[發(fā)明專利]自標定電化學氣體傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210465805.4
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102928485A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 謝雷;韓杰;韓益蘋
• 申請（專利權）人: 尚沃醫(yī)療電子無錫有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及氣體傳感器的結構設計及標定方法。

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背景技術

常用的電化學、金屬氧化物與碳納米管半導體以及催化燃燒型等化學反應型氣敏元件的檢測信號正比于被測氣體質量的轉化或消耗速率。被測氣體通過氣流輸送、質量傳遞與溶解等過程達到氣敏元件表面進行反應。傳感器響應信號與氣體濃度的關系因此也包括了所有對這些過程產(chǎn)生影響的因素，包括氣流速率、壓力、溫度、濕度以及其它氣體組分。傳感器靈敏度在使用過程中主要受表面反應因素的影響，包括反應表面的老化、失活或中毒等。而氣流狀態(tài)、濕度、溫度與壓力的變化等通常更容易引起檢測基線或檢測零點的漂移。

為保證氣體檢測儀的可靠性與精度，所使用的氣體傳感器在出廠與使用過程中均需要標定，利用濃度已知的鋼瓶配氣標定靈敏度以及零點設定。用戶可以根據(jù)廠商建議的方法與程序自己標定，也可以將儀器返回廠商或指定的維修代理商進行標定。標定的頻繁與專業(yè)要求為廠商和用戶帶來了諸多不便并且增加了運營與使用成本。提高傳感器的穩(wěn)定性、在降低傳感器標定頻率的同時不犧牲準確性也是傳感器及檢測儀器制造商面臨的巨大挑戰(zhàn)。

目前解決這一問題的努力主要是提供安全、方便與可靠的自動標定儀。例如，Honeywell最近幾年公開了多項傳感器標定與自標定方法的專利（US7975525B2，US7661290B2，US2006/0266097A1，US2005/0262924A1，US7401493B2，US7581425B2，US7655186B2，US7071386B2，US6918281，US2006/0042351A1），Drager?最近也公開了幾項傳感器標定專利（US7704356B2，?US7645362B2），?這些專利的一個共同點就是它們都需要標準氣體，只是產(chǎn)生標準氣體的方法各有不同。

美國專利US4829809(Citytech?1989)揭示了一種氣體電解分析裝置與方法，它將一電化學傳感器置于已知體積的腔體中，首先向腔體中通入未知濃度的待測氣體，標定時將腔體封閉，由于傳感器消耗氣體而使其響應值不斷降低，根據(jù)Farady定律，其電流以指數(shù)形式衰減，根據(jù)傳感器電流隨時間變化曲線，傳感器初始響應電流，腔體體積可求解傳感器靈敏度及氣體濃度。該專利的價值在于提供了一種無需知道傳感器靈敏度就可測量氣體濃度的方法，但該專利采用的方法是對腔體內氣體進行電解分析，腔體內氣體混合不勻會引起較大的測量誤差；另外，在計算過程中由于采用的是暫態(tài)電流，?對傳感器信號質量要求很高，很小的測量電流誤差都會引起較大的計算偏差，因而不適用于低濃度氣體檢測。實際上，該方法沒有得到普遍地應用。

Industrial?Scientific在2000年公開了一項專利（US6055840），描述了一種通過定量調整控制氣體擴散通道阻力求解氣體濃度的方法,?該方法需要知道待測氣體的擴散系數(shù)及至少一個氣體擴散通道的物理尺寸，因而實際應用也不方便。

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發(fā)明內容

本發(fā)明針對目前技術的不足提出了一種新的傳感器結構設計，利用該結構傳感器及本發(fā)明的方法可方便地實現(xiàn)對傳感器的標定，也可實現(xiàn)對氣體濃度的測量。

本發(fā)明揭示的是一種自標定電化學氣體傳感器，由工作電極、對電極、參比電極、電解液、氣室等部分組成，所述工作電極、對電極、參比電極沉積或印刷在多孔防水通氣膜表面；所述傳感器包括至少兩個工作電極(其中工作電極可沉積或印刷在一個多孔透氣膜表面，也可以可沉積或印刷在多個多孔透氣膜表面)一個電極及一個參比電極，其中工作電極分別位于各自獨立的氣室內，氣室內氣體可通過限流孔及防水透氣膜擴散到電極表面；所述氣室通過氣體通道串聯(lián)連接，第一及最后一個氣室包括一氣體通氣口，允許氣體從第一氣室進入傳感器后依此通過串聯(lián)的氣室從最后一個氣室離開傳感器[1]。

利用上述結構的傳感器可實現(xiàn)自標定，其方法如下：先將氣體以固定流速先流經(jīng)第一工作電極再流過第二工作電極，記錄其響應值，完成第一次測量；然后將氣體以固定流速先流經(jīng)第二工作電極進行測量，記錄其響應值，完成第二次測量；由兩次測量的穩(wěn)態(tài)響應值及法拉第定律求解樣品氣體濃度。