[发明专利]具有活性层的氢气传感器和生产氢气传感器的方法

说明书

发明领域

本发明涉及氢气传感器和并入这类传感器的氢气检测器，所述检测器容许检测氢气和/或测量传感器置于其中的介质中的氢气浓度。本发明还涉及生产氢气传感器的方法。

现有技术

具有有关特征的已知氢气检测器和传感器是生产起来昂贵的产品，因此对在整个市场中的使用而言具有有限的意义。提出较便宜的技术的解决方法涉及特征，例如关于能够测量和/或检测的所考虑浓度范围和/或在几种其它气体中测量或检测氢气的可能性等的明显限制。

为克服这些各个缺点，本发明提供不同的技术方法。

发明概述

首先，本发明的第一目的是提供氢气传感器和并入这类传感器的检测器，其具有与现有氢气传感器和检测器相比有利的成本价格。

本发明的另一目的是提供用于测量和检测0-100%H₂浓度范围内的氢气浓度的氢气传感器和检测器。

本发明的又一目的在于提供精确且可靠的氢气传感器和检测器。

最后，本发明的又一目的在于提供用于测量和检测其它气体混合物中氢气的存在的传感器和检测器。

因此，本发明涉及包含材料的活性层沉积于其上的基质的氢气传感器，所述材料包含第一元素、第二元素和第三元素，所述第一元素选自稀土族或至少两种稀土族元素的组合，第二元素选自铂系金属(PGM)或至少两种铂系金属(PGM)元素的组合(或后者元素的组合)，且第三元素选自碱土金属族或至少两种碱土金属族元素的组合。

活性层的电阻以与接触该活性层的氢气的浓度基本成比例的方式变化，这使得可使用该层作为氢气传感器。另外，活性层的电阻主要取决于氢气分压，而不是传感器置于其中的介质的总气体压力。此外，活性层上的反应是可逆的，且活性层即使在氢气吸收和解吸的几个循环以后保持完整。活性层在环境温度下在巨大的氢气浓度范围内是可用且有效的。

传感器的响应非常迅速且信号再现性好。金属化合物如LaMg₂Pd的使用可产生可用作传感器的活性层。在一个变化方案中，活性层用于测量氢气。

测量证明氢致绝缘-金属转变在部分充有LaMg₂PdH₃组合物的相与完全充满LaMg₂PdH₇组合物的相之间在基本环境温度和基本低氢气压力下发生。

活性层的第一元素优选选自镧系。甚至更优选，活性层的第一元素选自副族，包括镧、铈、镨、钕、钐、铓，或至少两种该副族的金属元素的组合。

优选，活性层的第二元素选自钯和铂。

优选，活性层的第三元素选自镁和钙。甚至更优选，活性层的第三元素由镁形成。

活性层具有1nm-0.1mm，更优选5-10,000nm，甚至更优选50-1,500nm的厚度。

有利地，基质包含选自钛酸锶(SrTiO₃)、玻璃(硼硅酸盐)、硅和云母的材料。当然，适于使用常规真空沉积方法使活性金属层沉积的任何其它材料可预期作为基质。

在有利实施方案中，活性层涂有由钯和/或铂形成的涂层。

根据另一方面，本发明涉及包含氢气传感器和连接在所述传感器上的电子测量组件的氢气检测器，其中配置所述电子组件以测量所述传感器的状态参数且能够输出代表传感器置于其中的介质中的氢气浓度的电测量信号，其特征在于所述氢气传感器为包含材料的活性层沉积于其上的基质的氢气传感器，所述材料包含第一元素、第二元素和第三元素，所述第一元素选自稀土族或至少两种稀土族元素的组合，第二元素选自铂系金属(PGM)或至少两种铂系金属(PGM)元素的组合(或其组合)，且第三元素选自碱土金属族或至少两种碱土金属族元素的组合。

根据检测器的有利特征，配置电子测量组件以测量活性层的电阻并将代表所述电阻的信号输送至例如处理系统或储存系统，然后输送至显示器件。

根据本发明氢气检测器的一个特定实施方案，电子测量组件进一步包含连接在所述传感器上的比较器，且代表通过该组件所测量的氢气浓度的电测量信号从所述传感器输入所述比较器，配置所述比较器以输出作为所述输入信号与至少一个预定阈值信号的对比的函数的检测信号，并且优选配置电子测量组件使得至少一个预定阈值信号是可编程的。

本发明进一步提供生产氢气传感器的方法，其包括如下步骤：

-取得适于活性金属层应用的基质；