[发明专利]一种多气体传感器

说明书

本发明公开了一种多气体传感器及其制备方法，包括感测电极层、固体电解质层、内参比电极层和密封层。感测电极层至少包括两个间隔设置排列成行的感测电极，内参比电极层至少分布设置一个内参比电极，感测电极与内参比电极被所述固体电解质层隔离，分布于固体电解质层的对侧，所述内参比电极为复合电极，相互之间协同配伍，不仅将电极的反应场所从二维平面扩展至内参比电极整个三维空间，大大提高了响应效率，而且将高熔点氧化物分散在整个内参比电极内，抑制金属颗粒的长大，并且该复合电极产生的平衡氧浓度很低，提高了其灵敏度和准确度。本发明的传感器结构简单，体积小，进一步提高响应速度，降低运行能耗，扩展其应用范围。

技术领域

本发明属于气体检测传感器的技术领域，具体涉及一种多气体传感器及其制备方法。

背景技术

气体传感器是燃烧控制、环境质量监测、人身和职业安全防护、工业自动化实现节能环保控制的核心器件，在医疗、家用电子、环保、石化、机动车和工业设备中都有广泛的应用。例如氧传感器通过对机动车发动机空气和燃料比例的控制，使空燃比保持在最佳配比点附近的狭窄区域内，可实现燃料的高效率利用和污染物的最低排放。随着各国排放标准日趋严格，以及燃料化学组分的多样性，越来越多的气体传感器，如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)和二氧化碳(CO₂)等传感器被应用于燃烧和排放的自动控制解决方案以及大气质量监测。

通常，基于化学光谱、质谱、激光等原理的气体传感器由于成本高昂、使用维护困难等原因并不能被大量应用于工业过程中的自动检测控制。以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质的电化学气体传感器具有很好的抗热震性和化学稳定性，且成本低，是市场主流产品。氧化锆氧传感器是气体传感器的主要产品，其主要元件由参比电极、感测电极以及参比电极与感测电极间的电解质构成。但目前，市场上的氧传感器参比电极侧需用已知氧浓度的空气作为参比气体，因此传感器设计中需构造空气引入通道，造成传感器设计结构复杂，体积笨拙，导致传感器应用范围有限。并且，目前有关于同时检测多气体的传感器还未有报道。

氧离子导体材料为电解质的内参比气体传感器是以内参比电极中金属/金属氧化物 (M/MO)产生的平衡氧分压作为参比氧分压的一类传感器，其工作原理符合能斯特方程。根据吉布斯相律，共存的二元金属及其氧化物M/MO在一定的温度下可以提供一个确定的平衡氧浓度，该平衡氧浓度只与温度相关，因此只要温度恒定，由M/MO二元混合物产生的平衡氧浓度就能通过热力学计算确定。用由该二元混合物(M/MO)构成的内参比电极代替空气参比电极有利于进一步紧凑传感器的结构，具有广泛的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多气体传感器及其制备方法，解决现有传感器设计结构复杂、体积笨拙及其不能同时对多气体进行检测的问题，导致气体传感器应用范围受限。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多气体传感器，包括感测电极层、固体电解质层、内参比电极层和密封层；

所述感测电极层至少包括两个间隔设置排列成行的感测电极，所述各个感测电极对应设置有感测电极集流层和感测电极导线引脚，所述感测电极导线引脚的一端通过引线与对应位置上的感测电极集流层连接，另一端通过引线向所述传感器外延伸形成引出端，所述感测电极集流层用于收集感测电极产生的电信号；

所述固体电解质层至少包括一层电解质，所述感测电极与所述内参比电极被所述固体电解质层隔离，分布于所述固体电解质层的对侧；

所述内参比电极层至少分布设置一个内参比电极，所述各个内参比电极对应设置有内参比电极集流层和内参比电极导线引脚，所述内参比电极导线引脚一端通过引线与内参比电极集流层连接，另一端通过引线穿过密封层向外延伸形成引出端，所述内参比电极集流层用于收集内参比电极产生的电信号；

所述固体电解质层在所述内参比电极侧的表面上还设置有密封层，使所述内参比电极置于密封层内，用于密封内参比电极并与外界无可察觉的气体交换；所述内参比电极包括二元混合物M/MO；