[发明专利]用于包括催化结构的可燃气体传感器的比较诊断

说明书

一种用于检测分析物气体的可燃气体传感器(200)，包括第一元件(110)和与第一元件电连接的电子电路(300)，第一元件(110)包括第一电加热元件(140)、在第一电加热元件上的第一支撑结构(170)和被支撑在第一支撑结构上的第一催化剂。电子电路被配置为以第一模式和第二模式操作，在第一模式中，第一元件(110)以第一催化剂催化分析物气体的燃烧的第一温度被操作，在第二模式中，其中第一元件以第二温度被操作，第二温度在第一催化剂催化分析物气体的燃烧的温度之下、但在第二温度处发生第一元件的焦耳加热。电子电路还被配置为测量与第一元件的质量相关的第二模式中的变量。传感器还可以包括并行操作的第二元件(110a)，第二元件可以包括第二催化剂。

背景技术

提供以下信息以帮助读者理解下面公开的技术以及通常可以使用这些技术的环境。除非在本文件中另有明确说明，否则本文中使用的术语不旨在限于任何特定的狭义解释。本文所述的参考文献可以有助于理解技术或其背景。本文中引用的所有参考文献的公开内容均通过引用并入。

催化或可燃(易燃)气体传感器已经使用多年，以例如防止由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操作。

催化可燃气体传感器的操作通过可燃气体在氧化催化剂上的反应热的电气检测(通常通过电阻变化)来进行。氧化催化剂通常以高于300℃的温度操作以催化分析物的燃烧(例如，对于甲烷检测，在350至600℃的温度范围内)。因此，传感器必须通过电阻加热充分加热感测元件。在很多可燃气体传感器中，加热和检测元件是同一元件并且由铂合金构成，因为它在目标/分析物气体中具有大的电阻温度系数和相关的大信号。加热元件可以是细线的螺旋线圈或形成为热板或其他类似物理形式的平面曲折。被加热的催化剂通常是分散在耐火催化剂基质或支撑结构上的活性金属催化剂。通常，活性金属是一种或多种贵金属，诸如钯、铂、铑、银等，并且支撑结构是难熔金属氧化物，包括例如铝、锆、钛、硅、铈、锡、镧等的一种或多种氧化物。支撑结构可以具有或不具有高表面积(即，大于75m²/g)。用于支撑结构和催化金属的前体可以例如使用例如厚膜或陶瓷浆料技术在一个步骤或单独的步骤中被粘附到加热元件。例如，可以加热催化金属盐前体以将其分解成期望的分散活性金属、金属合金和/或金属氧化物。

如图1A和图1B所示，很多传统的可燃气体传感器(诸如图示的传感器10)通常包括诸如包裹在耐火(例如，氧化铝)珠子30中的铂加热元件线或线圈20等元件，耐火珠子30浸渍有催化剂(例如，钯或铂)以形成活性或感测元件，活性或感测元件有时被称为pelement40、催化器(pellistor)、检测器或感测元件。在Mosely,P.T.和Tofield,B.C.,ed.的Solid State Gas Sensors,Adams Hilger Press,Bristol,England(1987)中详细讨论了pelement和包含这种pelement的催化可燃气体传感器。在Firth,J.G.等人的Combustion and Flame 21,303(1973)以及Cullis,C.F.和Firth,J.G.,Eds.的Detection and Measurement of Hazardous Gases,Heinemann,Exeter,29(1981)中也讨论了可燃气体传感器。

珠子30将对除了可以改变其输出的催化氧化以外的现象(即，改变珠子上的能量平衡的任何东西)起反应，从而在可燃气体浓度的测量中产生误差。这些现象包括环境温度、湿度和压力的变化。