一種催化燃燒型一氧化碳傳感器的制造方法
【專利摘要】一種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，其特征是包括第一節(jié)點(diǎn)(1)、第二節(jié)點(diǎn)(2)、第三節(jié)點(diǎn)(3)、第四節(jié)點(diǎn)(4)和第五節(jié)點(diǎn)(5)，第一節(jié)點(diǎn)(1)和第三節(jié)點(diǎn)(3)分別與電源的兩極連接，第四節(jié)點(diǎn)(4)和第五節(jié)點(diǎn)(5)分別連接可變電阻(R3)的2個(gè)固定端，本發(fā)明的目的在于提供一種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，用電阻溫度系數(shù)高的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)代替鉑絲線圈。一般的催化燃燒型傳感器只能檢測(cè)百分濃度的可燃?xì)怏w，而基于CuO-Co3O4的催化燃燒型CO傳感器檢測(cè)限低達(dá)10ppm。
【專利說(shuō)明】一種催化燃燒型一氧化碳傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]CO氣體是一種毒性極強(qiáng)的氣體，⑶濃度達(dá)到292.5mg/m3時(shí)，可使人產(chǎn)生嚴(yán)重的頭痛、頭昏、心悸、惡心等癥狀。因此，在易于接觸CO的環(huán)境里，檢測(cè)環(huán)境中的CO的濃度是非常必要的。眾所周知，Co3O4對(duì)于低溫催化CO具有很好的活性，因此使用Co3O4作為CO傳感器的感應(yīng)材料也受到了科研工作者的重視。利用納米棒狀的Co3O4作為CO傳感器的傳感材料具有高靈敏度和快速響應(yīng)的傳感特性，Co3O4作為半導(dǎo)體型傳感材料來(lái)制得一氧化碳傳感器，最佳的操作溫度為180°C -280°C,比傳統(tǒng)的使用SnO2作為傳感材料制得的一氧化碳傳感器溫度低了 100°C，因此降低了傳感器加熱所需的能耗，并且摻雜0.1% CNT到Co3O4-SnO2的催化劑中，可以實(shí)現(xiàn)室溫下檢測(cè)CO。Co3O4也被用來(lái)制作催化燃燒型的CO傳感器，Co3O4負(fù)載Al2O3催化劑中摻入CuO可以檢測(cè)CO的濃度為500?50000ppm，并且在這個(gè)濃度范圍內(nèi)，與輸出電壓的線性關(guān)系非常好。
[0003]CuO-Co3O4作為CO的催化材料有相關(guān)的報(bào)道，但是結(jié)合負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)檢測(cè)低濃度的CO催化燃燒型傳感器還未見(jiàn)有報(bào)道。
[0004]一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)刺激性的氣體。當(dāng)含碳物質(zhì)不完全燃燒時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生CO，工業(yè)生產(chǎn)中，易接觸CO的場(chǎng)合有:煉焦、煉鐵、鑄造、石油開(kāi)采以及煤礦瓦斯爆炸事故等等。檢測(cè)環(huán)境中CO濃度的方法有很多，如使用比色法、半導(dǎo)體型的CO傳感器、電化學(xué)型CO傳感器、光纖型CO氣體傳感器和催化燃燒型CO傳感器等，催化燃燒型傳感器被廣泛的應(yīng)用于可燃?xì)怏w的檢測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，用電阻溫度系數(shù)高的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)代替鉬絲線圈。一般的催化燃燒型傳感器只能檢測(cè)百分濃度的可燃?xì)怏w，而基于CuO-Co3O4的催化燃燒型CO傳感器檢測(cè)限低達(dá)lOppm。在電源電壓為9V時(shí)，CO的濃度在30?500ppm之間與輸出電壓具有很好的線性關(guān)系，并且傳感器對(duì)500ppmC0的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為24s、68s。