[发明专利]氮氧化物传感器芯片及氮氧化物总量的检测方法

说明书

本发明公开了一种氮氧化物传感器芯片，其包括从上到下依次叠置的第一基片至第六基片；所述第二基片上设置第一腔室至第五腔室；第一基片的上表面设有主泵外电极，下表面设有第一主泵内电极，第一辅泵内电极和第二检测电极；所述第三基片上表面设有容置在第三腔室内的第二主泵内电极和容置在第四腔室内的第二辅泵内电极，并且还设置有第一检测电极；所述第三基片下表面设有参比电极；第五基片与第六基片之间设有加热电极。本发明通过在第五腔室内设有至少一个检测电极，增加了检测电极的反应面积，第五腔室主要用于分解在第四腔室内未分解完全的氮氧化物的进一步分解，以保证尾气中的氮氧化物分解完全，产生更多的电流信号，增加传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种氮氧化物传感器芯片及氮氧化物总量的检测方法，属于片式氮氧化物传感器技术领域。

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。

以氧化锆为基底的氮氧化物传感器具有可在500-600℃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。

氮氧化物传感器在US2010/0243447 A1中有详细的描述，该传感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，其内部结构包括四个腔室和三个气体扩散通道。其中第三腔室内设置有主泵，第四腔室内设置有辅泵和检测泵，检测泵由检测电极组成，检测电极对氮氧化物的检测主要依靠电极活性材料对NO的催化分解，并将分解出的氧气，泵出腔室，形成极限电流，来获得NO的浓度信号，该信号的大小受检测电极催化活性和催化面积的影响很大。催化活性越高，催化面积越大，NO分解得越完全，极限电流信号越强。但由于检测电极上的电极活性材料对氮氧化物的分解催化活性有限，使得NO在第四腔室内不能完全分解，再加上检测电极的催化面积受腔室面积的影响，使得传感器对氮氧化物的检测灵敏度偏低。

此外，NOX传感器片芯的控制方法也是传感器信号输出强度和准确性的重要影响因素，现在市场上的芯片的控制方法是基于专利US2010/0243447 A1 描述的NOX传感器结构而设定的，主要包括，尾气通过第一和第二腔室，扩散进入第三腔室，第三腔室内的主泵电极将尾气中的大部分氧气泵出，NO₂分解成NO，剩余氧气和NO进入第四腔室，第四腔室内的辅泵电极将剩余氧气继续泵出至很低的程度(10-3ppm)，使NOX气体在检测电极表面分解成N2和O₂，通过测定O₂气体产生的电流强度，测试NOX的浓度。这种控制方法的优点在于可以在线测试NOX的浓度，且相应时间很快，但产生的电流很小。

发明内容

本发明目的是一种具有较高信号强度，高灵敏度和高准确度的适用于尾气中氮氧化物含量检测的氮氧化物传感器芯片，并且，本发明还提供了一种准确的，可显著提高氮氧化物测量灵敏度的氮氧化物总量的检测方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种氮氧化物传感器芯片，其包括从上到下依次叠置的第一基片、第二基片、第三基片、第四基片、第五基片和第六基片；

所述第二基片上设置第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室和第五腔室；

第一基片的上表面设有主泵外电极，下表面设有第一主泵内电极，第一辅泵内电极和第二检测电极；

所述第一腔室与第二腔室间设有第一扩散障碍层，第二腔室与第三腔室间设置第二扩散障碍层，第三腔室与第四腔室间设置第三扩散障碍层，第四腔室与第五腔室间设置第四扩散障碍层；

所述第一主泵内电极容置在第三腔室内，所述第一辅泵内电极和第一检测电极容置在第四腔室内，所述第二检测电极容置在第五腔室内；