[发明专利]电阻式二氧化氮气体传感器及利用该传感器制成的仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体类型电阻式二氧化氮气体传感器、电阻式二氧化氮气体传感器仪器以及电阻式二氧化氮气体传感器仪器的温度控制方法。

背景技术

目前二氧化氮气体的浓度测量是受到广泛的关注，国内外学者在这方面进行了大量的研究。部分研究成果已转化成商业应用。但是总体而言，二氧化氮气体的测量所用传感器的选择性，灵敏度，一致性这三项技术指标不理想。交叉选择现象严重，精度较低。

作为一种有毒气体，二氧化氮大量存在于工业废气，汽车尾气中。根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，为改善环境空气质量，防止生态破坏，创造清洁适宜的环境，保护人体健康，所制订的环境空气质量标准中明确规定了不同环境功能分区下的二氧化氮的浓度限定值。三级标准下，二氧化氮的浓度限定值为日平均0.12毫克每立方米。目前国内的一些二氧化氮气体检测设备还无法达到对这一低浓度值的精确测量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种结构简单，操作方便的电阻式二氧化氮气体传感器，它只需较少维护的、可在较大浓度范围内实现对二氧化氮的线性，高选择，高灵敏度高一致性的测量。

本发明所解决的另一问题是利用上述电阻式二氧化氮气体传感器制成的测量仪器。

本发明所解决的又一问题是对上述测量仪器进行的温度控制方法。

技术方案：为解决上述第一技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种电阻式二氧化氮气体传感器，包括传感器本体，所述本体包括气体敏感材料层和氧化铝平面介质基层，在所述氧化铝平面介质基层的上表面印制有金质交指型电极、在下表面印制有铂质加热电阻；所述气体敏感材料层烧结在氧化铝平面介质基层上并与金质交指型电极欧姆接触。

所述气体敏感材料层为具有多孔结构的多相金属氧化物陶瓷层，其孔隙率在30-60％范围内，厚度小于200微米；气体敏感材料层是以三氧化钨为主要气敏材料并且三氧化钨的质量含量不小于95％。

所述气体敏感材料层的厚度为60微米。

所述金质交指型电极有一对，并且两个所述金质交指型电极之间的距离在20-400微米范围内。

所述铂质加热电阻分别与氧化铝平面介质基层、气体敏感材料层之间电气隔离，并且所述铂质加热电阻与氧化铝平面介质基层、气体敏感材料层之间热传导。

为了解决上述第二问题，本发明所采用的技术方案为：一种利用所述的电阻式二氧化氮气体传感器制成的测量仪器，包括所述传感器本体、中间有小孔并且能通透气流的底座、利用PID(比例积分微分)原理的加热控制电路和电阻计算电路，所述电阻式二氧化氮传感器安装在底座的小孔中，在底座的上面盖有中间有小孔，可以通透气流的盖子；所述铂质加热电阻和金质交指型电极分别引出铂质导线，所述铂质加热电阻引出的铂质导线与加热控制电路相连，所述金质交指型电极引出的铂质导线与电阻计算电路相连。

所述铂质加热电阻引出的铂质导线具有不大于5％铂质加热电阻的电阻阻值。

上述测量仪器的温度控制方法，该方法包括如下步骤：

a)铂质加热电阻受到精确的离散的多个脉冲供电，对气体敏感材料层进行测量前的加热，

b)当脉冲通过以后，气体敏感材料层的温度达到工作温度，并保持这一温度；

c)对气体敏感材料层的电阻进行测量，测量结束后冷却气体敏感材料层达到设定的测量前温度，然后进行下一个测量周期重复步骤a)，b)，c)。

上述气体敏感材料层的工作温度高于环境温度，工作温度的精确度达到±2℃，气体敏感材料层整体的温度误差范围在±10℃。

上述气体敏感材料层的工作温度在200℃-600℃范围内。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：结构简单，由于采用新型气敏材料，使得检测二氧化氮的体积浓度的精度提升至PPB(parts per billion)的级别，而且具有较好的气体选择性，快速的反应时间。

附图说明

图1是电阻式二氧化氮气体传感器截面图；

图2是电阻式二氧化氮气体传感器正面图；

图3是电阻式二氧化氮气体传感器背面图；

图4是电阻式二氧化氮气体传感器安装示意图；

图5是电阻式二氧化氮气体传感器在二氧化氮气体浓度为0-0.3ppm时的电阻变化图；

图6是在不同浓度二氧化氮气体环境下，湿度对电阻式二氧化氮气体传感器的影响。

具体实施方式