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，包括第一節(jié)點(diǎn)(I)、第二節(jié)點(diǎn)(2)、第三節(jié)點(diǎn)(3)、第四節(jié)點(diǎn)⑷和第五節(jié)點(diǎn)(5)，第一節(jié)點(diǎn)⑴和第三節(jié)點(diǎn)(3)分別與電源的兩極連接，第四節(jié)點(diǎn)(4)和第五節(jié)點(diǎn)(5)分別連接可變電阻(R3)的2個(gè)固定端，第一節(jié)點(diǎn)(I)和第五節(jié)點(diǎn)(5)之間設(shè)有第二電阻(R2)，第三節(jié)點(diǎn)(3)和第四節(jié)點(diǎn)(4)之間設(shè)有第四電阻(R4)，第一節(jié)點(diǎn)(I)和第二節(jié)點(diǎn)(2)之間串連有第一電阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二節(jié)點(diǎn)⑵和第三節(jié)點(diǎn)(3)之間串連有第五電阻(R5)和參比元件(E)，可變電阻(R3)的滑動(dòng)變阻端與第二節(jié)點(diǎn)(2)之間為基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器的信號(hào)輸出端。
[0008]本發(fā)明的一個(gè)方案:所述活性催化元件㈧的制備方法包括以下步驟:
0.5mol -Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分別取12mL、6mL于燒瓶中，在連續(xù)的磁力攪拌下，緩慢滴加12mL2mol -Γ1的NaOH溶液，待反應(yīng)完全后，得到的沉淀在母液中靜置6h ;將沉淀過(guò)濾、洗滌后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分別在500°C煅燒3h，制得CuO-Co3O4的粉體；充分研磨，待用。分別將不同煅燒溫度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的質(zhì)量比調(diào)成糊狀，采用浸潰法使催化劑裹覆在NTCT的表面。制好的催化珠在室溫下晾干后，200-300°C下焙燒l_3h，獲得活性催化元件(A);活性熱敏電阻的頭部直徑為1.5-2.0mm。
[0009]所述參比元件(E)的制備方法包括以下步驟:配制水與聚四氟乙烯(PTFE)的體積比為4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二鋁(Al2O3),用配制好的聚四氟乙烯溶液將三氧化二鋁(Al2O3)調(diào)成糊狀，均勻地涂覆在另一活性熱敏電阻的表面，聚四氟乙烯溶液在使用前需超聲震蕩15min，制好的活性催化珠在室溫下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅燒25-35min，獲得參比元件(E);該熱敏電阻的頭部尺寸為1.5_2.0mm。
[0010]熱敏電阻的頭部尺寸是如圖6所示的尺寸。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]共沉淀法制備了氧化銅-四氧化三鈷復(fù)合材料(CuO-Co3O4)，并以其為催化劑，以熱敏電阻為加熱和測(cè)溫元件，創(chuàng)造性地制備了一種新的高靈敏度催化燃燒型一氧化碳(CO)傳感器?；贑uO-Co3O4的催化燃燒型CO傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器工作溫度為133°C時(shí)，可以檢測(cè)30?500ppm CO的濃度，并且CO在該濃度范圍內(nèi)與輸出電壓信號(hào)的線性相關(guān)系數(shù)R2 = 0.979。
[0013]本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
[0014]I)用熱敏電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻絲(鉬絲等)做催化燃燒式可燃?xì)鈧鞲衅?，靈敏度大大提高；2)涂在熱敏電阻外表上的催化材料使用賤金屬氧化物CuO-Co3O4代替貴金屬制造傳感器是非常有意義的創(chuàng)新，可以大大節(jié)約成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的催化燃燒型傳感器電路圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的頭部尺寸1.65mm的熱敏電阻R-T圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例一電源電壓9時(shí)，對(duì)500ppmC0重復(fù)響應(yīng)性曲線圖。
[0019]圖5a為本發(fā)明的實(shí)施例一電源電壓9V時(shí)，對(duì)不同濃度CO的響應(yīng)曲線圖。
[0020]圖5b為本發(fā)明的實(shí)施例一的CO的濃度與輸出電壓之間的線性關(guān)系圖。
