[发明专利]氧化锆基NOx传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锆基NOx传感器及其制备方法，具体涉及一种用于通过电化学交流阻抗测试方法测试NOx浓度的传感器及其制备方法。

技术背景

随着我国城镇化进程的加速，化石燃料消耗迅速增加，很多的有毒、有害的气体被释放到大气中污染环境，其中最典型的一类，就是NOx气体，它不仅会导致光化学烟雾以及酸雨、破坏臭氧层，还会对人类的呼吸系统产生副作用，出现脱发、喉咙发炎、视力受损、呼吸系统抵抗力下降等症状。因此氮氧化物减排被列为环境保护的要求之一。减少NOx气体排放的关键技术就是通过对NOx气体进行准确的测量进而控制燃烧过程和脱硝装置，降低NOx排放。目前，NOx测试的技术主要有基于电化学原理的NOx测试技术和红外光谱测试技术。其中红外光谱技术虽可测试NOx气体的浓度，但是由于测试仪器体积较大，难以实现在线实时测试。

目前基于电化学原理进行测试的NOx传感器类型有：采用直流技术的电动势型NOx传感器和电流型NOx传感器，这两种传感器各有其特点。但是也有不足之处，如电流型的NOx传感器当NOx的浓度很低的时候，电流强度可能是纳安，这时对传感器后处理的电路的要求就很高了；采用电动势型的NOx传感器时，其长期使用的可靠性不足。

针对这种情况，本发明提出采用测试交流阻抗相位角的技术测试低浓度NOx的氧化锆基NOx传感器。

发明内容

本发明涉及一种用于NOx浓度测量控制的传感器，尤其是涉及一种采用交流阻抗方法测试NOx浓度的传感器及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种采用交流阻抗方法测试NOx浓度的传感器及其制备方法，本发明制备的传感器具有更低浓度检测功能，且制备工艺简单，能够降低生产成本，节约资源。

一方面，本发明提供一种氧化锆基NOx传感器，所述传感器包括：加热器、敏感体和Pt引脚；

其中，所述加热器是由氧化铝基片和Pt加热体组成；所述敏感体设置在绝缘层上、由Pt引线、氧化锆层和(La_xSr_1-x)MnO₃层（LSM层）组成。

在本发明一个实施方式中，所述氧化铝基片的厚度为0.3～0.5mm。

在本发明一个实施方式中，所述氧化锆层的厚度为0.01～0.1mm。

在本发明一个实施方式中，所述LSM层的直径为0.01～0.025mm。

另一方面，本发明提供一种制备本发明所述氧化锆基NOx传感器的方法，所述方法包括：

(1)提供第一和第二氧化铝基片；

(2)在第一氧化铝基片的表面上印刷Pt加热体；

(3)在第二氧化铝基片的表面上印刷第一和第二Pt引线；

(4)将第一和第二氧化铝基片叠层共烧，提供加热器；

(5)在第一、第二Pt引线的一段上涂覆LSM泥浆，烘干，并在1000～1200℃下烧结1～4小时；

(6)在LSM/氧化铝的表面涂覆氧化锆浆料，烘干，并在1000～1200℃下烧结1～4小时。

在本发明优选的实施方式中，采用厚膜丝网印刷在第一氧化锆基片的表面上印刷Pt加热体。

在本发明优选的实施方式中，所述第一、第二Pt引线的一段上的涂覆的LSM泥浆烘干后在1150～1250℃下烧结1～2小时。

在本发明优选的实施方式中，在氧化铝/LSM的表面涂覆氧化锆浆料5～7次。

在本发明优选的实施方式中，所述氧化铝/LSM的表面涂覆氧化锆浆料烘干后在1150～1250℃下烧结1～2小时。

具体的说，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种采用交流阻抗方法测试NOx浓度的传感器，包括加热器、敏感体，所述的加热器由Pt加热体和氧化铝层构成。在本发明一个实施方式中，所述NOx浓度的传感器依次包括Pt引脚、第一氧化铝基片、Pt加热体、第二氧化铝基片、Pt引线、LSM层和氧化锆层。采用的LSM和氧化锆的热膨胀系数较为一致,具有很好的热匹配性能。本发明NOx传感器工作时外加10～50mV的工作电压VW和2-5v的加热电压VH，可检测NOx浓度范围为0～500ppm，响应时间小于2秒，适用于较低NOx浓度的检测。

附图说明

图1是本发明一个实施方式中氧化锆基NOx传感器的示意图。

图2是本发明一个实施方式中氧化锆基NOx传感器的结构示意图，其中1为氧化锆，2为LSM层，3为Pt引线，4为氧化铝，5为Pt加热体，6为氧化铝，7为Pt引脚。