[实用新型]气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器用于气体中样品浓度的测定。

背景技术

大多数电流型电化学气体传感器通过氧化或还原被测气体所得的电流响应值与气体浓度间的关系测量气体浓度。测量时，气体先通过传感器预设的气体限流装置扩散到电极表面，溶解在电解液中，然后在电极表面吸附、发生氧化还原反应，反应产物脱附离开电极表面，这一串联过程的任何一个步骤都可能限制反应速度，从而影响到传感器的灵敏度。

为了提高商品化气体传感器的稳定性，在进行传感器设计时一般都希望将传感器的响应值设计在气相极限扩散电流区，这可通过提高催化活性、加大扩散阻力来实现，这样传感器的响应完全由气体的气相传质速度决定，而气体气相传质速度基本由气体流速、待测气体的物理化学特性（气体扩散系数）及传感器预设的气体限流装置的机械形状计尺寸或扩散渗透特性决定，此时传感器具有响应线性较好、响应值受电位控制波动的影响较小、灵敏度也较为稳定，受温度、压力等环境因素影响较小等特点。

而实际上，大多数传感器的响应处在混合控制区，即传感器的响应值受上述多个过程的影响，此时传感器的响应特性变得复杂了，环境及电极自身活性状态对响应值的影响变大，并且不可预知，而要在理论上对上述所有过程进行定量数学表达也比较复杂。为了获得准确可靠的测量结果，通常的做法是：在传感器使用前在与实际测量条件接近的气流速率、压力、温度、湿度以及气体组分、条件下进行标定以减少上述干扰，而且标定时间与测量时间尽可能接近以减少传感器灵敏度由于敏感元件老化、失活、活化或中毒等影响变化对测量结果造成的影响。

标定的频繁与专业要求为厂商和用户带来了诸多不便并且增加了运营与使用成本。提高传感器的稳定性、在降低传感器标定频率的同时不牺牲准确性也是传感器及检测仪器制造商面临的巨大挑战。

发明内容

本发明利用传感器对气体响应的特点，对传感器结构及测量过程进行控制以提高传感器测量的稳定性，降低传感器标定频率。

本发明所述气体传感器由气体敏感元件、气室、气体扩散通道组成，其结构特征在于：所述气体敏感元件处在一测量气室中，所述测量气室通过至少两个不同的气体扩散通道与待测气体接触，允许气体通过不同的扩散通道扩散到敏感元件表面，所述扩散通道包括气体扩散阻力件。所述气体扩散通道阻力件包括扩散孔、毛细管组件、多孔薄膜、气体渗透膜等。

所述测量气室可通过至少两个不同的气体扩散阻力件分别与相对应的限流气室相通，气体扩散阻力件的阻力不同，限流气室通过阀或毛细管门连接气体管路，允许待测气体分别进入不同的限流气室进行测量。

所述传感器的测量气室、至少两个气体扩散阻力件、限流气室可依此串联相通，允许通过不同的扩散通道到达敏感电极表面，限流气室通过阀门或毛细管连接气体管路。

所述敏感元件吸附或消耗待测气体,与待测气体浓度间的响应关系是线性的,且响应大小受气体扩散速度的影响;所述气体敏感元件包括电化学传感器、催化燃烧传感器、半导体传感器。

该传感器的响应值主要由传感器气室内的气相传质过程控制，该传质过程主要受气体流动状态、气体扩散阻力件的机械形状及尺寸决定，较为稳定可控，而气体溶解、液相扩散、气体吸附、氧化还原反应及反应产物脱附等受环境影响较大的过程及传感器催化活性变化对传感器响应的影响通过两次测量被扣除，因而可大幅度提高测量的稳定性及准确性。

该测量方法可用于直接测量气体浓度，也可用于对传感器灵敏度进行标定而不需要已知浓度的标准气体。

附图说明

图1：本发明气体传感器结构示意图之一

图2：本发明气体传感器结构示意图之二

具体实施方式：

应用实施例一

对于气体测量的反应过程，可以简单地将其分为两类：第一类为气相传质过程，该过程的特点在于：传质速度主要由气体流速、气体物理化学特性及气相扩散阻力决定（本文定义该过程阻力为Rm），稳定性较好；第二类统称为反应过程，它包括气体溶解、液相扩散、气体吸附、氧化还原反应及反应产物脱附等过程，该过程较为复杂，而且影响因素较多（本文定义其全过程阻力为Rcat），如果传感器对气体浓度的响应是线性的，则传感器的响应满足下述关系：（气相传质阻力及其他过程阻力）

S =KC/(Rm+Rcat )                      （1）

或

KC/S = Rm +Rcat                    （2）

其中K为常数，C为气体浓度。