一种氮气检测装置的制作方法

1.本实用新型属于氮气检测领域，具体的说，涉及了一种氮气检测装置。


背景技术：

2.常见的氮气传感器根据探测原理划分主要有氮气质谱仪、电化学氮气传感器等。其中，氮气质谱仪采用质谱法可进行氮气含量测定；电化学氮气传感器是采用测氧原理，通过传感器把气体中的氧浓度转换成电信号，经减法器的计算从而倒算出氮气含量，并直接显示被测气体中的氮气百分比含量。目前还没有专门检测氮气的半导体检测原理的气体传感器，这主要是因为半导体气敏元件只能与氧气反应，不能直接与氮气反应。
3.大多数半导体气体传感器在不同环境条件下表现出的气敏性能是不同的，即传感器的实际性能是自身性能和环境条件影响的综合表现，这里的环境条件主要是温度、气压等的影响。但大多数半导体气体传感器通常仅考虑温度反馈对传感器进行温度补偿，并未考虑环境气压对传感器的影响，如中国专利201410244751.8一种mems半导体气体传感器及其制造方法、及气体检测方法，故仍然存在影响传感器精度的因素。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种氮气检测装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
6.本实用新型提供一种氮气检测装置，包括底座、盖板与附属电路模块，所述盖板盖设在所述底座上并形成内腔；所述底座上开设有进气孔、排气孔和引线接口；所述进气孔和所述排气孔分别设置在所述底座的两端面，用以连通所述底座的外侧面和内腔；所述引线接口设置在所述底座的侧面；所述附属电路模块设置在所述内腔中，通过引线接口与外端设备相连接，包括氮气传感模块、处理器模块、输出模块、气压检测模块和温湿度检测模块；所述氮气传感模块，采用半导体氧气传感器，与所述处理器模块连接，用于检测环境中氧气浓度并将数据输出至处理器模块；所述处理器模块将检测到的氧气浓度反算为氮气浓度；所述气压检测模块与所述处理器模块连接，用于检测当前环境气压并输出至处理器模块；所述温湿度检测模块与所述处理器模块连接，用于检测当前环境温湿度并输出至处理器模块；所述输出模块，设置所述引线接口，与所述处理器模块连接，用于将氮气浓度、当前环境气压、当前环境温湿度输出至外端设备。
7.基于上述，所述半导体氧气传感器外侧设置有用于消除外部气流对半导体氧气传感器冲击的保护罩，通过胶粘或焊接方式设置在所述附属电路模块的电路基板上；所述保护罩上设置有用于气体扩散和流通的通气孔。
8.基于上述，所述半导体氧气传感器包括管帽、敏感元件和管座；所述管帽与管座通过过盈配合进行连接，所述敏感元件封装在所述管帽和所述管座形成的内腔；所述管座包括基座以及插设在所述基座上的插针，所述插针伸出所述基座两端，一端作为输出管脚，另一端连接所述敏感元件的引线；
9.所述敏感元件包括气敏材料层、测量电极层、引线、衬底、加热电极层、加热电阻层和绝缘层；
10.所述衬底的上端面依次设置所述测量电极层和所述气敏材料层，所述气敏材料层覆盖所述测量电极层；
11.所述衬底的下端面依次设置所述加热电极层、所述加热电阻层和所述绝缘层，所述绝缘层覆盖所述加热电极层和所述加热电阻层；
12.所述测量电极层和所述加热电极层分别引出两根引线。
13.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：
14.1、本实用新型的氮气检测装置通过半导体原理测量氧含量的方式倒算出氮气含量，其原理简单，数据准确，容易实施；
15.2、本实用新型通过在传感器外部设置保护罩的方式可以消除环境气流对传感器的冲击，有利于提升传感器的稳定性；
16.3、本实用新型在进行氮气含量检测的同时检测了环境中气压、温湿度；在输出氮气浓度的同时，输出对应的环境气压、环境温湿度，使得外端设备在使用氮气浓度时，能够进行修正，从而获得更精准的氮气浓度供自身使用。
附图说明
17.图1是本实用新型氮气检测装置的外观结构图。
18.图2是本实用新型氮气检测装置的原理结构示意图。
19.图3是本实用新型氮气检测装置的保护罩的结构示意图。
