[发明专利]气体传感器

说明书

发明背景

本发明通常涉及气体传感器，更具体地涉及用于检测环境或液流样 品中一种或多种气体的气体传感器。

检测和控制室内和室外环境中包括二氧化碳浓度的空气质量逐渐 变得重要。有几种类型的气体传感器能检测二氧化碳(CO2)或其它气 体。

发明概述

本发明涉及气体传感器，更具体地涉及用于检测气体样品中的二氧 化碳和其它气体，在某些情况下为湿气的气体传感器。所述气体传感器 包括用于检测预定气体的传感器和加热所述传感器的加热器。操作时， 控制器向加热器提供能量从而将传感器加热至操作温度，所述操作温度 高于环境温度。在某些实施方式中，传感器和加热器与传感器的其余部 分(例如传感器基底)中的某些或全部热隔离。这可以帮助减少将加热 器和传感器加热至操作温度所需的能量的数量。这可以使更多的能量有 效地将传感器在隔开的时间间隔内加热至操作温度。本发明的气体传感 器理想地适用于由电池提供动力和/或无线装置。

同样公开检测气体的方法。一种示例性方法包括以下步骤：提供包 括氧化镧的固体电解质层，使所述固体电解质层与气体样品接触，以第 一能量的数量将固体电解质层从100摄氏度加热至操作温度，并基于第 一能量的数量测定气体样品中二氧化碳的浓度。

另一示例性方法包括以下步骤：提供包括氧化镧的固体电解质层， 使所述固体电解质层与气体样品接触，以水解吸的能量数量将固体电解 质层加热至约100摄氏度，以二氧化碳解吸的能量数量将固体电解质层 从大约100摄氏度加热到二氧化碳接解吸温度，接着基于水解吸的能量 数量检测气体样品中的湿气水平，并基于二氧化碳的能量数量检测气体 样品中二氧化碳的浓度。

附图的简要描述

图1是根据本发明示例性气体传感器的横截面侧图；

图2是图1示例性气体传感器的示意顶视图；

图3是根据本发明另一示例性气体传感器的横截面侧图；

图4是显示用于检测气体样品中二氧化碳浓度的差热分析的时间/ 温度图；

图5是显示用于测定气体样品中水和二氧化碳浓度的差热分析的时 间与温度图；

图6是根据本发明的示例性气体传感器装置的示意侧图。

发明的详细描述

本发明涉及气体传感器，更具体地涉及用于检测气体样品中二氧化 碳和其它气体，在某些情况下为湿气的气体传感器。图1是一种示例性 气体传感器的横截面侧图。图2是图1示例性气体传感器的示意顶视图。 该示例性气体传感器一般显示为10，并包括形成于基底14上或其上方 的传感器12。该示例性传感器12包括加热体层16，缓冲层18，下电极 层20，固体电解质层22，和上电极层24，在图1显示最佳。应当理解 显示的特定层以及它们的相对位置可以改变，并仍在本发明的范围内。 最重要的是加热体层16与固体电解质层22热连接，由固体电解质层22 提供接触。

在示例性实施方式中，加热体层16由通过电流产生热的电阻材料 制成。为了增加可以传递到传感器12的热量以及热量的均匀性，加热 体层16可以被构造成沿着传感器12区域来回弯曲，如在图2更好地显 示。

在示例性实施方式中，固体电解质层22可以由合适的固体电解质 材料制成。例如，如果待测气体为CO₂和/或湿气，固体电解质可以是 氧化镧，购自Sigma Aldrich Chemical Company，Milwaukee WI的 La₂O₃(CAS No.：1312-81-8)。根据需要，固体电解质层22可以是La₂O₃层或掺杂La₂O₃的材料(例如二氧化硅)层。

氧化镧是一种有用的固体电解质，因为它在环境温度下吸收水和二 氧化碳，当它被加热至100摄氏度时释放水，接着当被加热超过100摄 氏度释放二氧化碳。如所示，气体传感器的单个加热循环可以提供气体 样品中水(例如湿气)和二氧化碳准确的浓度测定。利用氧化镧的物理 性质(即，比吸收容量、体积和质量)和提供给氧化镧的热的数量，根 据差热分析中热质量的变化可以测定水和二氧化碳的浓度。一种示例性 差热分析传感器在US6,238,085中描述，在此通过参考结合。在一种示 例性实施方式中，该气体传感器最终的二氧化碳灵敏度为5ppm。