[发明专利]氧化锌硫传感器测量系统

说明书

技术领域

本公开一般涉及用于检测和测量液体中的硫浓度的传感器和测量系统。更具体地，本公开涉及用于测量液体中的硫浓度的具有改进的氧化锌硫传感器的硫测量系统以及本领域的操作员可使用的制造改进的硫测量系统的方法。

背景技术

能够精确地并且可靠地测量液体中的硫的浓度是重要的，因为可发生可以释放有害的硫化合物到大气中或者到含硫液体周围的物理结构上的各种化学反应。例如，柴油燃料的燃烧通常生成氧化硫(SO₂，SO₃)和硫酸(H₂SO₄)，其为酸雨的成分并且受制于环境规制。进一步，这些硫化合物已经与柴油颗粒物过滤器(DPF)中的催化剂中毒相关联，并且硫酸可腐蚀诸如冷却器和活塞环衬里部件的发动机部件。当使用高硫(>350ppm)和低硫(15-350ppm)燃料二者时，这些现象可发生。

由于这些原因，包括对硫化合物的后处理部件的灵敏度，现在许多现代柴油发动机正在被设计为使用超低硫柴油(ULSD)燃料(<15ppm S)。作为这些设计改变的结果，为了许多现代柴油发动机的最佳性能，在柴油燃料中的低硫浓度现在是必要的。虽然在实验室或者其它测试装置中能实现低于15ppm水平的液体中的硫检测，目前不能在本领域中实现通过精确的、便携的、可靠的、快速的并且廉价的传感器进行这样的检测。已知的在超低水平检测硫的手段的实例包括火焰光度检测(FPD)和电感耦合等离子体(ICP)装置，但是由于设备的尺寸和测试循环的持续时间，二者都是在实验室装置中使用更恰当。

相应地，需要有紧凑的、易于使用的并且能够由本领域中的设备操作员快速检测柴油燃料中的硫化合物浓度的硫测量系统。

发明内容

在一个方面，公开一种用于液体的硫浓度测量系统。所述硫浓度测量系统包括至少部分地涂覆有氧化锌的衬底。如果所述衬底为绝缘体，可在所述衬底和所述氧化锌涂层之间的间隔开的位置设置第一和第二电极。在所述第一和第二电极之间施加电流源或者电压源，并且可包括用于测量在所述第一和第二电极之间的电压或者电流的静电计、电压表或者电位计，所述电压或者电流可被关联到所述液体中的硫浓度。

在本公开的另一方面，公开一种包括至少部分地涂覆有氧化锌的板状的第一电极的硫浓度测量系统。所述氧化锌可具有微结构，所述微结构具有沿(002)面取向的晶格结构并且所述传感器也可包括板状的第二电极，所述第二电极被与所述第一电极间隔开并且被设置为基本上平行于所述第一电极。通过吸收后的氧化锌，在所述第一和第二电极之间生成开路电位。经过短暂的时期后，所述电压稳定化。可以使用稳定化的电压水平和/或电压稳定化所需的时间来测量液体中的硫化合物的浓度。

在又一方面，公开一种用于测量液体中的硫浓度的方法。所述方法包括将液体暴露到硫传感器。所述传感器包括至少部分地覆盖有从第一电极突起的氧化锌微结构的第一电极。所述氧化锌微结构中的至少一些具有沿(002)面取向的晶格结构。所述硫传感器还具有多种形式的第二电极。首先，如果在绝缘衬底上形成一个电极(“工作”电极)，也在所述衬底上在与所述第一电极间隔开的位置上形成第二(“参比”)电极。接着，电极和所述衬底都至少部分地覆盖有所述氧化锌涂层。其次，所述第一电极可为导电的并且至少部分地覆盖有氧化锌涂层，或者所述第一电极可在被所述氧化锌覆盖之前被沉积在绝缘衬底上。第二电极可被耦合到所述第一电极/衬底，但却与所述第一电极/衬底间隔开，并且设置为至少基本上平行于所述第一电极/衬底。如果所述第一和第二电极都被沉积在所述氧化锌涂层的下方的绝缘衬底上，所述方法可进一步包括在所述第一和第二电极之间施加恒定电流，监视在所述第一和第二电极之间的电压以及，在电压已经稳定化后，将稳定化的电压关联到液体中的硫浓度。如果所述衬底/第一电极/氧化锌涂层被物理地从所述第二电极间隔开，则不需要电流源或者电压源，并且在所述第一和第二电极之间的稳定化电压可用电压表、静电计或电位计测量。

附图说明

图1为如本文所公开的在衬底或者第一电极上的氧化锌微结构的横截面图。

图2为开路电位测量的一种方法的示意图，其中，公开的传感器被至少部分地浸入带测量的液体中，并且被连接到第一电极，该第一电极被连接到电位计，该电位计转而被连接到至少部分地被浸入液体中的第二电极。

图3为包括第一电极的公开的传感器的透视和示意图，该第一电极通过预定距离从第二电极间隔开，借此两个电极都被连接到电位计、静电计或电压表。