CN114646673B - 一种NOx气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NOx气体传感器，包括锆管，所述锆管上分别设置有参比电极和测试电极，所述参比电极为Pt金属，所述测试电极为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，所述锆管材质为固体电解质5Y‑ZrO2，本传感器的设置可以省略泵电池单元以及第一和第二测量空间，使得本传感器结构更简单，生产成本更低，从而提高了良品率，且本申请通过对测试电极材料的选用，使得即使在气体混合物中2％至20％的氧气浓度下也可精确的确定氮氧化物的浓度，从而使得本传感器的使用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及NOx气体检测领域，特别涉及一种NOx气体传感器。
背景技术
NOx气体是大气环境污染的有害气体之一，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，目前对NOx气体的检测大约有以下两种方法：
第一，专利CN1109893C用于确定已知气体混合物中NOx的浓度，其基于两个电化学泵电池的相互作用。与布置在参考气体通道中的公共外部泵电极互连的两个内部泵电极位于传感器元件的测量气体空间中。沿气体混合物流入方向的两个泵单元中的第一个使氧气从测量气体空间输送到参考气体通道中。该第一个输氧泵电池的内部泵电极覆盖有由混合导电金属氧化物层和电绝缘氧化铝层制成的多层结构，它选择性地去除气体混合物中存在的氧气而不改变其氮氧化物浓度。然后氮氧化物在第二个泵电池的内部泵电极处分解，并且由此释放的氧气被泵出。第二个泵浦电池的泵电流用作气体混合物中所含氮氧化物浓度的量度。
第二，公开专利CN1186238A是一种用于确定已知气体混合物中的NOx气体的浓度。它包括两个测量气体空间，每个测量气体空间具有一个泵单元，它们在平面陶瓷基板的层平面中彼此相邻布置。测量气体通过扩散开口流入第一测量气体空间中，第一泵单元位于该第一测量气体空间中。第一泵单元用于第一测量气体空间，通过泵入或泵出氧气来设置预定的氧气分压。也位于第一测量气体空间中的浓差电池通过确定存在于浓差电池的电极上的电压(电动势)，使得可以在第一测量气体空间中保持恒定的低氧分压。通过额外的扩散开口，设置为恒定氧分压的气体混合物进入第二个测量空间。附加泵单元位于第二测量气体空间中。其内部泵电极由铑制成，可以将氮氧化物分解为N2和O2。在内部泵电极处产生的还原氧通过施加的泵电压被泵出。第二个泵浦电池的泵浦电流与气体混合物的氮氧化物浓度成正比。
上述两种情况，必须精心设置传感器元件中气体混合物的恒定低氧分压，然后才能通过其中使用的内部泵电极确定氮氧化物，因此会使得NOx气体传感器存在结构复杂，检测不精准的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种NOx气体传感器，其可直接用于确定测量气体中的氮氧化物浓度，从而无需将输送氧气的泵单元安装到传感器元件中，因此可以显著简化传感器设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种NOx气体传感器，包括锆管，所述锆管上分别设置有参比电极和测试电极，所述参比电极为Pt金属，所述测试电极为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，所述锆管材质为固体电解质5Y-ZrO2。
进一步的是：所述锆管内部设置有气体参考通道，所述锆管一端设置有使得气体参考通道与外部空气连通的开口，所述参比电极设置在气体参考通道内，所述测试电极设置在锆管外侧面。
进一步的是：所述参比电极和测试电极分别设置在锆管相对的两个外壁上。
进一步的是：所述测试电极中Re2Cu2xAsxO2的x取值为0.1。
进一步的是：所述测试电极中Re2Cu2xAsxO2的x取值为1。
进一步的是：所述测试电极中Re2Cu2xAsxO2的x取值为2。
进一步的是：所述测试电极中Re2Cu2xAsxO2的x取值为4。
进一步的是：所述测试电极中Re2Cu2xAsxO2的x取值为5。
进一步的是：所述参比电极和测试电极的表面设置有保护层。
进一步的是：所述锆管内设置有电阻加热器。
本发明的有益效果是：本传感器的设置可以省略泵电池单元以及第一和第二测量空间，使得本传感器结构更简单，生产成本更低，从而提高了良品率，且本申请通过对测试电极材料的选用，使得即使在气体混合物中2％至20％的氧气浓度下也可精确的确定氮氧化物的浓度，从而使得本传感器的使用范围更广。
附图说明
图1为本申请实施例的NOx气体传感器的第一种结构的示意图。
图2为本申请实施例的NOx气体传感器的第二种结构的示意图。
图3为本申请实施例的NOx气体传感器的第一实施例的实验结构示意图。
图4为本申请实施例的NOx气体传感器的第二实施例的实验结构示意图。
图5为本申请实施例的NOx气体传感器的第三实施例的实验结构示意图。
图6为本申请实施例的NOx气体传感器的第四实施例的实验结构示意图。
图7为本申请实施例的NOx气体传感器的第一对比例的实验结构示意图。
图中标记为：锆管1、参比电极2、测试电极3、气体参考通道4、保护层5。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请的实施例公开了一种NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，所述锆管1材质为固体电解质5Y-ZrO2。
其中第一种结构形式为：所述锆管1内部设置有气体参考通道4，所述锆管1一端设置有使得气体参考通道4与外部空气连通的开口，所述参比电极2设置在气体参考通道4内，所述测试电极3设置在锆管1外侧面。
上述结构在工作时，对参比电极2和测试电极3通电，参比电极2与外界空气接触，测试电极3与汽车尾气接触，测试电极3将尾气中的NOx完全分解成氮和氧，从而通过参比电极2和测试电极3产生的不同电动势来实现对氮氧化物浓度的测试，具体的测试计算方法为现有技术，此处不再赘述。
