[发明专利]用于测量气体浓度的传感器

说明书

本公开涉及一种用于测量环境空气样本中的目标气体的气体浓度的传感器。传感器包括第一气敏组件、第二气敏组件和加热元件，第一气敏组件包括设置在第一对测量电极之间的第一气敏层，第二气敏组件(120)包括设置在第二对测量电极(之间的第二气敏层，加热元件(135)用于加热第一气敏层和第二气敏层。第一气敏组件被配置为测量第一浓度带中的、目标气体的气体浓度，第二气敏组件被配置为测量第二浓度带中的、目标气体的气体浓度。传感器被配置为在相应的过渡状态中运行以测量第一浓度带和第二浓度带。过渡状态位于扰动状态和饱和状态之间。过渡状态的特征在于对目标气体的灵敏度高于扰动状态和饱和状态对目标气体的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种用于测量环境空气样本中目标气体的气体浓度的传感器，特别是一种基于金属氧化物半导体的气体传感器。

背景技术

气体传感器基于以下概念：在大于100摄氏度的范围内的气敏层的高温下，气体分析物与气敏层，特别是金属氧化物层相互作用。

由于气态分析物和气敏层之间的催化反应，气敏层的导电性可能变化，可以测量该变化。因此，这种气体传感器也被表示为高温化学电阻器或化学传感器，因为分析物的化学性质在气敏层的高温下转换成电阻变化。

气体传感器可用于检测周围气体中的一种或多种物质(目标气体)，特别是在气体传感器周围的环境空气样本中的一种或多种物质。具体应用可以包括检测有毒气体、检测用户呼吸中的乙醇、硫化物或其他组分、或检测诸如臭氧等其他物质。

对于一些应用，可能特别需要不仅检测目标气体，而且还确定目标气体的浓度或阈值浓度。这带来了额外的挑战。

US 2004/0026268提供了一种气体传感器，其中电动势型气体传感器元件形成在基板上。电动势型气体传感器元件具有形成在基板上的加热元件、形成有插入加热元件上的绝缘层的固体电解质层、和形成在固体电解质上的两个电极，其特征在于基板是耐热玻璃基板。

EP2051067A1公开了一种氢气浓度传感器，其包括基板和形成在基板上的彼此相邻的多个氢检测膜。氢检测膜具有薄膜层和形成在薄膜层上的催化剂层。当与氢气接触时，每个催化剂层进行光催化以可逆地氢化每个薄膜层并使其电阻值可逆地变化。各个薄膜层具有在氢气浓度变化对电阻值变化方面的不同变化灵敏度和不同的氢气浓度测量范围。在氢气浓度低时，氢气浓度传感器利用具有高灵敏度的薄膜层测量氢气浓度，而在氢气浓度高时，氢气浓度传感器利用具有宽测量范围的薄膜层测量氢气浓度。

DE 4424342 C1公开了一种传感器阵列，其具有作为电阻器组件运行的金属氧化物半导体气体传感器，其中每个传感器由施加到基板的接触电极(接触焊盘)和沉积在其上的传感器活性层组成，其中至少部分传感器具有相对于其他传感器的接触焊盘的不同接触间隔L和/或传感器活性层的区域的不同尺寸和/或接触和传感器活性层之间的不同接触边界区域A。

因此，本发明的一个方面的目的是提供一种具有增强的测量能力的气体传感器，特别是一种有助于以改进的精度测量目标气体浓度的气体传感器。

发明内容

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种用于测量环境空气样本中的目标气体的气体浓度的传感器。该传感器包括第一气敏组件、第二气敏组件以及一个或多个加热元件，该第一气敏组件包括布置在第一对测量电极之间的第一气敏层，该第二气敏组件包括布置在第二对测量电极之间的第二气敏层，该一个或多个加热元件被配置为加热第一气敏层和第二气敏层。第一气敏层和第二气敏层包括金属氧化物半导体。

第一气敏组件被配置为测量第一浓度带中的目标气体的气体浓度，第二气敏组件被配置为测量第二浓度带中的目标气体的气体浓度。

第一浓度带不同于第二浓度带。