[實用新型]氣體傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220609793.3
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN202974931U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝雷;韓杰
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫市尚沃醫(yī)療電子股份有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體傳感器用于氣體中樣品濃度的測定。

背景技術(shù)

大多數(shù)電流型電化學(xué)氣體傳感器通過氧化或還原被測氣體所得的電流響應(yīng)值與氣體濃度間的關(guān)系測量氣體濃度。測量時，氣體先通過傳感器預(yù)設(shè)的氣體限流裝置擴散到電極表面，溶解在電解液中，然后在電極表面吸附、發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物脫附離開電極表面，這一串聯(lián)過程的任何一個步驟都可能限制反應(yīng)速度，從而影響到傳感器的靈敏度。

為了提高商品化氣體傳感器的穩(wěn)定性，在進行傳感器設(shè)計時一般都希望將傳感器的響應(yīng)值設(shè)計在氣相極限擴散電流區(qū)，這可通過提高催化活性、加大擴散阻力來實現(xiàn)，這樣傳感器的響應(yīng)完全由氣體的氣相傳質(zhì)速度決定，而氣體氣相傳質(zhì)速度基本由氣體流速、待測氣體的物理化學(xué)特性（氣體擴散系數(shù)）及傳感器預(yù)設(shè)的氣體限流裝置的機械形狀計尺寸或擴散滲透特性決定，此時傳感器具有響應(yīng)線性較好、響應(yīng)值受電位控制波動的影響較小、靈敏度也較為穩(wěn)定，受溫度、壓力等環(huán)境因素影響較小等特點。

而實際上，大多數(shù)傳感器的響應(yīng)處在混合控制區(qū)，即傳感器的響應(yīng)值受上述多個過程的影響，此時傳感器的響應(yīng)特性變得復(fù)雜了，環(huán)境及電極自身活性狀態(tài)對響應(yīng)值的影響變大，并且不可預(yù)知，而要在理論上對上述所有過程進行定量數(shù)學(xué)表達也比較復(fù)雜。為了獲得準確可靠的測量結(jié)果，通常的做法是：在傳感器使用前在與實際測量條件接近的氣流速率、壓力、溫度、濕度以及氣體組分、條件下進行標定以減少上述干擾，而且標定時間與測量時間盡可能接近以減少傳感器靈敏度由于敏感元件老化、失活、活化或中毒等影響變化對測量結(jié)果造成的影響。

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)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用傳感器對氣體響應(yīng)的特點，對傳感器結(jié)構(gòu)及測量過程進行控制以提高傳感器測量的穩(wěn)定性，降低傳感器標定頻率。

本發(fā)明所述氣體傳感器由氣體敏感元件、氣室、氣體擴散通道組成，其結(jié)構(gòu)特征在于：所述氣體敏感元件處在一測量氣室中，所述測量氣室通過至少兩個不同的氣體擴散通道與待測氣體接觸，允許氣體通過不同的擴散通道擴散到敏感元件表面，所述擴散通道包括氣體擴散阻力件。所述氣體擴散通道阻力件包括擴散孔、毛細管組件、多孔薄膜、氣體滲透膜等。

所述測量氣室可通過至少兩個不同的氣體擴散阻力件分別與相對應(yīng)的限流氣室相通，氣體擴散阻力件的阻力不同，限流氣室通過閥或毛細管門連接氣體管路，允許待測氣體分別進入不同的限流氣室進行測量。

所述傳感器的測量氣室、至少兩個氣體擴散阻力件、限流氣室可依此串聯(lián)相通，允許通過不同的擴散通道到達敏感電極表面，限流氣室通過閥門或毛細管連接氣體管路。

所述敏感元件吸附或消耗待測氣體,與待測氣體濃度間的響應(yīng)關(guān)系是線性的,且響應(yīng)大小受氣體擴散速度的影響;所述氣體敏感元件包括電化學(xué)傳感器、催化燃燒傳感器、半導(dǎo)體傳感器。

該傳感器的響應(yīng)值主要由傳感器氣室內(nèi)的氣相傳質(zhì)過程控制，該傳質(zhì)過程主要受氣體流動狀態(tài)、氣體擴散阻力件的機械形狀及尺寸決定，較為穩(wěn)定可控，而氣體溶解、液相擴散、氣體吸附、氧化還原反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物脫附等受環(huán)境影響較大的過程及傳感器催化活性變化對傳感器響應(yīng)的影響通過兩次測量被扣除，因而可大幅度提高測量的穩(wěn)定性及準確性。

該測量方法可用于直接測量氣體濃度，也可用于對傳感器靈敏度進行標定而不需要已知濃度的標準氣體。

附圖說明

圖1：本發(fā)明氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖之一

圖2：本發(fā)明氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖之二

具體實施方式：

應(yīng)用實施例一

對于氣體測量的反應(yīng)過程，可以簡單地將其分為兩類：第一類為氣相傳質(zhì)過程，該過程的特點在于：傳質(zhì)速度主要由氣體流速、氣體物理化學(xué)特性及氣相擴散阻力決定（本文定義該過程阻力為Rm），穩(wěn)定性較好；第二類統(tǒng)稱為反應(yīng)過程，它包括氣體溶解、液相擴散、氣體吸附、氧化還原反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物脫附等過程，該過程較為復(fù)雜，而且影響因素較多（本文定義其全過程阻力為Rcat），如果傳感器對氣體濃度的響應(yīng)是線性的，則傳感器的響應(yīng)滿足下述關(guān)系：（氣相傳質(zhì)阻力及其他過程阻力）

S?=KC/(Rm+Rcat?)??????????????????????（1）

或

KC/S?=?Rm?+Rcat????????????????????（2）

其中K為常數(shù)，C為氣體濃度。