專利名稱：一種可用于測(cè)量nox濃度的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，屬于一種測(cè)量尾氣中氮氧化物的檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
氮氧化物NOX (NO和NO2)是大氣的主要污染物之一，主要危害包括引發(fā)人類呼吸道疾病，形成酸雨和化學(xué)煙霧，破壞環(huán)境等。氮氧化物主要來源于汽車尾氣的排放，因此對(duì)尾氣中NOX濃度的檢測(cè)就顯得十分重要。尾氣中NOX成分檢測(cè)有很多方法，大致分為半導(dǎo)體檢測(cè)器和固體電解質(zhì)檢測(cè)器。半導(dǎo)體檢測(cè)器是利用被測(cè)氣體在半導(dǎo)體氣敏材料上發(fā)生吸附，會(huì)引起其電阻的變化來反映氣體濃度的變化，這種依靠氣體吸附反應(yīng)的傳感器易受外界環(huán)境的影響，且工作溫度較低 (200-400°C)ο而固體電解質(zhì)檢測(cè)器具有可在500-600°C的尾氣高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的特點(diǎn)，因此一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。NOX檢測(cè)器在US2010/0243447 Al中有詳細(xì)的描述，這些尾氣檢測(cè)器的片芯部分的結(jié)構(gòu)是通過把固體電解質(zhì)的素坯進(jìn)行切割成形，再印刷上電極圖案，層層疊壓后煅燒而成的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括多個(gè)腔室和氣體擴(kuò)散通道。這種檢測(cè)器具有小尺寸高性能的特點(diǎn)，然而，它的制備工藝復(fù)雜，因?yàn)樵谄湟粚又杏袔追N結(jié)構(gòu)，且間隙部分需要在結(jié)構(gòu)中形成，使得整個(gè)層疊難以采用簡單的印制方法。并且內(nèi)部的腔室或氣體通道在制備過程中，容易發(fā)生裂紋和坍塌。此外，在使用具有透氣性的多孔固體電解質(zhì)層可有效的簡化制備工藝，其實(shí)例在專利CN99801021. 9中有詳細(xì)的描述，該檢測(cè)器不存在任何腔室和氣體通道，均使用多孔材料代替，提高了傳感器的生產(chǎn)率，且不降低檢測(cè)靈敏度。但氧氣參比電極位于檢測(cè)電極與氧泵電池之間，被測(cè)氣體通過參比電極后到達(dá)檢測(cè)電極，且氧泵電池對(duì)氧氣的抽吸也必然影響參比電極表面氧氣的濃度，這種情況下，如專利本身描述只能認(rèn)為參比電極附近的氧氣濃度是接近恒定的。使其有得不到足夠的檢測(cè)準(zhǔn)確度的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，其有較高準(zhǔn)確性，高靈敏度且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的適用于尾氣中NOX含量檢測(cè)的檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，包括電極保護(hù)膜、多孔固體電解質(zhì)層、絕緣層、致密固體電解質(zhì)層，具有催化作用的氧泵電池多孔陽極、氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極、氧泵電池檢測(cè)電極以及帶有參比腔的加熱器，其特征在于多孔固體電解質(zhì)層、絕緣層、致密固體電解質(zhì)層、具有催化作用的氧泵電池多孔陽極、氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極、氧泵電池檢測(cè)電極層層疊在一起，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成一體，形成疊層體，其中多孔固體電解質(zhì)是多孔透氣的，位于電極保護(hù)膜和絕緣層之間；致密固體電解質(zhì)是致密的，位于絕緣層之下，上表面覆蓋氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極；絕緣層是多孔透氣的，位于多孔固體電解質(zhì)層和致密固體電解質(zhì)層之間；參比空氣通道位于檢測(cè)電極與致密固體電解質(zhì)層之下，不與待測(cè)氣體接觸；與加熱電極疊層為一體，形成帶有參比腔的加熱器；由氧泵電池多孔陽極、多孔固體電解質(zhì)和氧泵電池多孔陰極組成氧泵電池，外接可變電源，通過調(diào)節(jié)電壓值，向外泵出氧氣；由氧敏電池陰極、致密固體電解質(zhì)層和參比電極組成氧敏電池，測(cè)量其兩側(cè)電壓值，即為剩余氧氣的濃度。所述的疊層體不包含任何空腔室或任何空層。所述的疊層體通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在致密固體電解質(zhì)層上。所述的疊層體的側(cè)面涂敷有玻璃膠。本實(shí)用新型的積極效果是其有較高準(zhǔn)確性，高靈敏度且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的適用于尾氣中NOX含量檢測(cè)的檢測(cè)裝置。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，包括電極保護(hù)膜I、多孔固體電解質(zhì)層8、絕緣層9、致密固體電解質(zhì)層10，具有催化作用的氧泵電池多孔陽極2、氧泵電池多孔陰極3、氧敏電池陰極4、氧泵電池檢測(cè)電極5以及帶有參比腔的加熱器，其特征在于多孔固體電解質(zhì)層8、絕緣層9、致密固體電解質(zhì)層10、具有催化作用的氧泵電池多孔陽極2、氧泵電池多孔陰極3、氧敏電池陰極4、氧泵電池檢測(cè)電極5層層疊在一起，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成一體，形成疊層體，其中多孔固體電解質(zhì)8是多孔透氣的，位于電極保護(hù)膜和絕緣層之間；致密固體電解質(zhì)層10是致密的，位于絕緣層9之下，上表面覆蓋氧泵電池多孔陰極3、氧敏電池陰極4 ;絕緣層9是多孔透氣的，位于多孔固體電解質(zhì)層8和致密固體電解質(zhì)層10之間；參比空氣通道11位于氧泵電池檢測(cè)電極6與致密固體電解質(zhì)層10之下，不與待測(cè)氣體接觸；與加熱電極7疊層為一體，形成帶有參比腔的加熱器；由氧泵電池多孔陽極2、多孔固體電解質(zhì)8和氧泵電池多孔陰極3組成氧泵電池，外接可變電源，通過調(diào)節(jié)電壓值，向外泵出氧氣；由氧敏電池陰極4、致密固體電解質(zhì)層10和參比電極6組成氧敏電池，測(cè)量其兩側(cè)電壓值，即為剩余氧氣的濃度。