专利名称：一种可用于测量nox浓度的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可用于测量NOX浓度的检测装置，属于一种测量尾气中氮氧化物的检测器。
背景技术：
氮氧化物NOX (NO和NO2)是大气的主要污染物之一，主要危害包括引发人类呼吸道疾病，形成酸雨和化学烟雾，破坏环境等。氮氧化物主要来源于汽车尾气的排放，因此对尾气中NOX浓度的检测就显得十分重要。尾气中NOX成分检测有很多方法，大致分为半导体检测器和固体电解质检测器。半导体检测器是利用被测气体在半导体气敏材料上发生吸附，会引起其电阻的变化来反映气体浓度的变化，这种依靠气体吸附反应的传感器易受外界环境的影响，且工作温度较低 (200-400°C)ο而固体电解质检测器具有可在500-600°C的尾气高温环境下稳定工作的特点，因此一直是国内外研究的热点。NOX检测器在US2010/0243447 Al中有详细的描述，这些尾气检测器的片芯部分的结构是通过把固体电解质的素坯进行切割成形，再印刷上电极图案，层层叠压后煅烧而成的，其内部结构包括多个腔室和气体扩散通道。这种检测器具有小尺寸高性能的特点，然而，它的制备工艺复杂，因为在其一层中有几种结构，且间隙部分需要在结构中形成，使得整个层叠难以采用简单的印制方法。并且内部的腔室或气体通道在制备过程中，容易发生裂纹和坍塌。此外，在使用具有透气性的多孔固体电解质层可有效的简化制备工艺，其实例在专利CN99801021. 9中有详细的描述，该检测器不存在任何腔室和气体通道，均使用多孔材料代替，提高了传感器的生产率，且不降低检测灵敏度。但氧气参比电极位于检测电极与氧泵电池之间，被测气体通过参比电极后到达检测电极，且氧泵电池对氧气的抽吸也必然影响参比电极表面氧气的浓度，这种情况下，如专利本身描述只能认为参比电极附近的氧气浓度是接近恒定的。使其有得不到足够的检测准确度的问题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种可用于测量NOX浓度的检测装置，其有较高准确性，高灵敏度且结构简单，易于加工的适用于尾气中NOX含量检测的检测装置。本实用新型的技术方案是这样实现的一种可用于测量NOX浓度的检测装置，包括电极保护膜、多孔固体电解质层、绝缘层、致密固体电解质层，具有催化作用的氧泵电池多孔阳极、氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极、氧泵电池检测电极以及带有参比腔的加热器，其特征在于多孔固体电解质层、绝缘层、致密固体电解质层、具有催化作用的氧泵电池多孔阳极、氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极、氧泵电池检测电极层层叠在一起，并经过高温烧结成一体，形成叠层体，其中多孔固体电解质是多孔透气的，位于电极保护膜和绝缘层之间；致密固体电解质是致密的，位于绝缘层之下，上表面覆盖氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极；绝缘层是多孔透气的，位于多孔固体电解质层和致密固体电解质层之间；参比空气通道位于检测电极与致密固体电解质层之下，不与待测气体接触；与加热电极叠层为一体，形成带有参比腔的加热器；由氧泵电池多孔阳极、多孔固体电解质和氧泵电池多孔阴极组成氧泵电池，外接可变电源，通过调节电压值，向外泵出氧气；由氧敏电池阴极、致密固体电解质层和参比电极组成氧敏电池，测量其两侧电压值，即为剩余氧气的浓度。所述的叠层体不包含任何空腔室或任何空层。所述的叠层体通过丝网印刷的方法印制在致密固体电解质层上。所述的叠层体的侧面涂敷有玻璃胶。本实用新型的积极效果是其有较高准确性，高灵敏度且结构简单，易于加工的适用于尾气中NOX含量检测的检测装置。
图I为本实用新型的结构图。图2为本实用新型的实施例图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明一种可用于测量NOX浓度的检测装置，包括电极保护膜I、多孔固体电解质层8、绝缘层9、致密固体电解质层10，具有催化作用的氧泵电池多孔阳极2、氧泵电池多孔阴极3、氧敏电池阴极4、氧泵电池检测电极5以及带有参比腔的加热器，其特征在于多孔固体电解质层8、绝缘层9、致密固体电解质层10、具有催化作用的氧泵电池多孔阳极2、氧泵电池多孔阴极3、氧敏电池阴极4、氧泵电池检测电极5层层叠在一起，并经过高温烧结成一体，形成叠层体，其中多孔固体电解质8是多孔透气的，位于电极保护膜和绝缘层之间；致密固体电解质层10是致密的，位于绝缘层9之下，上表面覆盖氧泵电池多孔阴极3、氧敏电池阴极4 ;绝缘层9是多孔透气的，位于多孔固体电解质层8和致密固体电解质层10之间；参比空气通道11位于氧泵电池检测电极6与致密固体电解质层10之下，不与待测气体接触；与加热电极7叠层为一体，形成带有参比腔的加热器；由氧泵电池多孔阳极2、多孔固体电解质8和氧泵电池多孔阴极3组成氧泵电池，外接可变电源，通过调节电压值，向外泵出氧气；由氧敏电池阴极4、致密固体电解质层10和参比电极6组成氧敏电池，测量其两侧电压值，即为剩余氧气的浓度。