[发明专利]包括一体支撑结构的可燃气体传感器以及具有多个活性元件的可燃气体传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请序列号61/256,749的权益，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

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催化或可燃(易燃)气体传感器已使用多年，例如用于防止由于可燃或易燃气体的爆炸引起的事故。通常，可燃气体传感器通过可燃气体的催化氧化来运行。如图1A和图1B所示，常规的可燃气体传感器10通常包括封装在耐火(例如，氧化铝)珠30内的诸如铂元素线缆或线圈20等元件，耐火珠30中充满催化剂(例如，钯或铂)以形成活性或感应元件，活性或感应元件有时被称为pelement40、pellistor、检测仪或感应元件。在Mosely， P.T. and Toffeld，B.C.，ed.，Solid State Gas Sensors， Adams Hilger Press，Bristol，England(1987)可找到pelement和包括这种pelement的催化可燃气体传感器的详细讨论。在Firth，J.G.et al.，Combustion and Flame 21，303(1973)以及Cullis，C.F.，and Firth，J.G.，Eds.，Detection and Measurement of Hazardous Gases，Heinemann，Exeter，29(1981)中也对可燃气体传感器进行了概括性讨论。

珠30将对能够改变其输出的除了催化氧化之外的现象(即，改变珠上的能量平衡的任何现象)做出反应，并且因此在可燃气体浓度测量中产生误差。这些现象包括环境温度变化、湿度变化和压力变化。

为了使次级效应对传感器输出的影响最小化，可依照感应元件或pelement40的电阻相对于在非活性的补偿元件或pelement50中包含的基准电阻的变化来测量可燃气体的氧化率。两个电阻通常为诸如图1C中所示的惠斯通(Wheatstone)桥式电路等测量电路的部分。当可燃气体存在时横过桥式电路所显现的输出或电压提供了可燃气体浓度的测量。补偿pelement50的特性通常与活性或感应pelement40尽可能紧密地匹配。然而，补偿pelement50通常不载有催化剂或者载有失活/中毒的催化剂。

例如，活性或感应元件40以及补偿pelement50能够配置在防爆壳体70的阱60a和60b内并且能够通过例如多孔金属熔块80的回火保险器与周围环境分离。多孔金属熔块80允许环境气体进入壳体70内，但是防止炙热元件点燃周围环境中的易燃气体。这种催化气体传感器通常安装在这样的仪器中：在一些情况下，所述仪器必须便携，因此，必须自身载有它们自身的电源。因此，期望使得催化气体传感器的功耗最小化。

如图1A至图1C中所示的催化气体传感器的电功率消耗通常在250mW至700mW的级上。此外，催化元件或pelement以及补偿元件或pelement的制造成本高。同样，成对元件通常占据制造催化气体传感器的成本的一半以上。此外，在尺寸和环境响应方面必须与感应元件紧密匹配的补偿元件占据传感器功率的近一半以及感应元件/补偿元件对的成本的一半。在开发低功率可燃气体检测仪以及降低补偿元件的成本或免除补偿元件方面已经投入了大量的研究运行。例如，美国专利号6,663,834公开了这样一种可燃气体传感器：其中补偿元件由热敏电阻器网络进行电子替换以补偿环境温度的变化。然而，美国专利6,663,834的传感器的功率要求仍相对高。

减小感应元件的感应元件线缆以及催化支撑珠的尺寸能够降低可燃气体传感器的功率要求。减小的线缆直径通常与较高的电阻相关联且因此与较低的电流/功率相关联，从而实现了一定的运行温度。而且，减小感应元件/pelement的尺寸/体积减弱了湿度和压力变化对于传感器的影响。过去，传感器包括由充裕尺寸和强度的线缆制成的元件以支撑其自身。随着近年来技术的进步，在通过例如减小感应元件的尺寸来降低传感器运行所需的功率水平方面做出了努力。而早期的可燃气体传感器需要多于一瓦的功率来运行，近期可供使用的可燃气体传感器已经能够在200-300毫瓦的范围内运行。