[发明专利]高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器及其制备方法，其中，该氧传感器的结构自上而下依次为：顶层多孔Pt电极、上层钇稳定氧化锆固体电解质、第二层多孔Pt电极、回字形致密Pt电极层、第三层多孔Pt电极、下层钇稳定氧化锆固体电解质、底层多孔Pt电极、绝缘层和加热电极。本发明提供的氧传感器以氧化锆固体电解质作为功能层，可以测量氧分压，并进一步换算获得氧浓度，进而可以实时监控环境下的氧分压和氧浓度；本发明采用磁控溅射工艺制备传感器，整个传感器的厚度可降低至2.1～47μm，从而可以降低功耗，改善加热的均匀性，最终保持氧的输运特性一致，进一步提升测氧精度。

技术领域

本发明涉及一种氧传感器及其制备方法，具体涉及一种高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

随着海拔的升高，大气压会逐渐降低，由于空气中氧浓度不受海拔高低的影响，始终保持在21％左右，高原地区空气稀薄，氧分压低，所以导致人在高原地区吸入的氧气减少，进而出现“缺氧”。高原制氧机是一种在高原缺氧环境下用来提供氧气供应的制氧设备，其可大大降低高原反应对人体造成的伤害。

然而，现有的制氧机配备的氧传感器只测量氧浓度(％vol)，通过使用高原制氧机增加氧浓度使环境达到富氧状态。而在大气压低于869.7mabr的高原地区(西藏地区的年均气压在652.5mbar以下)，若氧浓度增加到其对应氧分压与标准大气压下氧分压一致时，材料的燃烧速度加快，例如滤纸的燃烧速度将超过3.01mm/s，极其容易引发火灾。所以在高原地区供氧就必须使用氧传感器在高原制氧机进行工作同时对氧分压也加以检测。

目前，制氧机多采用超声氧传感器，其可以对氧浓度和流量进行监测，但不能测量氧分压。若将含超声氧传感器的制氧机用于高原地区，会存在以下一些问题：

(1)由于超声氧传感器只能测量氧浓度，无法测量氧分压，在高原环境低气压的条件下，无法获得大气压及制氧机工作后的环境氧分压的具体信息，从而在氧浓度较高的情况下，一旦制氧机工作后的环境氧分压值达到或接近标准大气压下氧分压值，极易在不知情的情况下产生危险；

(2)由于超声氧传感器的工作原理是超声波在不同氧浓度下传播速度不同，所以空气组成较复杂会影响超声波的传播速度，进而会影响氧气浓度的测量结果，故超声氧传感器只适用于洁净气体中以及包含氧气在内的二元气体中的流量检测，在高原地区某些恶劣环境(例如高温)、环境气体复杂及工业条件下超声氧传感器会丧失功能性；

(3)目前，可查到的较为广泛用在制氧机上的超声氧传感器其精度多为±1.5％FS，若在高原环境下应用，则实际测试精度较低。

因此，亟需开发出可以在高原制氧机上稳定使用、精度高且可同时测量氧分压和氧含量的氧传感器。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明从氧传感器的工作原理以及结构上进行改进，目的在于：提供一种可以在高原制氧机上稳定使用、精度高且可同时测量氧分压和氧含量的小尺寸氧分压型氧传感器，以及该小尺寸氧分压型氧传感器的制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器，其特征在于，结构自上而下依次为：

顶层多孔Pt电极、上层钇稳定氧化锆固体电解质、第二层多孔Pt电极、回字形致密Pt电极层、第三层多孔Pt电极、下层钇稳定氧化锆固体电解质、底层多孔Pt电极、绝缘层和加热电极，其中：

回字形致密Pt电极层中间的空腔与第二层多孔Pt电极层、第三层多孔Pt电极层共同形成密封的传感室；

顶层多孔Pt电极、回字形致密Pt电极层和底层多孔Pt电极上各连接有一根导电丝，并且通过此三根导电丝实现电连接通路；

加热电极上连接有两根导电丝，加热电极和绝缘层均呈S形并且二者的大小完全一致。