一种催化燃烧型一氧化碳传感器的制造方法
【专利摘要】一种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，其特征是包括第一节点(1)、第二节点(2)、第三节点(3)、第四节点(4)和第五节点(5)，第一节点(1)和第三节点(3)分别与电源的两极连接，第四节点(4)和第五节点(5)分别连接可变电阻(R3)的2个固定端，本发明的目的在于提供一种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，用电阻温度系数高的负温度系数的热敏电阻来代替铂丝线圈。一般的催化燃烧型传感器只能检测百分浓度的可燃气体，而基于CuO-Co3O4的催化燃烧型CO传感器检测限低达10ppm。
【专利说明】一种催化燃烧型一氧化碳传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，尤其是一种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器。
【背景技术】
[0002]CO气体是一种毒性极强的气体，⑶浓度达到292.5mg/m3时，可使人产生严重的头痛、头昏、心悸、恶心等症状。因此，在易于接触CO的环境里，检测环境中的CO的浓度是非常必要的。众所周知，Co3O4对于低温催化CO具有很好的活性，因此使用Co3O4作为CO传感器的感应材料也受到了科研工作者的重视。利用纳米棒状的Co3O4作为CO传感器的传感材料具有高灵敏度和快速响应的传感特性，Co3O4作为半导体型传感材料来制得一氧化碳传感器，最佳的操作温度为180°C -280°C,比传统的使用SnO2作为传感材料制得的一氧化碳传感器温度低了 100°C，因此降低了传感器加热所需的能耗，并且掺杂0.1% CNT到Co3O4-SnO2的催化剂中，可以实现室温下检测CO。Co3O4也被用来制作催化燃烧型的CO传感器，Co3O4负载Al2O3催化剂中掺入CuO可以检测CO的浓度为500?50000ppm，并且在这个浓度范围内，与输出电压的线性关系非常好。
[0003]CuO-Co3O4作为CO的催化材料有相关的报道，但是结合负温度系数的热敏电阻来检测低浓度的CO催化燃烧型传感器还未见有报道。
[0004]一氧化碳是一种无色、无味、无臭、无刺激性的气体。当含碳物质不完全燃烧时，就会产生CO，工业生产中，易接触CO的场合有:炼焦、炼铁、铸造、石油开采以及煤矿瓦斯爆炸事故等等。检测环境中CO浓度的方法有很多，如使用比色法、半导体型的CO传感器、电化学型CO传感器、光纤型CO气体传感器和催化燃烧型CO传感器等，催化燃烧型传感器被广泛的应用于可燃气体的检测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，用电阻温度系数高的负温度系数的热敏电阻来代替钼丝线圈。一般的催化燃烧型传感器只能检测百分浓度的可燃气体，而基于CuO-Co3O4的催化燃烧型CO传感器检测限低达lOppm。在电源电压为9V时，CO的浓度在30?500ppm之间与输出电压具有很好的线性关系，并且传感器对500ppmC0的响应和恢复时间分别为24s、68s。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，包括第一节点(I)、第二节点(2)、第三节点(3)、第四节点⑷和第五节点(5)，第一节点⑴和第三节点(3)分别与电源的两极连接，第四节点(4)和第五节点(5)分别连接可变电阻(R3)的2个固定端，第一节点(I)和第五节点(5)之间设有第二电阻(R2)，第三节点(3)和第四节点(4)之间设有第四电阻(R4)，第一节点(I)和第二节点(2)之间串连有第一电阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二节点⑵和第三节点(3)之间串连有第五电阻(R5)和参比元件(E)，可变电阻(R3)的滑动变阻端与第二节点(2)之间为基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器的信号输出端。
[0008]本发明的一个方案:所述活性催化元件㈧的制备方法包括以下步骤:
0.5mol -Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分别取12mL、6mL于烧瓶中，在连续的磁力搅拌下，缓慢滴加12mL2mol -Γ1的NaOH溶液，待反应完全后，得到的沉淀在母液中静置6h ;将沉淀过滤、洗涤后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分别在500°C煅烧3h，制得CuO-Co3O4的粉体；充分研磨，待用。分别将不同煅烧温度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的质量比调成糊状，采用浸溃法使催化剂裹覆在NTCT的表面。制好的催化珠在室温下晾干后，200-300°C下焙烧l_3h，获得活性催化元件(A);活性热敏电阻的头部直径为1.5-2.0mm。
