用于实时监测醇基燃料尾气中CO、NO2含量的气敏传感器及检测方法技术

本发明专利技术涉及一种用于实时监测醇基燃料尾气中CO、NO2含量的气敏传感器及检测方法。气敏传感器包括一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层；其中，一氧化碳传感器涂层的原料组分包括SnO2、In2O3和Ag2O掺杂的BaTiO3；二氧化氮传感器涂层的原料组分包括WO3、Pt和Ru掺杂的SnO2。本发明专利技术的气敏传感器在同一支陶瓷管表面两端分别负载CO和NO2涂层，能够实现对醇基燃料燃烧过程中CO和NO2两种尾气的实时监测；具有检测灵敏度高，选择性好的优点，可有效应用于不同比例混合的标准气体检测，且CO与NO2相互无干扰；CO浓度的检测范围1.0～300ppm，NO2浓度的检测范围2.0～100ppm。 1

Gas sensor and its detection method for real-time monitoring the content of CO and NO2 in alcohol based tail gas

The invention relates to a gas sensor and a detection method for real-time monitoring the content of CO and NO2 in alcohol based tail gas. The gas sensor includes a carbon monoxide sensor coating and a nitrogen dioxide sensor coating, in which the components of the carbon monoxide sensor coating include SnO2, In2O3 and Ag2O doped BaTiO3, and the component components of the nitrogen dioxide sensor coating include WO3, Pt and Ru doped SnO2. The gas sensor of the invention can load CO and NO2 coatings on the two ends of the same ceramic tube, and can realize real-time monitoring of two kinds of tail gas of CO and NO2 in the combustion process of alcohol based fuel. It has the advantages of high detection sensitivity and good selectivity, and can be used for standard gas detection with different proportions of mixing, and CO and NO2 are reciprocal. No interference; the detection range of CO concentration ranged from 1 to 300ppm, and the detection range of NO2 concentration ranged from 2 to 100ppm. One

