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固体电解质测氢传感器的套接密封及电极研究

作　者: 张永新
导　师: 潘一凡
学　校: 南京林业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 测氢传感器固体电解质密封绝缘套接强度电极测控
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
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内容摘要

本文基于质子固体电解质燃料电池的基本原理,研制出一种在300～850℃温度下工作的固体电解质测氢传感器,可用于对特定环境中的氢含量进行快速、精确的测量及控制。本文比较了各种形状的固体电解质在制作传感器时的优缺点。选用Yb掺杂的BaCeO₃作为测氢传感器的固体电解质材料,经预烧试验确定了这种固体电解质的收缩率,并重新开制模具,成型烧结,获得了尺寸为Φ10.1mm×9.9mm的圆柱体固体电解质。分析了固体电解质与连接套管的套接密封性能、密封材料的绝缘性能对测氢传感器输出电势的影响,试验比较了不同密封材料、不同连接套管的套接密封性能、绝缘性能以及套接压剪强度。结果表明,磷酸—氧化铜无机胶+端面施釉具有较好的气密性、绝缘性能和套接压剪强度,能够满足测氢传感器的使用要求。对测氢传感器内外电极的结构、电极材料、制备工艺进行了研究。分析比较了不同结构内外电极的特点及应用场合。最后将圆柱体固体电解质和高铝瓷管用磷酸—氧化铜+端面施釉进行套接密封,内电极采用拆装式结构,外电极采用银钯导电浆料烧结导电膜,制作装配成测氢传感器。当温度为560℃、内侧用空气作为参比气时,被测气体氢含量与测氢传感器输出电势之间具有很好的对应关系,传感器输出电势值高,灵敏度较高,有良好的重现性,能够实现对特定环境中的氢含量进行精确测量及控制。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 课题研究的背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究动态  9-17
    1.2.1 电化学型氢传感器  9-11
    1.2.2 半导体氧化物氢传感器  11-13
    1.2.3 光学型氢传感器  13-16
    1.2.4 热导型氢传感器  16
    1.2.5 SAW 氢传感器  16-17
    1.2.6 光纤氢传感器  17
  1.3 研究内容及研究目标  17-19
    1.3.1 本课题的研究内容  18-19
    1.3.2 本课题的目标  19
  1.4 本章小结  19-20
第二章固体电解质测氢传感器的基本原理  20-29
  2.1 固体电解质测氧传感器  20-24
    2.1.1 氧离子导体固体电解质燃料电池  20-22
    2.1.2 氧离子导体固体电解质测氧传感器  22-24
  2.2 固体电解质测氢传感器  24-28
    2.2.1 氢质子导体固体电解质燃料电池  24-26
    2.2.2 氢质子导体固体电解质测氢传感器  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章固体电解质的制备  29-36
  3.1 固体电解质材料及导电机理  29-30
    3.1.1 固体电解质材料  29
    3.1.2 固体电解质的晶体结构  29-30
    3.1.3 固体电解质的导电机理  30
  3.2 固体电解质的形状结构  30-33
    3.2.1 片状结构  30-31
    3.2.2 圆柱状结构  31-32
    3.2.3 U 型管结构  32
    3.2.4 管状结构  32-33
  3.3 固体电解质的成型与烧结  33-35
    3.3.1 固体电解质成型模具  33-34
    3.3.2 固体电解质的成型烧结  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章固体电解质和连接管的套接密封  36-55
  4.1 密封性能对传感器输出电势的影响  36-38
  4.2 密封材料及套接工艺  38-42
    4.2.1 密封材料及套接工艺  38-42
  4.3 密封性能实验  42-46
    4.3.1 密封性能测试方法  42
    4.3.2 试验结果  42-46
    4.3.3 分析讨论  46
  4.4 套接密封材料的绝缘性能  46-48
    4.4.1 密封材料绝缘性能对传感器输出电势的影响  46-47
    4.4.2 密封材料的绝缘性能  47-48
    4.4.3 分析讨论  48
  4.5 套接强度试验  48-54
    4.5.1 试验设备及样品制备  48-51
    4.5.2 试验数据  51-53
    4.5.3 分析讨论  53-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章测氢传感器电极研究  55-63
  5.1 内电极的制备  55-59
    5.1.1 胶粘固定式内电极  55-58
    5.1.2 拆装式内电极  58-59
    5.1.3 分析讨论  59
  5.2 外电极的制备  59-62
    5.2.1 厚膜导电浆料外电极  59-61
    5.2.2 拆装式外电极  61-62
    5.2.3 分析讨论  62
  5.3 本章小结  62-63
第六章测氢传感器的性能测试  63-64
第七章结论  64-66
  7.1 研究工作总结  64-65
  7.2 对下一步研究工作的建议  65-66
参考文献  66-69
详细摘要  69-71

固体电解质测氢传感器的套接密封及电极研究

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