20.图4是本实用新型实施例2中氮气检测装置的电路原理图。
21.图5是本实用新型实施例3中半导体氧气传感器的结构示意图。
22.图6是本实用新型实施例3中敏感元件的结构示意图。
具体实施方式
23.下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
24.实施例1
25.如图1-2所示，一种氮气检测装置，包括底座1、盖板2与附属电路模块3，所述盖板2盖设在所述底座1上并形成内腔4；
26.所述底座1上开设有进气孔11、排气孔12和引线接口13；所述进气孔11和所述排气孔12分别设置在所述底座1的两端面，用以连通所述底座1的外侧面和内腔；所述引线接口13设置在所述底座1的侧面；所述附属电路模块3设置在所述内腔4中，通过引线接口13与外端设备相连接，包括氮气传感模块31、处理器模块32、输出模块、气压检测模块33和温湿度检测模块34；
27.所述氮气传感模块31，采用半导体氧气传感器311，与所述处理器模块32连接，用于检测环境中氧气浓度并将数据输出至处理器模块32，所述处理器模块32将检测到的氧气浓度反算为氮气浓度；
28.所述气压检测模块33与所述处理器模块32连接，用于检测当前环境气压并输出至处理器模块32；所述温湿度检测模块33与所述处理器模块32连接，用于检测当前环境温湿
度并输出至处理器模块32；
29.所述输出模块，设置所述引线接口13，与所述处理器模块连接，用于将氮气浓度、当前环境气压、当前环境温湿度输出至外端设备。
30.如图3所示，为了消除外部气流对传感器的冲击，防止传感器误报；所述半导体氧气传感器311外侧设置有保护罩312，通过胶粘或焊接方式设置在所述附属电路模块3的电路基板上；所述保护罩312上设置有用于气体扩散和流通的通气孔313。所述保护罩312可以采用不锈钢、铜或塑料制成。
31.本实施例中，所述处理器模块将检测到的氧气浓度反算为氮气浓度的原理为：由于环境中的氧气浓度与传感器敏感材料表面吸附氧的浓度有正相关关系，即环境中氧气浓度越高，传感器敏感材料表面吸附氧浓度越高，直至材料表面吸附氧浓度达到饱和为止，则吸附氧的浓度不再随环境中氧气浓度增加而增加。空气环境中气体成分主要是氧气和氮气，其它气体相对来说可以忽略，通过传感器把气体中的氧浓度转换成对应的电信号值，经处理器处理，即可倒算出氮气含量。即，假设环境中氧气体积分数为a，传感器在此环境下的电信号输出值为v，将传感器置于未知浓度的环境中时，如果传感器在未知环境中的电信号输出值为v，则可确定此环境中的氧体积分数为a，进而倒算出环境中氮气体积分数为100-a。
32.本实施例中的氮气检测装置能够向外端设备输出氮气浓度、当前环境气压、当前环境温湿度，不仅考虑温湿度反馈对氮气浓度检测的影响，同时还考虑了环境气压对氮气浓度检测的影响。外端设备在接收到氮气浓度、当前环境气压和当前环境温湿度后，可以自行设计对应的温湿度和气压补偿算法，从而获得更精准的氮气浓度供自身使用。
33.实施例2
34.本实施例与实施1的区别在于，提供了一种具体的氮气检测装置。
35.本实施例的氮气检测装置中，如图4所示，处理器模块采用stm32f103型号芯片、气压检测模块采用lwp6130av压力传感器，温湿度检测模块采用wht20温湿度传感器。
36.实施例3
37.本实施例与实施1的区别在于，提供了一种具体的半导体氧气传感器的结构。
38.如图5-6所示，所述半导体氧气传感器311包括管帽3111、敏感元件3112和管座3113；所述管帽3111与管座3113通过过盈配合进行连接，所述敏感元件3112封装在所述管帽3111和所述管座3113形成的内腔；所述管座3113包括基座31131以及插设在所述基座31131上的插针31132，所述插针31132伸出所述基座31131两端，一端作为输出管脚，另一端连接所述敏感元件3112的引线31123；
39.所述敏感元件包括气敏材料层31121、测量电极层31122、引线31123、衬底31124、加热电极层31125、加热电阻层31126和绝缘层31127；