所述的疊層體不包含任何空腔室或任何空層。所述的疊層體通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在致密固體電解質(zhì)層上。所述的疊層體的側(cè)面涂敷有玻璃膠。氧泵電池多孔陽極2、多孔透氣性固體電解質(zhì)層8和多孔電極3組成氧泵電池，被測(cè)氣體沿箭頭方向向下擴(kuò)散，電極材料的實(shí)例為多孔的鉬和金，以防止NOX在電極表面的分解，多孔固體電解質(zhì)層8使用材料為氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。通過在該氧泵電池兩端施加一可變電壓，使得尾氣中的氧氣被泵出。氧敏電極4、致密固體電解質(zhì)層10和參比電極6組成氧敏電池，致密固體電解質(zhì)層使用材料為氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)，電極材料的實(shí)例為鉬。致密固體電解質(zhì)層10使用材料為氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。通過測(cè)量氧敏電池兩側(cè)電極的電位差，可準(zhǔn)確測(cè)量尾氣中剩余氧氣的濃度，因?yàn)樵诠腆w電解質(zhì)兩側(cè)的氧氣濃度與電壓之間的關(guān)系遵循Nernst公式(公式I)。該電壓信號(hào)被實(shí)時(shí)反饋給氧泵電池，氧泵電池實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)可變電源的電壓，使氧敏電池的輸出電壓保持在一個(gè)恒定的值，即尾氣中剩余氧氣保持一恒定濃度，該濃度低到不影響NOX濃度的檢測(cè)。E= (RT/4F)ln[Pl/P2].....................公式 I其中E:電壓R :氣體常數(shù)T:絕對(duì)溫度F:法拉第常數(shù)P1，P2:氧氣分壓檢測(cè)電極5、致密固體電解質(zhì)層10和參比電極6組成NOX檢測(cè)氧泵電池，檢測(cè)電極材料的實(shí)例為鉬、銠等，其中鉬可用于參比電極，鉬和銠用于檢測(cè)電極，因?yàn)殂櫩梢源呋疦OX的分解。在檢測(cè)電極上發(fā)生如公式2的反應(yīng)NOX — (1/2)N2+(X/2)02.....................公式 2公式2中分解產(chǎn)生的02，被NOX檢測(cè)氧泵電池檢測(cè)，電流I1值隨NOX濃度的變化而變化，即NOX濃度可從電流Il值測(cè)量到。加熱器與致密固體電解質(zhì)層10之間的部件可視為氣體的加熱部件，該加熱部件可在市場(chǎng)采購。加熱器為由氧化鋁覆蓋鉬電極，溫度控制方法為改變加熱器兩端施加的電壓值該表加熱溫度，測(cè)量加熱器電阻值以獲得實(shí)際溫度。該裝置兩側(cè)涂覆玻璃膠密封，以防止氧離子泄露。
權(quán)利要求1.一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，包括電極保護(hù)膜、多孔固體電解質(zhì)層、絕緣層、致密固體電解質(zhì)層，具有催化作用的氧泵電池多孔陽極、氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極、氧泵電池檢測(cè)電極以及帶有參比腔的加熱器，其特征在于多孔固體電解質(zhì)層、絕緣層、致密固體電解質(zhì)層、具有催化作用的氧泵電池多孔陽極、氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極、氧泵電池檢測(cè)電極層層疊在一起，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成一體，形成疊層體，其中多孔固體電解質(zhì)層是多孔透氣的，位于電極保護(hù)膜和絕緣層之間；致密固體電解質(zhì)層是致密的，位于絕緣層之下，上表面覆蓋氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極；絕緣層是多孔透氣的，位于多孔固體電解質(zhì)層和致密固體電解質(zhì)層之間；參比空氣通道位于檢測(cè)電極與致密固體電解質(zhì)層之下，不與待測(cè)氣體接觸；與加熱電極疊層為一體，形成帶有參比腔的加熱器；由氧泵電池多孔陽極、多孔固體電解質(zhì)層和氧泵電池多孔陰極組成氧泵電池，外接可變電源，通過調(diào)節(jié)電壓值，向外泵出氧氣；由氧敏電池陰極、致密固體電解質(zhì)層和參比電極組成氧敏電池，測(cè)量其兩側(cè)電壓值，即為剩余氧氣的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的疊層體不包含任何空腔室或任何空層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的疊層體通過絲網(wǎng)印刷的方法印制在致密固體電解質(zhì)層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的疊層體的側(cè)面涂敷有玻璃膠。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可用于測(cè)量NOX濃度的檢測(cè)裝置，其特征在于多孔固體電解質(zhì)層、絕緣層、致密固體電解質(zhì)層、具有催化作用的氧泵電池多孔陽極、氧泵電池多孔陰極、氧敏電池陰極、氧泵電池檢測(cè)電極層層疊在一起，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成一體，形成疊層體。其有較高準(zhǔn)確性，高靈敏度且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的適用于尾氣中NOX含量檢測(cè)的檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)G01N27/417GK202676664SQ20122031046
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者王金興, 張克金, 張斌, 許德超 申請(qǐng)人:中國第一汽車股份有限公司