[发明专利]一种氮氧传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术，具体涉及一种氮氧化物气体的测量传感器，适用于汽车尾气、冶金行业氮氧化物气体的测量。

背景技术

氮氧化物(NOx)是指NO和NO₂的混合物，是产生酸雨等酸性沉降物主要原因之一的有害气体，其对人类健康和环境造成破坏。随着汽车的不断增加，其尾气的排放增加了大气中的NOx气体含量，为控制大气中的氮氧化物含量，需要检测氮氧化物的含量，监控汽车等排放的氮氧化物。

氮氧传感器目前主要有：半导体型、浓差电势型以及复合电势型。半导体型传感器对气体的选择性相对较差、稳定性也相对较差；浓差电势型对密封要求较高；复合电势型传感器结构复杂，易于失效，而且目前这些传感器均不能分别测量NO和NO₂气体，因而限制了其应用范围。

发明内容

本发明提供了一种氮氧传感器，该传感器可以同时测量尾气中NO和NO₂的含量，同时可以得到NOx的含量。

本发明提供的一种氮氧传感器，其特征在于，它包括氧化锆基体，二个敏感电极及一个参考电极；氧化锆基体的材料为氧化钇稳定氧化锆，二个敏感电极均位于氧化锆基体上，用于与被测气体接触，其中一个敏感电极对NO气体较敏感，另一个敏感电极对NO₂气体较敏感，参考电极位于氧化锆基体的另一面，用于与空气接触，二个敏感电极分别与参考电极电连接。

作为上述技术方案的改进，对NO气体较敏感的敏感电极由NiO制成，或者由NiO和YSZ的复合材料制成，复合材料中YSZ的体积百分比为5～30Vol％；对NO₂气体较敏感的敏感电极由CuO层和覆盖层构成，覆盖层由含Mn元素0～10Vol％的尖晶石材料制成。

作为上述技术方案的进一步改进，氧化锆基体为三氧化二钇含量为5～8mole％的氧化锆陶瓷材料制成。

作为上述技术方案的再进一步改进，该传感器还包括加热器，加热器由加热层和设置在加热层内的加热电阻构成，加热电阻与加热层之间绝缘，加热器与氧化锆基体之间设置有供参考电极与空气接触的空气通道。

作为上述技术方案的更进一步改进，加热电阻由金属Pt制成；加热层与氧化锆基体的材料相同，均由三氧化二钇含量为5～8摩尔％的氧化锆陶瓷材料制成。

基体可采用陶瓷流延或轧膜以及注射成型等方法制造，NO敏感电极及NO₂敏感电极可采用丝网印刷方法制备。

本发明提供的氮氧传感器可以同时测量尾气中NO和NO₂的含量，同时可以得到NOx的含量。本发明提供的氮氧传感器，其工作范围为350～800℃，可检测氮氧化物的浓度范围是5～3000ppm，响应时间可达到1.2秒。本发明结构简单，响应速度快，并具有性能稳定，制作工艺简单的测量范围宽的特点。

附图说明

图1为是本发明提供的氮氧传感器的结构示意图。

图2为本发明提供的一种具体实例的结构示意图。

图3为采用图2所示装置，电极2中YSZ含量不同(5～30vol％YSZ)，电极3为CuO上覆盖有5vol％Mn的尖晶石，以及电极4为Pt所组成的传感器，不同NO₂气体浓度条件下的电势值E1和E2。

图4为采用图2所示装置，NiO(+15wt％YSZ)电极在不同NO₂气体浓度条件下得到的NO含量与电势的关系图。

图5为采用图2所示装置，CuO电极在不同NO₂气体浓度条件下得到的NO含量与电势的关系图。

图6为由图4和图5的结果得到的NiO(+15wt％YSZ)电极与CuO电极电势与NO和NO₂含量之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，传感器由氧化锆基体1，二个敏感电极2、3及一个参考电极4组成。氧化锆基体1作为固体电解质，其材料为氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，敏感电极2和3均位于氧化锆基体1上，用于与被测气体接触。参考电极4位于氧化锆基体1的另一面，参考电极4用于与空气接触，二个敏感电极2、3分别与参考电极4电连接。