40.所述衬底31124的上端面依次设置所述测量电极层31122和所述气敏材料层31121，所述气敏材料层31121覆盖所述测量电极层31122；
41.所述衬底31124的下端面依次设置所述加热电极层31125、所述加热电阻层31126和所述绝缘层31127，所述绝缘层31127覆盖所述加热电极层31125和所述加热电阻层31126；
42.所述测量电极层31122和所述加热电极层31125分别引出两根引线。
43.具体的，所述衬底可以采用双面抛光的氧化铝陶瓷制成，所述加热电极层和测量电极层可以采用金、银或铂，所述加热电阻层可以采用氧化钌或金属铂，所述绝缘层为绝缘陶瓷或玻璃、氧化硅或氮化硅，所述气敏材料层的材料为sno2、wo3、in2o3、fe2o3、zno、nio和co3o4中的一种或几种金属氧化物半导体材料。
44.需要说明的是，所述加热电极层、测量电极层、加热电阻层、绝缘层均可以采用传统丝网印刷方式制作在衬底上。其中，所述加热电极层和测量电极层的大小、形状可以不受限制。
45.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：
1.一种氮气检测装置，包括底座、盖板与附属电路模块，其特征在于：所述盖板盖设在所述底座上并形成内腔；所述底座上开设有进气孔、排气孔和引线接口；所述进气孔和所述排气孔分别设置在所述底座的两端面，用以连通所述底座的外侧面和内腔；所述引线接口设置在所述底座的侧面；所述附属电路模块设置在所述内腔中，通过引线接口与外端设备相连接，包括氮气传感模块、处理器模块、输出模块、气压检测模块和温湿度检测模块；所述氮气传感模块，采用半导体氧气传感器，与所述处理器模块连接，用于检测环境中氧气浓度并将数据输出至处理器模块；所述处理器模块将检测到的氧气浓度反算为氮气浓度；所述气压检测模块与所述处理器模块连接，用于检测当前环境气压并输出至处理器模块；所述温湿度检测模块与所述处理器模块连接，用于检测当前环境温湿度并输出至处理器模块；所述输出模块，设置所述引线接口，与所述处理器模块连接，用于将氮气浓度、当前环境气压、当前环境温湿度输出至外端设备。2.根据权利要求1所述的氮气检测装置，其特征在于：所述半导体氧气传感器外侧设置有用于消除外部气流对半导体氧气传感器冲击的保护罩，通过胶粘或焊接方式设置在所述附属电路模块的电路基板上；所述保护罩上设置有用于气体扩散和流通的通气孔。3.根据权利要求1所述的氮气检测装置，其特征在于：所述半导体氧气传感器包括管帽、敏感元件和管座；所述管帽与管座通过过盈配合进行连接，所述敏感元件封装在所述管帽和所述管座形成的内腔；所述管座包括基座以及插设在所述基座上的插针，所述插针伸出所述基座两端，一端作为输出管脚，另一端连接所述敏感元件的引线；所述敏感元件包括气敏材料层、测量电极层、引线、衬底、加热电极层、加热电阻层和绝缘层；所述衬底的上端面依次设置所述测量电极层和所述气敏材料层，所述气敏材料层覆盖所述测量电极层；所述衬底的下端面依次设置所述加热电极层、所述加热电阻层和所述绝缘层，所述绝缘层覆盖所述加热电极层和所述加热电阻层；所述测量电极层和所述加热电极层分别引出两根引线。

技术总结
本实用新型提供了一种氮气检测装置，包括底座、盖板与附属电路模块，所述盖板盖设在所述底座上并形成内腔；所述底座上开设有进气孔、排气孔和引线接口；所述进气孔和所述排气孔分别设置在所述底座的两端面；所述引线接口设置在所述底座的侧面，所述附属电路模块设置在所述内腔中，通过引线接口与外端设备相连接，包括氮气传感模块、处理器模块、气压检测模块和温湿度检测模块；所述氮气传感模块，采用半导体氧气传感器，与所述处理器模块连接，用于检测环境中氧气浓度并将数据输出至处理器模块，所述处理器模块将检测到的氧气浓度反算为氮气浓度；所述气压检测模块与所述处理器模块连接，用于检测环境气压并将环境气压输出至处理器模块。处理器模块。处理器模块。


技术研发人员：古瑞琴 张守超 高胜国 王利利 王瑞铭 王庆
受保护的技术使用者：郑州炜盛电子科技有限公司
技术研发日：2022.12.24
技术公布日：2023/9/1