[发明专利]燃烧排放气体的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及通过燃烧排放的气体的传感器，所述传感器包括一种或 多种形成具有气体吸附性的半导体的金属氧化物，所述半导体的电阻随 所吸附的气体而变化。

背景技术

这类传感器可由专利申请WO98/08084获知。此文献描述了获得如 下这类传感器的可能性，这类传感器基于单独使用或与无机半导体混合 使用的有机半导体如酞菁或者仅使用无机半导体。这些传感器同时检测 隐燃火(feux couvant)即无火焰的火和明火(feux vifs)即有火焰的 火。由有机和无机半导体形成的这些传感器具有检测是否存在燃烧排放 的一种或多种气体的作用。

在火灾检测中，还已知烟雾检测器，该烟雾检测器的离子和光学传 感器检测在烟雾中存在的固体颗粒。但是，这些类型的检测器具有一些 缺点，因为它们的反应性尤其取决于所排放颗粒的尺寸。另外，有些火 如醇火并不排放固体颗粒，因而不可能被检测到。因此这些类型的烟雾 检测器无法检测所有类型的火。

通过半导体的气体检测是众所周知的，但重要的是在火灾检测中要 只检测燃烧时排放的气体以避免任何干扰的风险并且因此避免假警报。

借助检测燃烧过程中排放的气体的传感器进行火灾检测的优点主 要基于以下的事实。它们使得能够更容易地检测火，因为气体传播的速 度远大于通过离子和光学烟雾检测器检测的固体颗粒的传播速度。另 外，它们的检测范围可以极大地扩展到所有类型的火，只要它们检测到 在任意类型的燃烧时排放的气体。这种标准显然在一氧化碳CO检测器 的情况下得不到满足，一氧化碳CO检测器通常只检测这种燃烧气体。 这是因为某些类型的火只排放非常少的CO，如醇明火。

燃烧气体检测器由于以下事实也是特别有利的：它们对于灰尘不敏 感，因而可以被用在满是灰尘的工业或其它环境中。

例如US6046054或UK2267968A中所述的能够用于火灾检测的金属 氧化物基传感器通常要么使用掺杂有贵金属的氧化锡SnO₂，要么使用双 氧化物CrTiO_x、CrRbO_x、SrTiO₃，例如正如EP0609316B1、EP0656111B1、 US5767388或US5635628中所述。它们的基本作用是检测可燃气体的排 放，并且尤其对于火灾检测来说，则检测一氧化碳CO的排放，同时尽 力避免干扰气体。其它类型的气体传感器基于专门检测一氧化碳CO的 电化学电池。遗憾的是，由于它们只检测是否存在特定的气体(CO)， 因此它们不能检测所有类型的火。

基于金属氧化物如氧化锡SnO₂、氧化镓Ga₂O₃等的传感器在高于 400℃的提高的温度下工作。在环境气氛中，它们的半导性取决于被吸 附在表面上的空气中的氧。在存在可燃气体如一氧化碳、烃和部分氧化 的烃时，它们在传感器的表面经历了利用预先吸附的氧的催化燃烧。结 果是表面上吸附的氧的量降低，因而传感器的电阻发生变化。这些传感 器被归类为基于金属氧化物的“催化”传感器。

但是这些类型的检测器只能用于检测足够大量排放一氧化碳CO的 隐燃火。因为它们无法检测带有火焰的火，这些带有火焰的火排放的未 完全燃烧的残余物和一氧化碳非常少。

鉴于它们只检测隐燃火，单独使用的这种类型的传感器的应用范围 相对较窄，它们通常必须与其它类型的传感器(光学的、热的等)结合。

基于掺杂型氧化锡SnO₂或氧化镓Ga₂O₃的“催化”传感器具有许多 干扰并且在氧化硫SO₂存在下耐标准腐蚀试验性非常差。另外，它们的 灵敏度受环境湿度的影响。

这些传感器在常温下依据燃烧排放的气体的吸附和解吸原理工作。 它们因而不再是“催化”传感器，而是在半导体表面具有燃烧气体“吸 附性”的传感器。

理论上，在常温下进行工作可能在能量消耗方面具有某些益处，因 为传感器不需要被加热。这是因为传感器的能量消耗是一个非常重要的 因素，因为在可包含几百个传感器的控制线上，必须要提供电池电源， 在主电源毁坏的情况下，所述电池电源必须能够保持监控72小时。如 果每个检测器的消耗都过高的话，则电池的数量和成本会变得过高。