[發明專利]包括具有集成加熱的傳感器元件的蒸氣傳感器

無效

• 申請號: 201280018031.9
• 申請日: 2012-04-04
• 公開（公告）號: CN103477216A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: M·C·帕拉佐托;J·藤格瓊雅薩姆;S·H·格里斯卡;M·S·文德蘭德
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳長會

技術領域

本發明廣義地涉及蒸氣傳感器。

背景技術

在多個研究領域中，需要監測蒸氣的存在及其在空氣中的濃度。已經開發出多種用于檢測蒸氣（如，揮發性有機化合物（VOC））的方法，所述方法包括（例如）光離子化法、氣相色譜法、重量分析技術、光譜技術（如質譜法、紅外光譜法、或熒光光譜法）、和吸收感測技術。

在電容傳感器中，兩個導電電極的電容（通常平行或交叉）隨著兩個電極之間的材料的介電常數的改變（歸因于所存在的環境被分析物蒸氣）而變化。希望從導電電極之間周期性地移除被分析物（例如，交換被分析物蒸氣）。在此類情況下，可在應用電容傳感器之前利用加熱來蒸發被分析物。

發明內容

在一個方面，本發明提供了蒸氣傳感器，所述蒸氣傳感器包括：

電容相關特性型傳感器元件，所述電容相關特性型傳感器元件包括：

介電基底；

設置在介電基底上的第一導電電極，所述第一導電電極具有第一和第二末端；

第二導電電極；和

包括微孔材料的介電層，所述介電層設置在第一導電電極和第二導電電極之間并且與它們接觸；

加熱器電路元件，所述加熱器電路元件具有第一和第二導電構件，其中所述第一和第二導電構件分別與所述第一導電電極的第一和第二末端可撥轉中斷地電導通；

電容相關特性型測量電路元件，所述電容相關特性型測量電路元件具有第一和第二導電構件，其中所述電容相關特性型測量電路元件的第一導電構件與所述第一導電電極可撥轉中斷地電導通，并且其中所述電容相關特性型測量電路元件的第二導電構件與所述第二導電電極電導通；

至少一個開關構件，其中所述至少一個開關構件能夠可撥轉地中斷所述加熱器電路元件的第一和第二導電構件與所述第一導電電極的第一和第二末端之間的電導通，其中所述至少一個開關構件能夠可撥轉地中斷所述電容相關特性型測量電路元件的第一導電構件與所述第一導電電極之間的電導通。

在一些實施例中，第一和第二導電電極以及檢測層各自接觸基底。在一些實施例中，第一和第二導電電極為平行的。

在一些實施例中，所述至少一個開關構件能夠同時可撥轉地中斷：

加熱器電路元件的第一和第二導電構件與第一導電電極的相應第一和第二末端之間的可撥轉中斷地電導通；和

電容相關特性型測量電路元件的第一導電構件與第二導電電極之間的可撥轉中斷的電導通。

在一些實施例中，蒸氣傳感器還包括靠近第一導電電極設置在介電基底上的溫度傳感器。

在一些實施例中，蒸氣傳感器還包括開關控制器，其中所述開關控制器與開關構件電導通并且控制開關的操作。在這些實例中，開關控制器與溫度傳感器電導通。

根據本發明的蒸氣傳感器可用于（例如）測量被分析物（如，揮發性有機化合物和/或濕氣）的濃度。

有利地，在根據本發明的蒸氣傳感器中，第一導電電極具有電容相關特性感測和作為加熱元件的雙重作用，從而消除對于額外的加熱元件的需要并且簡化蒸氣傳感器的設計和制造。

用于本發明的實施過程中的傳感器元件通常被構造為使得吸收性介電層足夠靠近第一導電電極和第二導電電極，以至于在該層中含有的吸收性介電材料將能夠與由電極建立的電場發生相互作用。在傳感器元件的操作中，吸收性介電層在吸收一種或多種被分析物（例如，一種或多種有機蒸汽）時表現出電氣特性的變化。電氣特性可為如下所述的電容相關特性。通過在第一導電電極和第二導電電極之間賦予電荷差（例如，向該電極賦予電壓差）并監測傳感器元件響應于被分析物的存在的特性，可測量這種與電容相關特性的變化。

術語“電容相關特性”涵蓋任何電氣特性及其測定過程，這種測定過程通常與施加電荷（無論是靜電荷還是時變電荷）和在施加電荷期間和/或之后監測電氣特性相關。例如，這種特性不僅包括電容，還包括阻抗、電感、導納、電流、電阻、電導系數等，并且可根據本領域熟知的多種方法測量到。

如本文所用，術語“吸收”是指材料變為設置在介電微孔材料內，無論其僅吸附到孔壁還是溶解到整體介電微孔材料中。

如本文所用，關于材料層（如，導電電極）的術語“可滲透的”是指在存在該層的區域內，該層為足夠多孔的，以使得至少一種有機化合物能夠非反應性地滲透穿過其厚度（如，在25℃下）。

如本文所用，術語“導電構件”是指諸如（例如）導線、金屬跡線、電子組件、或它們的組合之類的導電構件。

在考慮具體實施方式以及所附權利要求書之后，將進一步理解本發明的特征和優點。