一种NO检测装置及方法

    专利查询2025-03-28  2


    本发明涉及电化学传感器,尤其是涉及一种no检测装置及方法。


    背景技术:

    1、汽车尾气是汽车运行过程中产生的废气,包括一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)、挥发性有机化合物(vocs)、颗粒物(pm)、臭氧(o3)等多种有害物质,这些污染物对人体健康和环境都有很大的危害。例如,nox会刺激呼吸道,导致气道炎症,增加哮喘发作的风险;同时,nox和vocs是形成地面层臭氧的主要前体,nox还与酸雨的形成有关,对于植物生长和生态系统都具有负面影响。颗粒物(pm)是微小的固体和液体颗粒,pm和nox等物质能够促进动脉粥样硬化和心血管疾病的发展,增加心脏病和中风的风险。因此加强尾气处理对于减少空气污染、保护人体健康具有重要意义。

    2、目前许多国家和地区设定了汽车尾气的排放标准,需要配合精确的尾气检测技术才能达到有效的监管。常见的尾气检测方法有光谱法、质谱法、激光测量法、气体传感器检测法等,其中光谱法、质谱法和激光测量法存在费用昂贵,检测过程繁琐等问题,因此气体传感器以其成本较低的优势逐渐成为研究的热点,电化学传感器便是其中的一种。电化学传感器具有高稳定性、高灵敏度、低检测限、响应快速和应用范围广的特点,非常适用于汽车尾气中各种气体的检测。但它也存在一定的缺陷,例如某些电化学传感器可能对其他干扰气体产生交叉响应。以no为例,目前对no响应性能较好的传感器对其他vocs也有响应,汽车尾气中由于汽油不完全燃烧产生的烷烃、苯类化合物、醛类化合物等vocs虽然含量相比no较少,但也会干扰对no的测定。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是为了提供一种no检测装置及方法,对no具有高选择性。

    2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种no检测装置,包括沿待测气体流动方向依次设置的等离子体发生器和no传感器,等离子体发生器与no传感器通过管道连通。

    3、优选地,所述等离子体发生器与no传感器通过石英管连通,待测气体在石英管内依次流经等离子体发生器和no传感器。

    4、进一步优选地,所述石英管包括连通的等离子体发生器端石英管和no传感器端石英管。

    5、更进一步优选地,所述等离子体发生器的输出导线的正负极分别固定在等离子体发生器端石英管的内外部。

    6、更进一步优选地,所述no传感器设置在no传感器端石英管内部。

    7、更进一步优选地,所述等离子体发生器端石英管一端与no传感器端石英管通过橡胶管连接,另一端与气体管路通过橡胶管连接,并缠绕封口膜保证管路的气密性。

    8、更进一步优选地,所述no传感器端石英管一端与等离子体发生器端石英管通过橡胶管连接,另一端设有橡胶塞。

    9、优选地,所述no传感器的输出信号线经过陶瓷管伸出no传感器端石英管,陶瓷管穿设于橡胶塞中心。

    10、优选地,所述等离子体发生器包括驱动器、与驱动器连接的输入导线和输出导线。

    11、进一步优选地,所述输入导线连接直流电源。

    12、进一步优选地,所述输出导线与管道连接。

    13、进一步优选地,所述驱动器中包括电流型推挽逆变器。驱动器中的电流型推挽逆变器可以将输入的直流电转化为高压交流电输出,形成电晕放电,电离待测气体。

    14、优选地,所述no传感器包括加热片、ysz固体电解质层、参比电极和敏感电极;

    15、所述ysz固体电解质层下表面贴合加热片,上表面间隔设置有参比电极和敏感电极,所述敏感电极的材料为氧化镍。

    16、进一步优选地,所述ysz固体电解质层上间隔设置有一个参比电极和一个敏感电极。

    17、进一步优选地,所述加热片的材料为氧化铝,参比电极的材料为二氧化锰。

    18、进一步优选地,所述ysz固体电解质层和加热片均为长方体形状,且ysz固体电解质层的长宽和加热片的长宽相等,参比电极和敏感电极分别为大小尺寸相同的长方体形状,参比电极上设置有参比电极引线,敏感电极上设置有敏感电极引线。