[0009]所述参比元件(E)的制备方法包括以下步骤:配制水与聚四氟乙烯(PTFE)的体积比为4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二铝(Al2O3),用配制好的聚四氟乙烯溶液将三氧化二铝(Al2O3)调成糊状，均匀地涂覆在另一活性热敏电阻的表面，聚四氟乙烯溶液在使用前需超声震荡15min，制好的活性催化珠在室温下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅烧25-35min，获得参比元件(E);该热敏电阻的头部尺寸为1.5_2.0mm。
[0010]热敏电阻的头部尺寸是如图6所示的尺寸。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]共沉淀法制备了氧化铜-四氧化三钴复合材料(CuO-Co3O4)，并以其为催化剂，以热敏电阻为加热和测温元件，创造性地制备了一种新的高灵敏度催化燃烧型一氧化碳(CO)传感器。基于CuO-Co3O4的催化燃烧型CO传感器具有灵敏度高、响应时间短、重复性好等优点。该传感器工作温度为133°C时，可以检测30?500ppm CO的浓度，并且CO在该浓度范围内与输出电压信号的线性相关系数R2 = 0.979。
[0013]本发明的主要创新点如下:
[0014]I)用热敏电阻代替传统的电阻丝(钼丝等)做催化燃烧式可燃气传感器，灵敏度大大提高；2)涂在热敏电阻外表上的催化材料使用贱金属氧化物CuO-Co3O4代替贵金属制造传感器是非常有意义的创新，可以大大节约成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的实验装置图。
[0016]图2为本发明的催化燃烧型传感器电路图。
[0017]图3为本发明的实施例一的头部尺寸1.65mm的热敏电阻R-T图。
[0018]图4为本发明的实施例一电源电压9时，对500ppmC0重复响应性曲线图。
[0019]图5a为本发明的实施例一电源电压9V时，对不同浓度CO的响应曲线图。
[0020]图5b为本发明的实施例一的CO的浓度与输出电压之间的线性关系图。
[0021]图6为热敏电阻外形结构尺寸示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步描述:
[0023]如图1所示为本发明的实验装置，包括一氧化碳气罐和空气罐，一氧化碳气罐和空气罐分别通过一个转子流量计连接流动池，流动池内设有电路及数据采集器的采集探头。流动池上连接进气口和出气口。
[0024]电路及数据采集器内设有本发明的基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器。
[0025]如图2，第一电阻(Rl)为70欧姆；第二电阻(R2)为500欧姆；可变电阻(R3)为100欧姆；第四电阻(R4)为500欧姆；第五电阻(R5)为70欧姆。可变电阻(R3)的阻值调节范围为O欧姆至100欧姆。
[0026]作为活性元件的热敏电阻的阻值为2K欧姆。作为参比元件的热敏电阻的阻值为2K欧姆。
[0027]—种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，包括第一节点(I)、第二节点
(2)、第三节点(3)、第四节点⑷和第五节点(5)，第一节点⑴和第三节点(3)分别与电源的两极连接，第四节点(4)和第五节点(5)分别连接可变电阻(R3)的2个固定端，第一节点(I)和第五节点(5)之间设有第二电阻(R2)，第三节点(3)和第四节点(4)之间设有第四电阻(R4)，第一节点(I)和第二节点(2)之间串连有第一电阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二节点⑵和第三节点(3)之间串连有第五电阻(R5)和参比元件(E)，可变电阻(R3)的滑动变阻端与第二节点(2)之间为基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器的信号输出端。
[0028]实施例一。
[0029]本发明的一个方案:活性催化元件(A)的制备方法包括以下步骤:0.5mol.Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分别取12mL、6mL于烧瓶中，在连续的磁力搅拌下，缓慢滴加12mL2mol -Γ1的NaOH溶液，待反应完全后，得到的沉淀在母液中静置6h ;将沉淀过滤、洗涤后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分别在500°C煅烧3h，制得CuO-Co3O4的粉体；充分研磨，待用。分别将不同煅烧温度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的质量比调成糊状，采用浸溃法使催化剂裹覆在热敏电阻的表面。制好的催化珠在室温下晾干后，200-300°C下焙烧l_3h，获得活性催化元件(A);活性热敏电阻的头部直径为1.5_2.0mm。
