[发明专利]用于气体测试的传感器和方法

说明书

一种测试气体的方法包含提供传感器，所述传感器包含感测电极和对电极，所述感测电极包含包括钯的催化剂，所述对电极包含金属催化剂。电解质设置在感测电极与对电极之间，且外部电路连接感测电极和对电极。在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，气体与感测电极接触。检测到电容响应，所述电容响应是在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，由感测电极暴露于气体中产生的。

背景技术

用于检测烃或取代烃的气体传感器已用在各种工业或实验室设置中来用于过程控制。由于这些化合物也能够是可燃的或爆炸性的，因此在使用或制造这些化合物的地方，也已使用气体检测传感器来用于泄漏检测。已经使用或提出了各种类型的传感器。实例包含金属氧化物半导体（MOS）传感器、非色散红外检测器（NDIR）传感器、催化燃烧（pellistor）（球状电阻器）传感器和利用由陶瓷（诸如，钙钛矿）制成的高温固体电解质的混合潜力。

烃或取代烃的新应用已经创建并将继续为气体检测传感器创建新的挑战，其经受成本限制和选择性要求。一个这种应用是在冷却和加热领域，其中较老的氯化烃（CFCs）由于它们对地球的臭氧层的不利影响被淘汰。氯化氟碳化合物最初被氯氟烃R12（二氯二氟乙烷）代替；然而，对其臭氧消耗潜力（ODP）的持续关注和对化合物的全球变暖潜力（GWP）的新关注导致它们被像R32（GWP=675）的氟化烃代替。对ODP和GWP的持续关注，伴随着蒸气压缩热交换系统的性能要求，已导致新制冷剂的开发，诸如像反式-1,3,3,3-四氟丙烯（HFOR1234ze）的氟化不饱和烃（即，氢氟烯烃），具有6的GWP。随着更高GWP的制冷剂逐渐减少，这些无毒的制冷剂预计将在全球范围内使用。已经认识到，轻度可燃性将需要布置泄漏检测传感器，以消除内部建筑空间（无论是被人占领还是被管制）中潜在的火灾危险和窒息风险。在许多地区，正在开发建筑规范，其将托管这种气体检测能力。

以上类型的传感器在其中它们已被采用的工业或实验室设置中已被使用并具有不同程度的成功。然而，许多这种传感器有局限性，其能够影响它们在要求新的和现有应用（诸如商业应用）中的有效性。例如，由于对其他挥发性有机化合物（诸如酒精或燃料蒸气）的交叉敏感度，MOS和催化燃烧传感器容易出现错误警报。此外，用于检测氟化烃的MOS传感器的耐久性是有问题的，因为MOS传感器能够由于暴露于商业和住宅环境中可能存在的某些化学品而失效。NDIR传感器已被设计为具有良好的选择性和敏感度，但是是一种昂贵的解决方案，并且在设计和用于制冷剂检测时可能需要定期校准。

鉴于对用于诸如氢氟烯烃的制冷剂的选择性和成本有效的气体传感器的苛刻要求，仍然需要新的替代品，其可以更适合各种应用。

发明内容

根据一些实施例，传感器包括感测电极和对电极，所述感测电极包含包括钯的催化剂，所述对电极包括金属催化剂。电解质设置在感测电极与对电极之间。包含电阻荷载和测量装置的外部电路与感测电极和对电极处的电容器连接，以指示在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，在电阻荷载上测量瞬态电流时分子的吸附和释放。测量装置配置为在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，检测由感测电极暴露于气体中产生的电容电响应。

根据一些实施例，一种测试气体的方法包括提供传感器，所述传感器包括感测电极和对电极，所述感测电极包含包括钯的催化剂，所述对电极包括金属催化剂。电解质设置在感测电极与对电极之间，且外部电路连接感测电极和对电极。在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，气体与感测电极接触。检测到电容响应，所述电容响应是在没有施加到感测电极和对电极的电压偏置的情况下，由感测电极暴露于气体中产生的。

在以上实施例的任一个中，检测到的由感测电极暴露于气体中产生的在电路中的响应包括电流上的变化。

在以上实施例的任一个或组合中，基于响应来确定气体成分的浓度。

在以上实施例的任一个或组合中，气体成分浓度的确定包括测量与电容装置的化学吸附或解吸引起的充电或放电相关联的累积电荷，以确定气体中的烯烃或取代烯烃的浓度。