[0021]圖6為熱敏電阻外形結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0023]如圖1所示為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一氧化碳?xì)夤藓涂諝夤?，一氧化碳?xì)夤藓涂諝夤薹謩e通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接流動(dòng)池，流動(dòng)池內(nèi)設(shè)有電路及數(shù)據(jù)采集器的采集探頭。流動(dòng)池上連接進(jìn)氣口和出氣口。
[0024]電路及數(shù)據(jù)采集器內(nèi)設(shè)有本發(fā)明的基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器。
[0025]如圖2，第一電阻(Rl)為70歐姆；第二電阻(R2)為500歐姆；可變電阻(R3)為100歐姆；第四電阻(R4)為500歐姆；第五電阻(R5)為70歐姆。可變電阻(R3)的阻值調(diào)節(jié)范圍為O歐姆至100歐姆。
[0026]作為活性元件的熱敏電阻的阻值為2K歐姆。作為參比元件的熱敏電阻的阻值為2K歐姆。
[0027]—種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，包括第一節(jié)點(diǎn)(I)、第二節(jié)點(diǎn)
(2)、第三節(jié)點(diǎn)(3)、第四節(jié)點(diǎn)⑷和第五節(jié)點(diǎn)(5)，第一節(jié)點(diǎn)⑴和第三節(jié)點(diǎn)(3)分別與電源的兩極連接，第四節(jié)點(diǎn)(4)和第五節(jié)點(diǎn)(5)分別連接可變電阻(R3)的2個(gè)固定端，第一節(jié)點(diǎn)(I)和第五節(jié)點(diǎn)(5)之間設(shè)有第二電阻(R2)，第三節(jié)點(diǎn)(3)和第四節(jié)點(diǎn)(4)之間設(shè)有第四電阻(R4)，第一節(jié)點(diǎn)(I)和第二節(jié)點(diǎn)(2)之間串連有第一電阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二節(jié)點(diǎn)⑵和第三節(jié)點(diǎn)(3)之間串連有第五電阻(R5)和參比元件(E)，可變電阻(R3)的滑動(dòng)變阻端與第二節(jié)點(diǎn)(2)之間為基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器的信號(hào)輸出端。
[0028]實(shí)施例一。
[0029]本發(fā)明的一個(gè)方案:活性催化元件(A)的制備方法包括以下步驟:0.5mol.Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分別取12mL、6mL于燒瓶中，在連續(xù)的磁力攪拌下，緩慢滴加12mL2mol -Γ1的NaOH溶液，待反應(yīng)完全后，得到的沉淀在母液中靜置6h ;將沉淀過(guò)濾、洗滌后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分別在500°C煅燒3h，制得CuO-Co3O4的粉體；充分研磨，待用。分別將不同煅燒溫度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的質(zhì)量比調(diào)成糊狀，采用浸潰法使催化劑裹覆在熱敏電阻的表面。制好的催化珠在室溫下晾干后，200-300°C下焙燒l_3h，獲得活性催化元件(A);活性熱敏電阻的頭部直徑為1.5_2.0mm。
[0030]所述參比元件(E)的制備方法包括以下步驟:配制水與聚四氟乙烯(PTFE)的體積比為4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二鋁(Al2O3),用配制好的聚四氟乙烯溶液將三氧化二鋁(Al2O3)調(diào)成糊狀，均勻地涂覆在另一活性熱敏電阻的表面，聚四氟乙烯溶液在使用前需超聲震蕩15min，制好的活性催化珠在室溫下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅燒25-35min，獲得參比元件(E);該熱敏電阻的頭部尺寸為1.5_2.0mm。
[0031]熱敏電阻的頭部尺寸是如圖6所示的尺寸。