[0030]所述参比元件(E)的制备方法包括以下步骤:配制水与聚四氟乙烯(PTFE)的体积比为4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二铝(Al2O3),用配制好的聚四氟乙烯溶液将三氧化二铝(Al2O3)调成糊状，均匀地涂覆在另一活性热敏电阻的表面，聚四氟乙烯溶液在使用前需超声震荡15min，制好的活性催化珠在室温下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅烧25-35min，获得参比元件(E);该热敏电阻的头部尺寸为1.5_2.0mm。
[0031]热敏电阻的头部尺寸是如图6所示的尺寸。
[0032]如图3至图5b，活性元件的制备:0.5mol -Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分别取12mL、6mL于烧瓶中，在连续的磁力搅拌下，缓慢滴加12mL2mol.Γ1的NaOH溶液，待反应完全后，得到的沉淀在母液中静置6h ;将沉淀过滤、洗涤后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分别在500°C煅烧3h，制得CuO-Co3O4的粉体；充分研磨，待用。分别将不同煅烧温度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的质量比调成糊状，采用浸溃法使催化剂裹覆在热敏电阻的表面。制好的催化珠在室温下晾干后，200-300°C下焙烧l_3h，参比元件也用相同的方法制备，只需将氧化铜-四氧化三钴(CuO-Co3O4)材料替换成对CO无催化活性的三氧化二铝(Al2O3)即可。热敏电阻的头部尺寸为1.65mm，温度电阻曲线如图3所示。将制好的活性元件、参比元件安装在流动池中，如图2所示,交替地以lL/min的速度向流动池中通2min的CO和4min的空气，测量传感器对CO的响应情况。
[0033]图2为催化燃烧型气体传感器的电路图，信号输出端连接一个放大电路，将输出电压信号放大200倍，用数据采集系统，采集输出信号。外接的电源电压为9V，此时传感器的工作温度为133°C，对500ppmC0的重复响应性曲线，重复进气五次，如图4所示，得到的标准偏差及相对偏差为:
【权利要求】
1.一种基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，其特征是包括第一节点(I)、第二节点(2)、第三节点(3)、第四节点(4)和第五节点(5)，第一节点⑴和第三节点(3)分别与电源的两极连接，第四节点⑷和第五节点(5)分别连接可变电阻(R3)的2个固定端，第一节点⑴和第五节点(5)之间设有第二电阻(R2)，第三节点(3)和第四节点⑷之间设有第四电阻(R4)，第一节点(I)和第二节点(2)之间串连有第一电阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二节点⑵和第三节点(3)之间串连有第五电阻(R5)和参比元件(E)，可变电阻(R3)的滑动变阻端与第二节点(2)之间为基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，其特征在于所述活性催化元件(A)的制备方法包括以下步骤:0.5mol.L-1的CoCl2和CuSO4溶液分别取12mL、6mL于烧瓶中，在连续的磁力搅拌下，缓慢滴加12mL2mol.Γ1的NaOH溶液，待反应完全后，得到的沉淀在母液中静置6h ;将沉淀过滤、洗涤后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物在300-600°C下煅烧3h，制得CuO-Co3O4的粉体；充分研磨，待用。将制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的质量比调成糊状，采用浸溃法使催化剂裹覆在热敏电阻的表面。制好的催化珠在室温下晾干后，200-300°C下焙烧l_3h，制得催化珠，获得活性催化元件㈧；参比珠也用相同的方法制备，只需将CuO-Co3O4材料用对CO无催化活性的Al2O3来代替即可。活性热敏电阻的头部直径为1.5-2.0mm。
3.根据权利要求1所述的基于CuO-Co3O4的催化燃烧型一氧化碳传感器，其特征在于所述参比元件(E)的制备方法包括以下步骤:配制水与聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTFE))的体积比为4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二铝(Al2O3)，用配制好的聚四氟乙烯溶液将三氧化二铝(Al2O3)调成糊状，均匀地涂覆在另一活性热敏电阻的表面，制好的活性催化珠在室温下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅烧25-35min，获得参比元件(E);该热敏电阻的头部尺寸为1.5-2.0mm。 热敏电阻的头部尺寸是如图6所示的尺寸。
【文档编号】G01N25/32GK104181198SQ201310201475
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】高国强, 黄彩霞 申请人:无锡高顿传感技术有限公司