一种甲醛气体传感器

1.本实用新型涉及一种甲醛气体传感器，属于气体传感器的技术领域。


背景技术：

2.气体传感器是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体，以及能连续测量气体成分浓度的仪表。它是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。气体传感器技术可以应用于工业自动化、汽车排放控制系统以及家庭和公共场所气体泄漏检测等方面。目前最常用的是电阻型金属氧化物半导体气体传感器，由于其能耗低、操作安全系数高、价格便宜等优点在检测气体方面具有很大的前景。
3.在气体检测过程中，传感器的稳定性和重复性较差，对于传统的热激活气体传感器来说，较高的温度在一定程度上限制了其在易燃易爆气体检测中的应用。同时，现有的气体传感器在实际使用上，不便于拆卸、安装和携带，影响了检测的进度，使用效果不佳。为此，我们设计了一种室温、紫外光照射下简易的甲醛气体传感器。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种甲醛气体传感器，该甲醛气体传感器采用ito导电玻璃上设置的梳状电极和纳米涂层来吸附甲醛气体，从而检测甲醛的浓度，其测量下限低，反应速度快。
5.为解决以上问题，本实用新型的具体技术方案如下：一种甲醛气体传感器，在空心的外壳体顶部设有网罩，外壳体的底部具有开口，开口处设有端盖，在外壳体内通过支撑结构连接元件卡座，元件卡座上设有ito导电玻璃，ito导电玻璃上有梳状电极和涂层，在ito导电玻璃的对角线上分别设有上充电柱和下充电柱；在ito导电玻璃的正下方设有紫外灯，四根导线分别穿过端盖分别与上充电柱、下充电柱、紫外灯的电源输入端和紫外灯的电源输出端连接。
6.所述的支撑结构包括，在外壳体内设有内壳体，内壳体的中部设有定位凹槽，元件卡座位于定位凹槽内；在端盖的上表面通过固定柱连接紫外灯，紫外灯的两侧分别设有支撑杆，支撑杆的底部与端盖的上表面连接，支撑杆的顶部支撑在元件卡座的下表面。
7.所述的端盖设有四根导线柱，四根导线柱的上方分别连接上充电柱、下充电柱、紫外灯的电源输入端和紫外灯的电源输出端，导线柱的下端连接电源。
8.所述的ito导电玻璃上的梳状电极是由几条氧化铟锡组成；涂层是在梳状电极上浸涂zno纳米材料。
9.连接在上充电柱和下充电柱的两条导线与连接在紫外灯的两条导线形成了并联电路。
10.本申请的采用上述结构具有以下优点：第一，可以简单方便地进行ito导电玻璃的替换，以及结构的拆卸和安装。第二，在室温、紫外光照射下即可进行甲醛气体检测，避免了高温的限制，使得操作安全系数变高。第三，ito导电玻璃上的zno纳米涂层会加快检测过程
响应时间和恢复时间，并且检测的稳定性较好。
附图说明
11.图1为甲醛气体传感器的立体图。
12.图2为甲醛气体传感器的俯视图。
13.图3为甲醛气体传感器的剖视图。
14.图4为ito导电玻璃的结构示意图。
具体实施方式
15.如图1至图4所示，一种甲醛气体传感器，在空心的外壳体2顶部设有网罩1，外壳体2的底部具有开口，开口处设有端盖10，在外壳体2内通过支撑结构连接元件卡座12，元件卡座12上设有ito导电玻璃7，ito导电玻璃7上有梳状电极14和涂层15，在ito导电玻璃7的对角线上分别设有上充电柱16和下充电柱17；在ito导电玻璃7的正下方设有紫外灯8，四根导线分别穿过端盖10分别与上充电柱16、下充电柱17、紫外灯8的电源输入端和紫外灯8的电源输出端连接。
16.所述的支撑结构包括，在外壳体2内设有内壳体11，内壳体11的中部设有定位凹槽，元件卡座12位于定位凹槽内；紫外灯8位于在端盖10的上表面，紫外灯8的两侧分别设有支撑杆13，支撑杆13的底部与端盖10的上表面连接，支撑杆13的顶部支撑在元件卡座12的下表面。
17.所述的端盖10设有四根导线柱5，四根导线柱5的上方分别连接上充电柱16、下充电柱17、紫外灯8的电源输入端和紫外灯8的电源输出端，导线柱5的下端连接电源。
18.所述的ito导电玻璃7上的梳状电极14是由几条氧化铟锡组成；涂层15是在梳状电极14上浸涂zno纳米材料。
19.连接在上充电柱16和下充电柱17的两条导线与连接在紫外灯8的两条导线形成了并联电路，保证两条电路并联工作。
20.甲醛气体传感器工作时，紫外灯8照射时，气体传感器的稳态电阻下降。这是因为纳米结构中载流子密度的增强和表面耗尽层厚度的减少。紫外光照射下会产生电子-空穴对，空穴会迁移到表面并释放被吸附的氧负离子。这导致耗尽层的厚度减少，导致表面氧的
21.解吸。随着时间的推移，未成对的电子不断累积，直到氧的解吸和吸附达到平衡状态。当甲醛气体进入到传感器内，通过热力学扩散效应，甲醛分子会扩散并吸附在纳米材料的表面，与表面的氧负离子发生氧化还原反应hcho+o-→
co2+h2o+e-，在生成二氧化碳和水的同时，氧负离子会释放所捕获的电子，并将释放的电子重新注入到半导体的体相，由于体相内自由载流子浓度升高，从而导致其电导增加。当在ito导电玻璃两端外加一个电场时，就可以检测到电路中电流的变化。在空气氛围下的zno纳米材料经过紫外光激发后会产生一个光电流，经过一定的响应时间光电流达到稳定值。而在甲醛氛围下纳米材料受光激发后达到的稳定光电流相比于空气氛围下更高。所以通过电流的变化值来定量计算甲醛气体浓度。
22.进一步地，涂层也可以为贵金属修饰的zno纳米材料。例如：单质ag修饰的zno纳米材料。ag作为电子受体，可以有效的捕获zno导带中的电子促进其光生电荷的分离，提高其
分离效率。
23.进一步地，涂层也可以为金属离子掺杂的zno纳米材料。例如：al离子掺杂的zno纳米材料。al
3+
离子半径小于zn
2+
离子半径，可以轻易取代zno晶格中的离子zn
2+
。由于al
3+
离子引入了杂质能级，使得样品的响应和恢复时间很快，几乎是瞬间进行的。


