专利名称：ZnO氧传感器及其检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及氧传感器，尤其是一种ZnO氧传感器，和含有该ZnO氧传感器的检测电路。
背景技术：
市场上的氧传感器主要由ZrO2陶瓷制作而成，通过ZrO2传导氧离子来进行导电，由其导电能力好坏判断氧气浓度。因为ZrO2陶瓷必须在300摄氏度以上传导氧离子，因此这种传感器在高温加热下才能工作。
实用新型内容本实用新型的目的在于:提供一种适用范围广、制作简便、成本低廉的ZnO氧传感器和含有该ZnO氧传感器的检测电路。为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案:本实用新型一种ZnO氧传感器，包括玻璃衬底，在所述玻璃衬底的上表面设有纳米ZnO层,该纳米ZnO层的上表面设有两个电极。所述纳米ZnO层的厚度为lOOnm。所述两个电极均为铝电极。一种含有所述的ZnO氧传感器的检测电路，包括电流计、ZnO氧传感器、直流电源、开关及一个与市电连接的紫外光灯，所述电流计、ZnO氧传感器和开关依次串联后连接于所述直流电源的正负极，·所述紫外光灯聚焦于所述ZnO氧传感器的两个铝电极之间的区域。与现有的ZrO2氧传感器相比，采用上述结构的本实用新型，具有以下有益效果:1、可以在室温下工作，不需要加热；2、对总气压大小没有限制；此外测试范围宽，氧气分压在0.1Pa IOOOOOPa范围内，都可以较为准确测试；3、测试精度为3%，虽然不如ZrO2氧传感器精度高，也可以满足一般科学研究需要；4、成本低廉，制作简便，结构简单。利用电子或化学实验室里常见的旋涂仪、蒸镀系统等设备可以直接制作ZnO氧传感器，无须专门购买生产仪器。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是含有ZnO氧传感器的检测电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种ZnO氧传感器，包括玻璃衬底1，在所述玻璃衬底I的上表面设有纳米ZnO层2，所述纳米ZnO层2的厚度为lOOnm，该纳米ZnO层2的上表面设有两个铝电极3、4。如图2所示，本实用新型一种含有所述ZnO氧传感器的检测电路，包括电流计5、ZnO氧传感器6、直流电源7、开关8及一个与市电连接的紫外光灯9，所述电流计5、ZnO氧传感器6和开关8依次串联后连接于所述直流电源7的正负极，所述紫外光灯9聚焦于所述ZnO氧传感器6的两个铝电极3、4之间的区域。ZnO纳米晶体是一种尺度在纳米级的晶体，具有比表面积大的特点。在常温下可以通过化学吸附方式吸附空气中的氧气。吸附氧气后，氧气分子可以束缚晶体表面的电子，阻碍其运动。由于ZnO纳米晶体的自由电子主要通过表面输运，若表面的电子被吸附的氧分子所束缚，根据半导体的电阻公式:P =1/ 6 =q* (η* μ η+ ρ* μ ρ)(其中ρ为晶体电阻率，6为晶体电导率，q为一个电子所带电荷，η为晶体中电子浓度，μ η为晶体中电子迁移率，P为晶体中空穴浓度，μ P为晶体中空穴迁移率)，由ZnO纳米晶体制成ZnO氧传感器6的电阻会增加。若给予紫外线照射，ZnO氧传感器6的电阻R与空气中氧气分压Ptj2严格符合关系:R=c* Po2b……[公式I](其中b，c为ZnO氧传感器6的仪器常数，可以通过实验标定)。因此，若加在ZnO氧传感器6两端的电压U已知(电源工作电压)，再由电流计测得电路电流值I，由欧姆定律可以得到ZnO氧传感器6电阻R=U/I……[公式2]。将测得ZnO氧传感器6电阻代入[公式I]，可以换算得到空气中氧气浓度。·上述检测电路的使用方法:1.将检测电路放置于待测气氛中，保持一段时间，吸附完全。2.合上开关8使ZnO氧传感器6通电，打开紫外光灯9，使紫外线聚焦于ZnO氧传感器6上两个铝电极之间的部分。3.待电流计5示数恒定后，读出电流值，由[公式2]计算得到器件电阻值，再由[公式I]换算得到氧气浓度。注意事项:1、工作常数b、c需要事先在一系列已知氧气浓度的气氛中标定获得；2、空气中的水分会影响器件的电阻，必须对气体进行除湿。
权利要求1.一种ZnO氧传感器，包括玻璃衬底(I )，其特征在于:在所述玻璃衬底(I)的上表面设有纳米ZnO层(2)，该纳米ZnO层(2)的上表面设有两个电极。
2.根据权利要求1所述的ZnO氧传感器，其特征在于:所述纳米ZnO层(2)的厚度为lOOnm。
3.根据权利要求2所述的ZnO氧传感器，其特征在于:所述两个电极均为铝电极(3、4)。
4.一种含有权利要求3所述的ZnO氧传感器的检测电路，其特征在于:包括电流计(5)、Zn0氧传感器(6)、直流电源(7)、开关(8)及一个与市电连接的紫外光灯(9)，所述电流计(5)、Zn0氧传感器(6)和开关(8)依次串联后连接于所述直流电源(7)的正负极，所述紫外光灯(9)聚焦于所述ZnO 氧传感器(6)的两个铝电极(3、4)之间的区域。
专利摘要本实用新型公开了一种ZnO氧传感器及其检测电路，所述ZnO氧传感器包括玻璃衬底，在所述玻璃衬底的上表面设有纳米ZnO层，该纳米ZnO层的上表面设有两个电极。所述检测电路，包括电流计、ZnO氧传感器、直流电源、开关及一个与市电连接的紫外光灯，所述电流计、ZnO氧传感器和开关依次串联后连接于所述直流电源的正负极，所述紫外光灯聚焦于所述ZnO氧传感器的两个铝电极之间的区域。本实用新型提供了一种适用范围广、制作简便、成本低廉的ZnO氧传感器和含有该ZnO氧传感器的检测电路。
文档编号G01N27/12GK203133017SQ20132011095
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者张昶 申请人:张昶