[0032]如圖3至圖5b，活性元件的制備:0.5mol -Γ1的CoCl2和CuSO4溶液分別取12mL、6mL于燒瓶中，在連續(xù)的磁力攪拌下，緩慢滴加12mL2mol.Γ1的NaOH溶液，待反應(yīng)完全后，得到的沉淀在母液中靜置6h ;將沉淀過(guò)濾、洗滌后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物分別在500°C煅燒3h，制得CuO-Co3O4的粉體；充分研磨，待用。分別將不同煅燒溫度下制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的質(zhì)量比調(diào)成糊狀，采用浸潰法使催化劑裹覆在熱敏電阻的表面。制好的催化珠在室溫下晾干后，200-300°C下焙燒l_3h，參比元件也用相同的方法制備，只需將氧化銅-四氧化三鈷(CuO-Co3O4)材料替換成對(duì)CO無(wú)催化活性的三氧化二鋁(Al2O3)即可。熱敏電阻的頭部尺寸為1.65mm，溫度電阻曲線如圖3所示。將制好的活性元件、參比元件安裝在流動(dòng)池中，如圖2所示,交替地以lL/min的速度向流動(dòng)池中通2min的CO和4min的空氣，測(cè)量傳感器對(duì)CO的響應(yīng)情況。
[0033]圖2為催化燃燒型氣體傳感器的電路圖，信號(hào)輸出端連接一個(gè)放大電路，將輸出電壓信號(hào)放大200倍，用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集輸出信號(hào)。外接的電源電壓為9V，此時(shí)傳感器的工作溫度為133°C，對(duì)500ppmC0的重復(fù)響應(yīng)性曲線，重復(fù)進(jìn)氣五次，如圖4所示，得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)偏差為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，其特征是包括第一節(jié)點(diǎn)(I)、第二節(jié)點(diǎn)(2)、第三節(jié)點(diǎn)(3)、第四節(jié)點(diǎn)(4)和第五節(jié)點(diǎn)(5)，第一節(jié)點(diǎn)⑴和第三節(jié)點(diǎn)(3)分別與電源的兩極連接，第四節(jié)點(diǎn)⑷和第五節(jié)點(diǎn)(5)分別連接可變電阻(R3)的2個(gè)固定端，第一節(jié)點(diǎn)⑴和第五節(jié)點(diǎn)(5)之間設(shè)有第二電阻(R2)，第三節(jié)點(diǎn)(3)和第四節(jié)點(diǎn)⑷之間設(shè)有第四電阻(R4)，第一節(jié)點(diǎn)(I)和第二節(jié)點(diǎn)(2)之間串連有第一電阻(Rl)和活性催化元件(A)，第二節(jié)點(diǎn)⑵和第三節(jié)點(diǎn)(3)之間串連有第五電阻(R5)和參比元件(E)，可變電阻(R3)的滑動(dòng)變阻端與第二節(jié)點(diǎn)(2)之間為基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器的信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，其特征在于所述活性催化元件(A)的制備方法包括以下步驟:0.5mol.L-1的CoCl2和CuSO4溶液分別取12mL、6mL于燒瓶中，在連續(xù)的磁力攪拌下，緩慢滴加12mL2mol.Γ1的NaOH溶液，待反應(yīng)完全后，得到的沉淀在母液中靜置6h ;將沉淀過(guò)濾、洗滌后在90°C下干燥12h ;干燥后的沉淀物在300-600°C下煅燒3h，制得CuO-Co3O4的粉體；充分研磨，待用。將制得的CuO-Co3O4用PTFE溶液(I: 4v/v)按1: 2的質(zhì)量比調(diào)成糊狀，采用浸潰法使催化劑裹覆在熱敏電阻的表面。制好的催化珠在室溫下晾干后，200-300°C下焙燒l_3h，制得催化珠，獲得活性催化元件㈧；參比珠也用相同的方法制備，只需將CuO-Co3O4材料用對(duì)CO無(wú)催化活性的Al2O3來(lái)代替即可?；钚詿崦綦娮璧念^部直徑為1.5-2.0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CuO-Co3O4的催化燃燒型一氧化碳傳感器，其特征在于所述參比元件(E)的制備方法包括以下步驟:配制水與聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTFE))的體積比為4: I的溶液待用；取0.1g的三氧化二鋁(Al2O3)，用配制好的聚四氟乙烯溶液將三氧化二鋁(Al2O3)調(diào)成糊狀，均勻地涂覆在另一活性熱敏電阻的表面，制好的活性催化珠在室溫下晾干，再移至烘箱中，200-300°C下煅燒25-35min，獲得參比元件(E);該熱敏電阻的頭部尺寸為1.5-2.0mm。 熱敏電阻的頭部尺寸是如圖6所示的尺寸。
【文檔編號(hào)】G01N25/32GK104181198SQ201310201475
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】高國(guó)強(qiáng), 黃彩霞 申請(qǐng)人:無(wú)錫高頓傳感技術(shù)有限公司