[发明专利]一种高温下湿度监测传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高温下湿度监测传感器，其包括：氧离子导体固体电解质和质子导体固体电解质，其中所述质子导体固体电解质是以CaZr_1‑xM_xO₃为基材，其中M选自In、Ga和Sc至少其中之一，0＜x≤0.05。氧离子导体固体电解质和质子导体固体电解质组合一个腔体，且所述两个固体电解质朝向腔体的一侧面均覆盖多孔铂/银膜电极并进行电性导接，所述两个固体电解质相反于腔体的一侧面均覆盖电极，并分别引出导向以供与电化学工作站电连接。所述腔体还插入一根导管，导管的一端插入腔体，另一端向远离所述腔体的方向延伸，该导管作为扩散屏障与被测气体连通。本发明还涉及所述高温下湿度监测传感器的制备方法和应用。本发明可用于监测600～800℃下混合气体的湿度。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其是一种用于测定氮含量的电化学传感器及其制备方法。

背景技术

在线精确监测湿度是工业生产过程中一项重要的任务。目前国内自主研发的湿度电化学传感器非常少，其主体部分仍然来自国外。欧洲专利EP2275806B1公开了一种湿度传感器，包括第一Ti膜电极和Ti膜第二电极，以及夹设在第一电极和第二电极之间的PSS：H固体电解质、以及设于第二Ti膜电极之外的Si/SiO2的固体电解质。该电化学传感器是依赖夹在两个Ti膜电极之间的厚度约80nm的聚(苯乙烯磺酸)酸)或PSS:H等聚阴离子聚电解质，形成垂直电容器结构或阻抗类型结构，用阻抗谱分析在相对湿度。使用时，将该电化学传感器连接至其他电容器和电感器以形成谐振电路，通过监测谐振频率而读出湿度水平。但该湿度传感器通常是用于常温下的湿度监测，其PSS:H等聚阴离子聚电解质在高温下分解，因而对于几百度等高温下的湿度监测，则无法适用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服上述技术问题，本发明的目的是提供一种高温下湿度监测传感器，用于监测高温下，通常为600～800℃下水蒸气含量的电化学传感器，该电化学传感器结构简单，其电池反应过程较简单，工作性能稳定且准确度高。此外，本发明还涉及一种高温下湿度监测传感器的制备方法和应用。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种高温下湿度监测传感器，其包括：氧离子导体固体电解质和质子导体固体电解质，其中所述质子导体固体电解质是以CaZr_1-xM_xO₃为基材，其中M选自In、Ga和Sc至少其中之一，0＜x≤0.05；

所述氧离子导体固体电解质和所述质子导体固体电解质组合一个腔体，所述氧离子导体固体电解质朝向所述腔体的一面为第一表面，相反于所述腔体的一面为第二表面；

所述质子导体固体电解质朝向所述腔体的一面为第三表面，相反于所述腔体的一面为第四表面；

其中，所述第一表面与第三表面均覆盖有多孔铂/银膜电极且以电性连接；所述第二表面与第四表面均覆盖有外部电极；

所述腔体插入一根导管，所述导管的一端插入所述腔体，另一端向远离所述腔体的方向延伸，该导管作为扩散屏障与被测气体连通。其中，优选地，所述导管为一根毛细管。

优选地，所述氧离子导体固体电解质为Y₂O₃、CaO或MgO掺杂的ZrO₂基固体电解质；或为

Y₂O₃掺杂的ThO₂基固体电解质；或为

Sm₂O₃或Pr₂O₃掺杂的CeO₂基固体电解质。