[發(fā)明專利]氣體傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710071081.8
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN107064269B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A.彼得森;A.克勞斯;M.巴德亞
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N27/414
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;杜荔南

氣體傳感器。一種用于確定氣體濃度的測量裝置包括：氣敏元件，其用于吸收氣體；掃描裝置，其用于在預(yù)先確定的時間段內(nèi)確定元件的參數(shù)，其中參數(shù)依賴于氣體的被吸收的量；刺激設(shè)備，其用于刺激所述元件，以便加速氣體從所述元件中的解吸；以及處理設(shè)備。在此，處理設(shè)備被配置為：確定參數(shù)的改變速度；控制所述刺激，使得所述元件中的氣體的濃度處于平衡狀態(tài)之外；以及基于改變速度來確定氣體濃度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣體傳感器。本發(fā)明尤其是涉及用于以經(jīng)改善的方式確定氣體的濃度的一種裝置以及一種方法。

背景技術(shù)

氣體傳感器被配置為確定諸如空氣之類的流體介質(zhì)中的預(yù)先確定的氣體、例如臭氧的濃度。為此，氣體傳感器遵循間接測量原理，其中設(shè)置氣敏元件，在氣敏元件處能夠確定可能受氣體濃度影響的參數(shù)。該參數(shù)理想地僅僅依賴于要測量的氣體的濃度（選擇性）。氣體濃度的小的改變就已經(jīng)應(yīng)當以可測量的方式影響參數(shù)。在氣體濃度與可測量的參數(shù)之間應(yīng)當存在所定義的關(guān)聯(lián)（精確度）。要測量的特性應(yīng)當盡可能快地隨著氣體濃度改變（短測量時間）。此外，這些改變應(yīng)當是可逆的（傳感器的壽命）。濃度應(yīng)當可以以低成本來測量（費用和小型化能力），并且測量方法應(yīng)當僅僅需要少量能量，以便適于例如智能電話中的移動應(yīng)用。

小型構(gòu)造并且間接測量的氣體傳感器通?；趫鲂?yīng)晶體管（FET）或金屬氧化物層（MOX層）。在基于FET的傳感器的情況下，要測量的氣體大多影響安裝在柵電極上的氣敏層的逸出功，并且因此大多導(dǎo)致源極-漏極電流的改變。這樣的傳感器的示例在申請DE 102008 048 715 或EP 1 104 884 82中予以描述。

在基于MOX層的氣體傳感器的情況下，可加熱MOX層的電阻被測量。該電阻由于一定氣體的存在以及其與MOX層的化學(xué)相互作用（氧化和還原過程）而改變。為了監(jiān)控傳感器針對預(yù)先確定的氣體的靈敏性和選擇性，MOX層是可加熱的。借助于熱刺激，傳感器可以被保持在所定義的狀態(tài)下，以便保證所期望的測量精度。熱刺激亦稱再生（Regeneration）。其它類型的再生同樣是可能的，例如光學(xué)方式。

本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明一種經(jīng)改善的間接測量的氣體傳感器。本發(fā)明借助于獨立權(quán)利要求的主題來解決該任務(wù)。從屬權(quán)利要求反映了優(yōu)選的實施方式。

發(fā)明內(nèi)容

一種用于確定氣體濃度的方法包括下列步驟：借助于氣敏元件來吸收氣體；在預(yù)先確定的時間段內(nèi)確定元件的參數(shù)的改變速度，其中所述參數(shù)依賴于所吸收的氣體的量；刺激元件，以便加速氣體從元件中的解吸，其中所述刺激進行為使得在元件中的氣體的濃度處于平衡狀態(tài)以外；以及基于改變速度來確定濃度。

已經(jīng)認識到的是，不必等待直到傳感器與氣體處于平衡狀態(tài)，以便確定氣體濃度。直到采取平衡狀態(tài)為止，通常流逝了高達幾分鐘的范圍中的時間。為了實現(xiàn)迅速的測量，已經(jīng)足夠的是，確定元件的參數(shù)的改變速度。在此，傳感器被有意地保持在平衡狀態(tài)之外的狀態(tài)中。為此，傳感器可以可替代地根據(jù)改變速度或者以時間控制的方式、尤其是周期性地被刺激。由此，氣體的濃度可以快速和成本低地被確定，并且方法的能耗可以被減小。確定改變速度的預(yù)先確定的時間段優(yōu)選地盡可能直接在元件的刺激開始或結(jié)束以后。在這些時刻，改變速度有利地是大的，使得測量誤差可以是相對小的。此外，時間窗的大小由此可以被選擇為較小的，使得所述確定可以占用較少時間。

刺激優(yōu)選地周期性地進行，以便將元件中的氣體的濃度保持在預(yù)先確定的范圍中。換言之，優(yōu)選通過交替地刺激和排除刺激物（Stimulus）來將元件保持在非平衡狀態(tài)的預(yù)先確定的范圍中。例如可以力求將元件保持在如下范圍中：在該范圍中，所述參數(shù)為平衡狀態(tài)下的值的大約50%至80%。由此，也可以多次彼此相繼地有針對性地確定改變速度。

特別優(yōu)選的是，直接在切斷刺激物之后的改變速度是確定濃度的基礎(chǔ)。已經(jīng)表明：所述參數(shù)直接在關(guān)斷刺激物之后是特別穩(wěn)定的，并且允許低噪聲地確定參數(shù)。這可以部分地歸因于，測量值在切斷刺激物的情況下不依賴于刺激，并且因此不依賴于可能的波動或可能的噪聲?；谒龈淖兯俣?，可以以經(jīng)改善的方式來確定氣體濃度。