本结构中由于选择的测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，使得即使在气体混合物中2％至20％的氧气浓度下也可精确的确定氮氧化物的浓度，从而使得本传感器的使用范围更广。
其中第二种结构形式为：所述参比电极2和测试电极3分别设置在锆管1相对的两个外壁上。
上述结构在工作时，对参比电极2和测试电极3通电，参比电极2与测试电极3同时与汽车尾气接触，测试电极3将尾气中的NOx完全分解成氮和氧，从而通过参比电极2和测试电极3产生的不同电动势来实现对氮氧化物浓度的测试，具体的测试计算方法为现有技术，此处不再赘述。
上述结构中由于选择的测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，使得即使在气体混合物中2％至20％的氧气浓度下也可精确的确定氮氧化物的浓度，从而使得本传感器的使用范围更广，且该结构还省略了气体参考通道4，使得本传感器结构更简单，生产成本更低，从而提高了良品率。
本实施例中，所述参比电极2和测试电极3的表面设置有保护层5。
上述结构中，保护层5的设置可以防止参比电极2和测试电极3免于尾气的污染。
本实施例中，所述锆管1内设置有电阻加热器。
上述结构中，电阻加热器的设置可使得本传感器处在合适的工作温度下，使其工作时温度更精准。
本申请做了如下实验：
实施例一：
NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,x＝0.1)，所述锆管1材质为固体电解质5Y-ZrO2。
所述锆管1内部设置有气体参考通道4，所述锆管1一端设置有使得气体参考通道4与外部空气连通的开口，所述参比电极2设置在气体参考通道4内，所述测试电极3设置在锆管1外侧面。
其测试结果如图3所示，其横坐标为NOx浓度(单位ppm)，纵坐标为电流大小(单位微安)。
实施例二：
NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,x＝1)，所述锆管1 材质为固体电解质5Y-ZrO2。
所述锆管1内部设置有气体参考通道4，所述锆管1一端设置有使得气体参考通道4与外部空气连通的开口，所述参比电极2设置在气体参考通道4内，所述测试电极3设置在锆管1外侧面。
其测试结果如图4所示，其横坐标为NOx浓度(单位ppm)，纵坐标为电流大小(单位微安)。
实施例三：
NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,x＝4)，所述锆管1 材质为固体电解质5Y-ZrO2。
所述锆管1内部设置有气体参考通道4，所述锆管1一端设置有使得气体参考通道4与外部空气连通的开口，所述参比电极2设置在气体参考通道4内，所述测试电极3设置在锆管1外侧面。
其测试结果如图5所示，其横坐标为NOx浓度(单位ppm)，纵坐标为电流大小(单位微安)。
实施例四：
NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,x＝0.1)，所述锆管1材质为固体电解质5Y-ZrO2。
所述参比电极2和测试电极3分别设置在锆管1相对的两个外壁上。
其测试结果如图6所示，其横坐标为NOx浓度(单位ppm)，纵坐标为电流大小(单位微安)。
对比例1：
NOx气体传感器，包括锆管1，所述锆管1上分别设置有参比电极2和测试电极3，所述参比电极2为Pt金属，所述测试电极3为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,x＝6)，所述锆管1 材质为固体电解质5Y-ZrO2。
所述锆管1内部设置有气体参考通道4，所述锆管1一端设置有使得气体参考通道4与外部空气连通的开口，所述参比电极2设置在气体参考通道4内，所述测试电极3设置在锆管1外侧面。
其测试结果如图7所示，其横坐标为NOx浓度(单位ppm)，纵坐标为电流大小(单位微安)。
从上述实验可看出，当测试电极3为Re2Cu2xAsxO2中当5>x>0时，具有较好的线性对应关系，当x>5时，其线性关系比较差，从而无法实现精确的检测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种NOx气体传感器，其特征在于：包括锆管(1)，所述锆管(1)上分别设置有参比电极(2)和测试电极(3)，所述参比电极(2)为Pt金属，所述测试电极(3)为Re2Cu2xAsxO2(Re＝La,Pr,Nd,5>x>0)，所述锆管(1)材质为固体电解质5Y-ZrO2；
所述参比电极(2)和测试电极(3)的表面设置有保护层(5)。
所述锆管(1)内设置有电阻加热器。
2.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述锆管(1)内部设置有气体参考通道(4)，所述锆管(1)一端设置有使得气体参考通道(4)与外部空气连通的开口，所述参比电极(2)设置在气体参考通道(4)内，所述测试电极(3)设置在锆管(1)外侧面。
3.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述参比电极(2)和测试电极(3)分别设置在锆管(1)相对的两个外壁上。
4.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述测试电极(3)中Re2Cu2xAsxO2的x取值为0.1。
5.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述测试电极(3)中Re2Cu2xAsxO2的x取值为1。
6.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述测试电极(3)中Re2Cu2xAsxO2的x取值为2。
7.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述测试电极(3)中Re2Cu2xAsxO2的x取值为4。
8.如权利要求1所述的NOx气体传感器，其特征在于：所述测试电极(3)中Re2Cu2xAsxO2的x取值为5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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