【技术实现步骤摘要】
用于实时监测醇基燃料尾气中CO、NO2含量的气敏传感器及检测方法
本专利技术涉及环境监测
，具体涉及用于实时监测醇基燃料尾气含量的气敏传感器及检测方法。
技术介绍
醇基燃料是与液化石油气相似的，一种可替代液化石油气作为民用燃料，具有来源丰富、环保、生产易得且热效率高等优势。但是由于配方及工艺问题，在实际应用当中经常伴随着燃烧不充分产生一氧化碳和二氧化氮等有毒有害气体，检测燃烧产物中一氧化碳及二氧化氮可以对醇基燃料燃烧情况进行有效监控，从而从根源上改进原料配方及燃烧工艺。现有醇基燃料燃烧尾气监测主要依靠将气体抽取到外部进行检测，无法直接在醇基燃料燃烧过程中进行实时监测，传统方法在气体转移的过程中受环境以及实验设备和实验操作人员的实验方法的影响，因尾气温度较高，与环境中气体发生反应，导致检测结果有一定偏差。因此研制醇基燃料锅炉系统捆绑式在线尾气检测仪十分必要，在线尾气检测仪最重要的部分为气敏传感器。气敏传感器是传感器系统中一个非常重要的分支，通过气敏元件感测到周围的环境中一种或者多种的目标气体的浓度以及种类，这些目标气体的浓度和种类会使气敏元件中的电阻阻值发生一定的变化，这种变化就是传感器中电信号的变化，通过电信号进行数字模拟转化可以达到对目标气体的监控、检测、分析和报警的功能。目前现有技术都是针对单一性气体检测的气敏传感器，气敏元件为单一涂层，缺少针对多种气体集成化的气敏传感器，但是实际状态下醇基燃料的燃烧尾气不是单一组分，而是含有多种成分，经检测其主要成分为一氧化碳和二氧化氮。基于此，针对实际状态下醇基燃料的多组分污染物，研制一种新型的能够实时监测醇基燃料燃烧尾气中多种气体的集成化气敏传感器十分必要。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术旨在提供一种用于实时监测醇基燃料尾气中CO、NO2含量的气敏传感器及检测方法。本专利技术提供的气敏传感器不仅能够实现对醇基燃料燃烧过程中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO2)两种尾气的实时监测；而且具有检测灵敏度高，选择性好的优点，可有效应用于不同比例混合的标准气体检测，且CO与NO2相互无干扰；其中，CO浓度的检测范围为1.0～300ppm，NO2浓度的检测范围2.0～100ppm。为此，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种气敏传感器，气敏传感器为同一支陶瓷管两端表面分别负载不同涂层，包括一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层；其中，一氧化碳传感器涂层的原料组分包括SnO2、In2O3和Ag2O掺杂的BaTiO3；二氧化氮传感器涂层的原料组分包括WO3、Pt和Ru掺杂的SnO2。优选地，一氧化碳传感器涂层的原料组分包括的制备方法，其特征在于：所述CO气敏涂层的原料组分包括质量比依次为1:10:2:2的BaTiO3、SnO2、In2O3和Ag2O；二氧化氮传感器涂层的原料组分包括质量比依次为8:2:1.3:1的SnO2、WO3、Pt和Ru。优选地，本专利技术的SnO2优选纳米SnO2，且制备方法优选包括以下步骤：准确称取5.0gSnCl4于玛瑙研钵中研磨20min至无颗粒状固体，转移至50.0mL烧杯，逐滴加入50.0mL2.0mol/L氨水并搅拌，待形成溶胶后继续滴加氨水至溶胶与氨水明显分层，调节pH＝2时停止滴加，静置10min后过滤，收集滤渣并干燥；烘干后研磨至粉末，转移至马弗炉烧结2h，目标温度500℃，升温速率为5℃/min，烧结后得到白色SnO2粉末。本专利技术的WO3优选纳米WO3，且制备方法优选包括以下步骤：准确称取5.0g二水合钨酸钠于玛瑙研钵中研磨20min至无颗粒状固体，转移至50.0mL烧杯，加入10.0mL蒸馏水，再加入1.0g柠檬酸溶解；逐滴加入50.0mL2.0mol/L的HCl溶液，待形成溶胶后继续滴加HCl溶液至溶胶与HCl溶液明显分层，然后逐滴加入50.0mL2.0mol/L氨水并搅拌，调节pH＝2时停止滴加，静置10min后过滤，收集滤渣并干燥；烘干后研磨至粉末，转移至马弗炉烧结2h，目标温度500℃，升温速率为5℃/min，烧结后得到淡黄色WO3粉末。第二方面，本专利技术提供的气敏传感器在实时监测尾气含量中的应用；其中，尾气优选醇基燃料燃烧过程中产生的尾气，且尾气包括一氧化碳和/或二氧化氮气体。优选地，检测方法包括以下步骤：S101：将一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层分别烧结在同一支陶瓷管表面的两端，即陶瓷管表面的一端烧结一氧化碳传感器涂层，另一端烧结二氧化氮传感器涂层，最终得到气敏传感器；S102：将气敏传感器、显示模块和复位电路均与单片机信号连接，得到气体检测仪；S103：将醇基燃料燃烧过程中产生的尾气注入气体检测仪，得到各尾气含量。优选地，S101中，烧结的条件具体为：升温速率为5℃/min，烧结温度为400℃～500℃，烧结时间为2h。优选地，气敏传感器针对一氧化碳浓度的检测范围为1.0～300ppm，针对二氧化氮浓度的检测范围2.0～100ppm。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)申请人经过大量实验发现：本专利技术提供的气敏传感器不仅能够实现对醇基燃料燃烧过程中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO2)两种尾气的实时监测；而且具有检测灵敏度高，选择性好的优点，可有效应用于不同比例混合的标准气体检测，且CO与NO2相互无干扰；其中，CO浓度的检测范围为1.0～300ppm，NO2浓度的检测范围2.0～100ppm。(2)本专利技术的气敏传感器气敏涂层具有高可靠性及实用性，其检测结果与气相色谱测定结果吻合；此外，其还具有优异的稳定性和使用寿命。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例中的气敏传感器结构示意图；图2为本专利技术实施例中的气体检测仪的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的气体检测仪用于检测CO的标准曲线图；图4为本专利技术实施例中的气体检测仪用于检测NO2的标准曲线图；图5为本专利技术实施例中的气体检测仪用于检测混合气体的标准曲线图；图6为本专利技术实施例中的气体检测仪稳定性分析结果图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本专利技术的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种气敏传感器，气敏传感器为同一支陶瓷管两端表面分别负载不同涂层，包括一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层；其中，一氧化碳传感器涂层的原料组分包括SnO2、In2O3和Ag2O掺杂的BaTiO3；二氧化氮传感器涂层的原料组分包括WO3、Pt和Ru掺杂的SnO2。在本专利技术的进一步实施方式中，一氧化碳传感器涂层的原料组分包括质量比依次为1:10:2:2的BaTiO3、SnO2、In2O3和Ag2O；二氧化氮传感器涂层的原料组分包括质量比依次为8:2:1.3:1的SnO2、WO3、Pt和Ru。另外，对于本专利技术提供的气敏传感器，将其用于醇基燃料燃烧过程中尾气含量的实时监测，检测方法具体包括以下步骤：S101：将一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层分别烧结在同一支陶瓷管表面的两端，得到气敏传感器。其中，烧结的条件具体为：升温速率为5℃/min，烧结温度为400℃～500℃，烧结时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气敏传感器，其特征在于：

【技术特征摘要】
1.一种气敏传感器，其特征在于：所述气敏传感器为在同一支陶瓷管两端表面分别负载不同涂层，包括一氧化碳传感器涂层和二氧化氮传感器涂层；其中，所述一氧化碳传感器涂层的原料组分包括SnO2、In2O3和Ag2O掺杂的BaTiO3；所述二氧化氮传感器涂层的原料组分包括WO3、Pt和Ru掺杂的SnO2。2.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于：所述一氧化碳传感器涂层的原料组分包括质量比依次为1:10:2:2的BaTiO3、SnO2、In2O3和Ag2O；所述二氧化氮传感器涂层的原料组分包括质量比依次为8:2:1.3:1的SnO2、WO3、Pt和Ru。3.根据权利要求1或2所述的气敏传感器，其特征在于：所述SnO2选用纳米SnO2，所述WO3选用纳米WO3。4.权利要求1～3任一项所述气敏传感器在实时监测尾气含量中的应用。5.根据权利要求4所述的气敏传感器在实时监测尾气含量中的应用，其特征在于：所述尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连明，李建平，陶积勇，卢昌瑞，李力，栾新奇，周东丽，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45