一种全固态型高温气体传感器的制作方法

本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种全固态型高温气体传感器。

背景技术：

气体传感器是一种对气体进行识别和感应的装置，目前市场上普通的多数气体传感器为催化燃烧型或半导体型，催化燃烧型是可燃性气体在铂金表面催化燃烧，使其电阻变化，是一种浓度型检测器，这种传感器虽然能对多数可燃气体响应，灵敏度高，但由于是直接燃烧，容易产生爆炸危险，而且检测对象在可燃气体范围内，传感器无选择性。

另一种市场上较广泛使用的传感器是半导体型，其原理是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定的温度内，其电导率随待测气体的成份而改变，可以检测甲烷、乙烷、乙醇等多种气体，但这种传感器的缺点是稳定性较差，受环境影响较大，每一种传感器的选择性都是唯一，也不利于用于精确计量的场所。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种全固态型高温气体传感器，可解决传统气体传感器不够安全及稳定性较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种全固态型高温气体传感器，包括保温箱、气路管道和电位指示计，还包括设置在保温箱内的全固态探测计和加热结构，所述气路管道连接到全固态探测计的内部，所述电位指示计与全固态探测计连接，所述全固态探测计设置出口一，所述保温箱设置出口二。

进一步的，所述全固态探测计包括陶瓷管、多孔阳极层、致密电解质层和多孔阴极层，陶瓷管固定在多孔阳极层的一侧，致密电解质层在多孔阳极层和多孔阴极层的中间位置，多孔阳极层与电位指示计的正极连接，多孔阴极层与电位指示计的负极相连接。

进一步的，所述多孔阳极层包括金属和陶瓷，所述致密电解质层包括CeO2基的陶瓷，所述多孔阴极层包括钙钛矿结构化合物。

进一步的，所述加热结构包括加热片和电源，所述加热片和电源连接。

进一步的，所述加热片为铂金片快速加热片。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种全固态型高温气体传感器为全固态离子传导 型，目前市场上的使用还很少，尤其是涉及高温状态下气体的原位检测。其基本原理是利用一种三层夹心三明治式结构的单电池进行气体探测，中间是致密的固态离子导体层即电解质层，两侧是多孔的阳极层和阴极层，阳极层和还原性气体接触即待测气体，阴极层和空气接触，空气中的氧单质在阴极层催化分解为氧离子，氧离子通过致密的固态离子层传输到阳极层，和还原性的气体发生氧化还原反应，产生电子，形成电流和电压，在外电路产生电信号进行检测。这种全固态型高温气体传感器检测气体时，有以下优点：由于将氧气和还原性气体隔开，不会产生燃烧和爆炸，因此使用安全，同时不同的气体发生氧化还原反应时，有不同的氧化还原电位，因此有不同的选择性，全固态的结构可以耐受室温至1000℃的温度，可用于一些高温的原位检测。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的全固态探测计的结构意识图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，本实施例的一种全固态型高温气体传感器，包括保温箱1、气路管道2和电位指示计3，还包括设置在保温箱1内的全固态探测计4和加热结构5，所述气路管道2连接到全固态探测计4的内部，所述全固态探测计4包括陶瓷管41、多孔阳极层42、致密电解质层43和多孔阴极层44，陶瓷管41固定在多孔阳极层42的一侧，多孔阳极层42和陶瓷管41用高温导电胶密封连接，致密电解质层43在多孔阳极层42和多孔阴极层44的中间位置，多孔阳极层42与电位指示计3的正极连接，多孔阴极层44与电位指示计3的负极相连接，所述多孔阳极层42组分为金属和陶瓷，所述致密电解质层43组分为CeO₂基的陶瓷，用于传输氧离子，所述多孔阴极层44的组分为能与空气中氧交换钙钛矿结构化合物，所述全固态探测计4设置出口一6，所述保温箱1设置出口二7。

所述加热结构5包括加热片51和电源52，所述加热片51和电源52连接，所述加热片51为铂金片快速加热片。

本实施例的一种全固态型高温气体传感器的工作原理：

被测气体经气路管道2引入到全固态探测计4的陶瓷管41中，启动铂金片加热装置，快速到达反应温度，空气中的氧气被多孔阴极层44活化，变成氧离子，通过致密电解质层43传输到多孔阳极层42，与陶瓷管41中待测气体发生氧化-还原反应，产生电流，不同的 成分所产生的氧化还原电位不同，通过外接电位指示计3的指示可以测定不同成分的还原性气体，反应的产物随出口一6和出口二7排出。

本实施例的一种全固态型高温气体传感器的工作过程：

在使用时，用气路管道2引入待测气体，引入到陶瓷管41中，与多孔阳极层42接触，开启铂金加热片，加热，使整个环境达到传感器工作温度，空气中的氧气在阴极-电解质的界面处催化分解成氧离子，氧离子通过电解质传输到阳极侧，与还原性的气体在一定温度下发生氧化还原反应，产生电流，通过引线将阳极、阴极和外接电位计构成回路，接通电位指示计3，测定待测气体检测电信号，不同的还原性气体有不同的氧化还原电位，为增加其准确性可另配一参比电极，用三电极系统来检测。打开外接电位指示计3，记录电信号，测试结束。反应的产物随出口排出。

例如：

(1)检测氢气时，所发生的反应为：

阴极：1/2O₂+2e-→O^2-

阳极：H₂+O^2-→H₂O+2e^-

总反应：H₂(g)+1/2O₂(g)→H₂O(g)+W_e+Q

(2)检测CO等含碳小分子气体时，发生的反应为：

阴极：1/2O₂+2e-→O^2-

阳极：CO+O^2-→CO₂+2e^-

总反应：CO：CO(g)+1/2O₂(g)→CO₂(g)+W_e+Q 1-6

(3)检测甲烷等含碳性气体时，发生的反应为：

阴极：1/2O₂+2e-→O^2-

阳极：C_nH_2n+2+(3n+1)O^2-＝nCO₂+(n+1)H₂O+(6n+2)e^-

总反应：C_nH_2n+2+(3n+1)/2O₂(g)→nCO₂(g)+(n+1)H₂O(g)+W_e+Q

由上述技术方案可知，本实施例的一种全固态型高温气体传感器通过固态离子导体来传递氧离子，发生氧化还原反应，产生电信号，和半导体型及燃烧型的传感器有不同的检测原理，分隔式的结构设计，保证还原性气体和氧气不直接接触，快速的电加热启动，使用铂金加热片能快速到达所需要的检测温度。该产品使用安全，稳定性和选择性高，可以 用于一些气体的高温原位检测。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围内。