    19、更进一步优选地,所述ysz固体电解质层和加热片的长度范围为1.3cm~1.7cm,宽度范围为2cm~3cm,ysz固体电解质层的厚度范围为0.5cm~1cm,加热片的厚度范围为1.1mm~1.5mm。

    20、更进一步优选地,所述参比电极和敏感电极的长度范围为4mm~6mm,宽度范围为4mm~6mm,厚度范围为14um~16um。

    21、优选地,所述no传感器的制备方法,包括以下步骤:

    22、s1:采用丝网印刷将含有二氧化锰的浆料印制在ysz固体电解质层上端面,干燥后烧结形成参比电极;

    23、s2:采用丝网印刷将含有氧化镍的浆料印制在ysz固体电解质层上端面,干燥形成敏感电极;

    24、s3:在参比电极、敏感电极的表面分别点涂pt浆,然后经由pt浆分别引出参比电极引线和敏感电极引线,干燥后烧结成型;

    25、s4:将加热片放置在ysz固体电解质层下方,将加热片和ysz固体电解质层采用耐高温胶粘剂粘贴一起,传感器制备完成。

    26、进一步优选地,步骤s1所述含有二氧化锰的浆料的制备方法为:将二氧化锰粉末与松油醇浆料放入玛瑙研钵中混合并研磨均匀,得到含有二氧化锰的浆料,所述的松油醇浆料由松油醇和乙基纤维素混合配制成。

    27、进一步优选地,步骤s2所述含有氧化镍的浆料的制备方法为:将氧化镍与松油醇浆料放入玛瑙研钵中混合并研磨均匀,得到含有氧化镍的浆料,所述的松油醇浆料由松油醇和乙基纤维素混合配制成。

    28、进一步优选地,步骤s2干燥后烧结成型敏感电极。

    29、更进一步优选地,步骤s2烧结成型过程中,烧结温度为1100~1300℃,优选为1150~1250℃,更优选为1200℃。

    30、一种上述no传感器(电化学传感器)的应用,将所述传感器用于混合气体中no气体的检测。

    31、一种no检测方法,使用上述装置进行,包括以下步骤:

    32、s1:将待测气体通过等离子体发生器电离,选择性地将vocs电离但不电离no;

    33、s2:电离后的气体到达no传感器发生氧化还原反应,进行no检测。

    34、优选地,所述待测气体为汽车尾气。

    35、优选地,所述待测气体中含有no和vocs。

    36、进一步优选地,所述vocs包括烷烃、苯类化合物、醛类化合物。

    37、更进一步优选地,所述vocs包括丙酮、乙苯、正壬烷、苯酚。

    38、优选地,所述待测气体中no、丙酮、乙苯、正壬烷、苯酚气体浓度范围为10~100ppm、0.5~2ppm、1~10ppm、1~8ppm、0.1~0.6ppm。

    39、优选地,所述no传感器的工作电压为6~10v,等离子体发生器的工作电压为6~10v。

    40、进一步优选地,所述no传感器的工作电压为6~9v,等离子体发生器的工作电压为6~9v。

    41、更进一步优选地,所述no传感器的工作电压为8~9v,优选为9v,等离子体发生器的工作电压为8~9v,优选为9v。

    42、目前基于钇稳定氧化锆(yttria stablilzed zirconia,简称ysz或锆基)电解质的气体传感器由于可适用于极端环境(高温、高湿)以及其相对较高的选择性和低成本而广受关注,其中以配备氧化物敏感电极的锆基气敏传感器研究最为广泛。但是,当前该类锆基传感器对含vocs的混合气体中no的高选择性检测尚未有报道,本发明首次提出了一种对no有高选择性响应的检测装置。

    43、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

    44、1.本发明通过等离子体发生器电离混合气体中除no以外的vocs,而对no不产生影响,可实现对混合气体中no的高选择性检测;

