一种高灵敏度的二氧化氮传感器技术领域
本发明涉及一种传感器，特别涉及一种用于检测二氧化氮浓度的传感器。
背景技术
二氧化氮是一种对环境和人体健康影响很大的一种有毒有害气体，及时准确测定
空气中的二氧化氮浓度对检测和环保有着重大意义。目前，CuPc（酞菁铜）被广泛应用在二
氧化氮气体传感器中，其具有高灵敏度和高选择性，但是其电阻很高，工作电流很小，导致
后续的传感器电路设计非常困难。同时，由于其电阻高，大气中的水气对传感器的影响较
大，为此，人们经过大量的研究，通过掺杂的方法，使得电阻降低，但是掺杂的同时，又使得
传感器的敏感性降低和响应时间增长，这是一对相互影响的矛盾体，目前，没有更好的解决
手段。
现有技术中，还有一种基于喷砂加工多孔YSZ基板的混成电位型NO2传感器及制备
方法，该传感器依次由带有Pt加热电极的Al2O3陶瓷板、YSZ基板、参考电极和敏感电极组成；
YSZ基板具有粗糙多孔表面，参考电极为条状Pt，敏感电极为条状NiO，两电极彼此分立且对
称地制备在YSZ基板的粗糙表面上，YSZ基板的下表面与Al2O3陶瓷板粘结在一起。本发明利
用喷砂加工的YSZ基板为电解质，其表面的粗糙多孔结构提高待测气体与电解质的接触，增
加反应活性位点，达到提高传感器灵敏度的目的。其不足之处在于：YSZ基板的制造困难，成
本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高灵敏度的二氧化氮传感器，使具有制造成本低，测试
灵敏且选择性好。
本发明的目的是这样实现的：一种高灵敏度的二氧化氮传感器，包括圆柱形的陶
瓷管，陶瓷管两端中心插装有陶瓷端帽，陶瓷管内设有螺旋电热丝，螺旋电热丝的两端经导
线从陶瓷端帽的中心孔引出，陶瓷管一端的端面上设有Au参考电极，陶瓷管另一端的端面
上设有Au工作电极，Au工作电极外覆盖有TiO敏感电极，参考电极及敏感电极上分别引出有
Pt引线，在陶瓷管外周设有纳米铟锡氧化物制成的喷涂烧结层，在喷涂烧结层外设有若干
金线，金线连接在工作电极和参考电极之间。
该装置通过工作电极、参考电极和金线形成阵列电极，形成稳定场，减少孤立电子
对边界测量值得影响，可保证其准确性，铟锡在氧化物、敏感电极和气体三相界面处形成原
电池反应，
NO2→NO+1/2O2
NO2+2e-→NO+O2-
2O2-→O2+4e-
不同浓度NO2所对应的反应速度不同，从而反应会在参考电极和敏感电极之间产生不
同的电势差，通过检测电势差，可以获得NO2浓度，达到准确检测的目的。该装置工作于280
℃时，对于NO2浓度低于200ppm的，原电池反应速度最快，检测也最灵敏准确；浓度超过
200ppm的，则趋于饱和。该装置对水、汽油、一氧化碳等气体不敏感，可用于气体环境中NO2
浓度的检测。该传感器制造方便，检测灵敏，使用可靠。
作为本发明的进一步改进在于，所述金线等距螺旋分布在喷涂烧结层外。
其进一步改进在于所述纳米铟锡氧化物中，SnO2:In2O3的摩尔比为1:（6~8）。
为进一步提供稳定场，避免干扰，所述工作电极和参考电极对应的Pt引线分别向
四个方向引出，工作电极对应的Pt引线引出后的端头相互连接在一起，参考电极对应的Pt
引线引出后的端头也相互连接在一起。
进一步保证三相界面处的原电池反应顺利进行，所述TiO敏感电极与喷涂烧结层
相连。
在纳米铟锡氧化物采用溶胶凝胶技术进行制备时，将硝酸铟溶液和四氯化锡溶液
与浓硝酸混溶加热，成为凝胶后喷涂在陶瓷管外周，再在600~650℃下烧结1~2小时，成为
SnO2和In2O3，获得喷涂烧结层。
金线采用金浆印制在喷涂烧结层外再于600~650℃烧结2-3小时获得。
本发明中，金线宽度为25~30μm，参考电极厚度为80~120μm，工作电极厚度为50~60
μm，喷涂烧结层厚度为40~60μm，TiO敏感电极的厚度为100~150μm。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图。
图2为本发明的外部结构示意图。
图3为本发明的传感器的电势差与NO2浓度的测试图。
其中，1电热丝，2陶瓷端帽，3参考电极，4陶瓷管，5喷涂烧结层，6工作电极，7Pt引
线，8敏感电极，9空腔，10金线。
具体实施方式
如图1和2所示，为一种高灵敏度的二氧化氮传感器，包括圆柱形的陶瓷管4，陶瓷
管长度12mm，外径8mm；陶瓷管4两端中心插装有陶瓷端帽2，陶瓷管4内的空腔9中设有螺旋
电热丝1，螺旋电热丝1的两端经导线从陶瓷端帽2的中心孔引出，陶瓷管4一端的端面上设
有Au参考电极3，陶瓷管4另一端的端面上设有Au工作电极6，Au工作电极6外覆盖有TiO敏感
电极8，参考电极3及敏感电极8上分别引出有Pt引线7，在陶瓷管4外周设有纳米铟锡氧化物
制成的喷涂烧结层5，在喷涂烧结层5外设有若干金线10，金线10连接在工作电极6和参考电
极3之间，金线10等距螺旋分布在喷涂烧结层5外。金线10宽度为25~30μm，参考电极3厚度为
80~120μm，工作电极6厚度为50~60μm，喷涂烧结层5厚度为40~60μm，TiO敏感电极8的厚度为
100~150μm。
纳米铟锡氧化物中，SnO2:In2O3的摩尔比为1:（6~8）。工作电极6和参考电极3对应
的Pt引线7分别向四个方向引出，工作电极6对应的Pt引线7引出后的端头相互连接在一起，
参考电极3对应的Pt引线7引出后的端头也相互连接在一起。TiO敏感电极8与喷涂烧结层5
相连。
制造时，纳米铟锡氧化物采用溶胶凝胶技术进行制备，将硝酸铟溶液和四氯化锡
溶液与浓硝酸混溶加热，成为凝胶后喷涂在陶瓷管外周，再在600~650℃下烧结1~2小时获
得。金线采用金浆印制在喷涂烧结层外再于600~650℃烧结2-3小时获得。
获得的传感器经测试，如图3所示，具有良好的检测效果，能够准确测量NO2浓度，
图线光滑，无畸变，说明测量准确性好。NO2浓度超过200ppm的，则趋于饱和。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技
术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一
些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。