解质基板的上端面垂直；一号测量电极、二号测量电极和参比电极相互平行，且一号测量电极、二号测量电极和参比电极中任意两者之间的距离相等。

一号测量电极为铂电极；二号测量电极为镍电极；参比电极为钨电极；固体电解质基板为磷钨酸。

采用上述三电极固体电解质氢气传感器的氢气浓度测量方法，它由以下步骤实现：

步骤一、将三电极固体电解质氢气传感器置于带有待测氢气的环境中；

步骤二、采用电动式检测仪测量一号测量电极与参比电极之间的电动势E₁，采用电动式检测仪测量二号测量电极与参比电极之间的电动势E₂，所述两个电动势可以采用下述公式表示：

E1=-TF(ϵH+Pt-ϵH+W+klognH+PtnH+W)]]>