    45、2.本发明提供了一种便携式的电化学传感器的制备方法和一种去除vocs气体的等离子体发生器,可实现对混合气体中no的高选择性检测;

    46、3.本发明通过调节等离子体发生器的电压,可以选择性地将vocs电离但不电离no,电离后的气体到达电化学传感器发生氧化还原反应,传感器对vocs的响应信号大幅衰减,而对no的响应信号衰减较小,从而提高了对no气体的选择性;

    47、4.本发明利用ysz作为离子导电层,利用具有高电化学催化活性的氧化镍材料为敏感电极,通过不同烧结温度(1150℃~1250℃)来改变敏感电极层的微观形貌,获得具有不同孔道结构的敏感电极层,优化敏感电极的微观结构,利于待测气体快速到达三相界面参与电化学反应,从而提高传感器对no气体的灵敏度;

    48、5.不同温度烧结的氧化镍微观形貌不同,对no气体及其他干扰气体的响应也不同,本发明对含有氧化镍的浆料1200℃高温烧结之后,氧化镍的结构有利于no气体的快速扩散,为no气体提供了更多的反应位点,因此对no气体的响应尤其突出,具有明显选择性;

    49、6.本发明提供了一种基于ysz传感器和等离子体发生器的no高选择性检测装置,对no具有高选择性,且廉价便携;

    50、7.本发明传感器结构简单,操作简单,廉价便携。


    技术特征:

    1.一种no检测装置,其特征在于,包括沿待测气体流动方向依次设置的等离子体发生器(1)和no传感器(2),等离子体发生器(1)与no传感器(2)通过管道连通。

    2.根据权利要求1所述的no检测装置,其特征在于,所述等离子体发生器(1)与no传感器(2)通过石英管连通,待测气体在石英管内依次流经等离子体发生器(1)和no传感器(2)。

    3.根据权利要求2所述的no检测装置,其特征在于,所述石英管包括连通的等离子体发生器端石英管(3)和no传感器端石英管(4);

    4.根据权利要求3所述的no检测装置,其特征在于,所述等离子体发生器端石英管(3)一端与no传感器端石英管(4)通过橡胶管连接,另一端与气体管路通过橡胶管连接,并缠绕封口膜保证管路的气密性。

    5.根据权利要求3所述的no检测装置,其特征在于,所述no传感器端石英管(4)一端与等离子体发生器端石英管(3)通过橡胶管连接,另一端设有橡胶塞(5)。

    6.根据权利要求5所述的no检测装置,其特征在于,所述no传感器(2)的输出信号线经过陶瓷管(6)伸出no传感器端石英管(4),陶瓷管(6)穿设于橡胶塞(5)中心。

    7.根据权利要求1所述的no检测装置,其特征在于,所述等离子体发生器(1)包括驱动器(11)、与驱动器(11)连接的输入导线(12)和输出导线(13);

    8.根据权利要求1所述的no检测装置,其特征在于,所述no传感器(2)包括加热片(21)、ysz固体电解质层(22)、参比电极(23)和敏感电极(24);

    9.根据权利要求8所述的no检测装置,其特征在于,所述加热片(21)的材料为氧化铝,参比电极(23)的材料为二氧化锰;

    10.一种no检测方法,其特征在于,使用权利要求1~9任一项所述装置进行,包括以下步骤:


    技术总结
    本发明涉及一种NO检测装置及方法,检测装置包括沿待测气体流动方向依次设置的等离子体发生器(1)和NO传感器(2),等离子体发生器(1)与NO传感器(2)通过管道连通;检测方法包括将待测气体通过等离子体发生器(1)电离,选择性地将VOCs电离但不电离NO;电离后的气体到达NO传感器(2)发生氧化还原反应,进行NO检测。与现有技术相比,本发明通过等离子体发生器电离混合气体中除NO以外的VOCs,而对NO不产生影响,可实现对混合气体中NO的高选择性检测。

    技术研发人员:金涵,闫禹霏,林靖人,王颖,饶怡,余春江
    受保护的技术使用者:上海交通大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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