技术特征：
1.一种甲醛气体传感器，其特征在于：在空心的外壳体（2）顶部设有网罩（1），外壳体（2）的底部具有开口，开口处设有端盖（10），在外壳体（2）内通过支撑结构连接元件卡座（12），元件卡座（12）上设有ito导电玻璃（7），ito导电玻璃（7）上有梳状电极（14）和涂层（15），在ito导电玻璃（7）的对角线上分别设有上充电柱（16）和下充电柱（17）；在ito导电玻璃（7）的正下方设有紫外灯（8），四根导线分别穿过端盖（10）分别与上充电柱（16）、下充电柱（17）、紫外灯（8）的电源输入端和紫外灯（8）的电源输出端连接。2.如权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于：所述的支撑结构包括，在外壳体（2）内设有内壳体（11），内壳体（11）的中部设有定位凹槽，元件卡座（12）位于定位凹槽内；在端盖（10）的上表面通过固定柱（9）连接紫外灯（8），紫外灯（8）的两侧分别设有支撑杆（13），支撑杆（13）的底部与端盖（10）的上表面连接，支撑杆（13）的顶部支撑在元件卡座（12）的下表面。3.如权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于：所述的端盖（10）设有四根导线柱（5），四根导线柱（5）的上方分别连接上充电柱（16）、下充电柱（17）、紫外灯（8）的电源输入端和紫外灯（8）的电源输出端，导线柱（5）的下端连接电源。4.如权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于：所述的ito导电玻璃（7）上的梳状电极（14）是由几条氧化铟锡组成；涂层（15）是在梳状电极（14）上浸涂zno纳米材料。5.如权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于：连接在上充电柱（16）和下充电柱（17）的两条导线与连接在紫外灯（8）的两条导线形成了并联电路。

技术总结
本实用新型涉及一种甲醛气体传感器，在空心的外壳体顶部设有网罩，外壳体的底部具有开口，开口处设有端盖，在外壳体内通过支撑结构连接元件卡座，元件卡座上设有ITO导电玻璃，ITO导电玻璃上有梳状电极和涂层，在ITO导电玻璃的对角线上分别设有上充电柱和下充电柱；在ITO导电玻璃的正下方设有紫外灯，四根导线分别穿过端盖分别与上充电柱、下充电柱、紫外灯的电源输入端和紫外灯的电源输出端连接。该甲醛气体传感器采用ITO导电玻璃上设置的梳状电极和纳米涂层来吸附甲醛气体，从而检测甲醛的浓度，其测量下限低，反应速度快。反应速度快。反应速度快。


技术研发人员：李硕 杨依依 宋溪明 张宇
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/8/30