[發明專利]用于測定空氣中二氧化碳含量的設備和方法

有效

• 申請號: 201280029534.6
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN103635796B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: M.弗萊舍;R.波利;S.斯特格邁耶;O.馮西卡德
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414;G01N33/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 郝俊梅

技術領域

本發明涉及一種用于測定空氣中的二氧化碳含量的二氧化碳傳感器。此外，本發明還涉及一種用于產生表征空氣中二氧化碳濃度的氣體測量值的方法。

檢測二氧化碳，對于一系列的應用場合都是很關注的。對室內的空氣質量進行評判，高效節能地控制空調設備或者對潔凈的空氣進行監控都是實例。對二氧化碳進行檢測的目的，可以是提高舒適性。但是還可以實現或許可觀的能源節約。

因此，例如在一個隔絕良好的建筑物中，通過合理的空氣調節，幾乎可以節約一半的需要用于空氣調節的能量。在此還要符合空氣中的二氧化碳含量的要求。在汽車領域，對乘客車艙內進行合理的通風和空氣調節也是有利的。用于空氣調節的能耗減少了近似于0.3L/100km。

在一般的環境條件下，空氣中二氧化碳的濃度約為380-400ppm。用于二氧化碳的傳感器必須以該基本濃度為出發點，能夠對升高至例如4000ppm的濃度加以檢測。此時，問題還在于，二氧化碳分子是一種線形的、對稱的分子，因而不存在在各種傳感器原理中可以產生傳感器信號的電偶極矩。此外，所述分子在化學性能上是極不易發生反應的。

目前，非常行之有效的用于確定二氧化碳濃度的方法，因而首先出現在光譜學領域。在此，充分利用了例如波長約在4.3μm的具有特定波長范圍的二氧化碳來吸附光。由此可以實現準確而又選擇性地測定二氧化碳的濃度。此時，二氧化碳的化學反應性并不重要。光譜學的缺點，則是測量系統的錯綜復雜的結構和為了對測得的光譜進行分析所必需的可觀的費用。這最終導致龐大且昂貴的測量系統。

固體傳感器，像例如半導體氣體傳感器避免了光學測量系統的缺點。它很小，由于大批量生產，相對來說可以極其廉價地進行制造，而且不需要太復雜的信號分析裝置。但是固體傳感器的缺點在于，它要求待測量的分子必須具有一定的反應性，并且同時要對所有剛好具有一定的反應性的分子進行檢測。另外，固體傳感器具有較小的選擇性。這首先使得低反應類的，如二氧化碳就很難用這種傳感器進行測量，因為這種傳感器大多對碳氫化合物或者臭氧起很強的反應。

在此還廣泛存在一系列潛在的干擾氣體。它們包括二氧化氮（NO₂），一氧化碳（CO）和氫氣（H₂），氨（NH₃）,乙醇或者鹽酸（HCL）,一氧化氮（NO），氧化硫（SO_X），氧硫化碳（COS）,一氧化二氮（N₂O）和氫氰酸（HCN）,水（H₂O）以及有機的氣體，如甲烷，乙烷，乙烯，乙酰以及其它的碳氫化合物，如甲醛（CH₂O）。

其它的干擾氣體是胺（NH₂R₁，NH₁R₂，NR₃），酰胺（RC(O)NH₂，RC(O)NHR’，丙烯醛（C₃H₄O）和碳酰氯（COCL₂），芳香物質如苯（C₆H₆），乙苯，氯苯，甲苯，二甲苯，苯乙烯和苯酚（C₆H₆O）。此外，還有臭氧（O₃），揮發性有機化合物基團VOCs（volatile?organic?compounds）。

這些氣體部分已經出現在通常的環境空氣中，例如臭氧。其它的氣體來源是燃料，香煙煙霧，人類的活動，所應用的化學制劑，如清潔劑，打開的食物或者技術設備，如打印機。道路交通以及甚至天氣狀況也會導致氣體的出現。

背景技術

從H.-E.Endres等人的專利文獻”A?capacitive?CO₂sensor?system?with?suppression?of?the?humidity?interference”，Sensors?and?Actuators?B57(1999)，83-87中公知一種基于電容測量原理的二氧化碳傳感器。在所公開的電容傳感器中，應用了另一種用于產生濕度信號的濕度傳感器。

例如從EP1176418A2中公知一種可在此使用的電位控制的濕度傳感器。所述電位控制的濕度傳感器具有一個可與濕度無關地被極化的氣體敏感區域。此外，所述氣體敏感區域還具有一個與濕度有關的相對介電常數。