所述的叠层体不包含任何空腔室或任何空层。所述的叠层体通过丝网印刷的方法印制在致密固体电解质层上。所述的叠层体的侧面涂敷有玻璃胶。氧泵电池多孔阳极2、多孔透气性固体电解质层8和多孔电极3组成氧泵电池，被测气体沿箭头方向向下扩散，电极材料的实例为多孔的钼和金，以防止NOX在电极表面的分解，多孔固体电解质层8使用材料为氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)。通过在该氧泵电池两端施加一可变电压，使得尾气中的氧气被泵出。氧敏电极4、致密固体电解质层10和参比电极6组成氧敏电池，致密固体电解质层使用材料为氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)，电极材料的实例为钼。致密固体电解质层10使用材料为氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)。通过测量氧敏电池两侧电极的电位差，可准确测量尾气中剩余氧气的浓度，因为在固体电解质两侧的氧气浓度与电压之间的关系遵循Nernst公式(公式I)。该电压信号被实时反馈给氧泵电池，氧泵电池实时调节可变电源的电压，使氧敏电池的输出电压保持在一个恒定的值，即尾气中剩余氧气保持一恒定浓度，该浓度低到不影响NOX浓度的检测。E= (RT/4F)ln[Pl/P2].....................公式 I其中E:电压R :气体常数T:绝对温度F:法拉第常数P1，P2:氧气分压检测电极5、致密固体电解质层10和参比电极6组成NOX检测氧泵电池，检测电极材料的实例为钼、铑等，其中钼可用于参比电极，钼和铑用于检测电极，因为铑可以催化NOX的分解。在检测电极上发生如公式2的反应NOX — (1/2)N2+(X/2)02.....................公式 2公式2中分解产生的02，被NOX检测氧泵电池检测，电流I1值随NOX浓度的变化而变化，即NOX浓度可从电流Il值测量到。加热器与致密固体电解质层10之间的部件可视为气体的加热部件，该加热部件可在市场采购。加热器为由氧化铝覆盖钼电极，温度控制方法为改变加热器两端施加的电压值该表加热温度，测量加热器电阻值以获得实际温度。该装置两侧涂覆玻璃胶密封，以防止氧离子泄露。
权利要求1.一种可用于测量NOX浓度的检测装置，包括电极保护膜、多孔固体电解质层、绝缘层、致密固体电解质层，具有催化作用的氧泵电池多孔阳极、氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极、氧泵电池检测电极以及带有参比腔的加热器，其特征在于多孔固体电解质层、绝缘层、致密固体电解质层、具有催化作用的氧泵电池多孔阳极、氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极、氧泵电池检测电极层层叠在一起，并经过高温烧结成一体，形成叠层体，其中多孔固体电解质层是多孔透气的，位于电极保护膜和绝缘层之间；致密固体电解质层是致密的，位于绝缘层之下，上表面覆盖氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极；绝缘层是多孔透气的，位于多孔固体电解质层和致密固体电解质层之间；参比空气通道位于检测电极与致密固体电解质层之下，不与待测气体接触；与加热电极叠层为一体，形成带有参比腔的加热器；由氧泵电池多孔阳极、多孔固体电解质层和氧泵电池多孔阴极组成氧泵电池，外接可变电源，通过调节电压值，向外泵出氧气；由氧敏电池阴极、致密固体电解质层和参比电极组成氧敏电池，测量其两侧电压值，即为剩余氧气的浓度。
2.根据权利要求I所述的可用于测量NOX浓度的检测装置，其特征在于所述的叠层体不包含任何空腔室或任何空层。
3.根据权利要求I所述的可用于测量NOX浓度的检测装置，其特征在于所述的叠层体通过丝网印刷的方法印制在致密固体电解质层上。
4.根据权利要求I所述的可用于测量NOX浓度的检测装置，其特征在于所述的叠层体的侧面涂敷有玻璃胶。
专利摘要本实用新型涉及一种可用于测量NOX浓度的检测装置，其特征在于多孔固体电解质层、绝缘层、致密固体电解质层、具有催化作用的氧泵电池多孔阳极、氧泵电池多孔阴极、氧敏电池阴极、氧泵电池检测电极层层叠在一起，并经过高温烧结成一体，形成叠层体。其有较高准确性，高灵敏度且结构简单，易于加工的适用于尾气中NOX含量检测的检测装置。
文档编号G01N27/417GK202676664SQ20122031046
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者王金兴, 张克金, 张斌, 许德超 申请人:中国第一汽车股份有限公司