[发明专利]电化学气体传感器中的传感器信号的稳定

说明书

一种用于检测目标气体的电化学气体传感器，包括：包括至少一个气体入口的壳体；壳体内的电解质；与电解质离子接触的至少一个工作电极；与电解质离子接触的至少一个对电极；以及与电解质离子接触的至少一个次级电极。次级电极被配置为使得：经由至少一个气体入口进入壳体的目标气体在至少一个次级电极处的反应小于目标气体在至少一个工作电极处的反应。电化学气体传感器还包括与至少一个工作电极、至少一个对电极和至少一个次级电极操作地连接的电子电路装置。该电子电路装置被配置为测量来自至少一个工作电极的输出，并且测量来自至少一个次级电极的输出。在评估期间，基于来自至少一个工作电极的输出和来自至少一个次级电极的输出确定校正因子，以用于校正来自至少一个工作电极的输出，在该评估中，电化学传感器针对确定时间段暴露于目标气体。

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能够使用这些技术的环境。除非本文件另有明确说明，否则本文使用的术语不旨在限于任何特定的狭义解释。本文阐述的参考文献能够有助于理解这些技术或其背景。本文引用的所有参考文献的公开内容通过引用被并入。

电化学气体传感器或气体检测器通常包括至少两个电极，其中至少一个是气体扩散电极(工作电极)，并且其中另一个是对电极。两个电极经由适当的电解质(诸如，固体电解质或液体电解质)进行离子接触。在过去的几年中，使用离子液体作为电解质变得很普遍。

与电化学气体传感器相关联的问题是它们的响应行为随时间而改变。响应行为上的改变可能例如是由环境条件(诸如，压力、温度和湿度)上的改变以及长期暴露于分析物/目标气体或一个或多个交叉干扰气体引起的。许多气体传感器(诸如，氨气或NH₃气体传感器)通常在长期暴露于目标气体期间表现出信号下降。在一些情况下，可以应用补偿算法来校正这种对气体传感器的不利影响。例如，可以使用温度补偿来平衡目标气体的灵敏度。但是，在许多传感器不稳定的情况下，尚待开发适当的补偿算法。

发明内容

在一个方面，一种用于检测目标气体的电化学气体传感器包括：具有至少一个气体入口的壳体；壳体内的电解质；与电解质离子接触的至少一个工作电极；与电解质离子接触的至少一个对电极；以及与电解质离子接触的至少一个次级电极。次级电极被配置为使得：经由至少一个气体入口进入壳体的目标气体在至少一个次级电极处的反应小于目标气体在至少一个工作电极处的反应。电化学气体传感器还包括电子电路装置，该电子电路装置与至少一个工作电极、至少一个对电极和至少一个次级电极操作地连接。该电子电路装置被配置为测量来自至少一个工作电极的输出，并且测量来自至少一个次级电极的输出。基于来自至少一个工作电极的输出和来自至少一个次级电极的输出来确定校正因子，以用于校正来自至少一个工作电极的输出。在确定校正因子时，可以在评估期间测量来自至少一个工作电极的输出和来自至少一个次级电极的输出，在该评估中，电化学传感器暴露于目标气体达确定时间段。在这种评估期间，可以将包括已知浓度的目标气体的测试气体施加到电化学气体传感器针达确定的时间段。

在多个实施例中，电化学气体传感器还包括与电解质离子接触的至少一个参考电极。在这种实施例中，电子电路装置还与至少一个参考电极操作地连接。

例如，次级传感器可以被配置为使得：经由一个或多个物理屏障和/或电化学屏障，经由至少一个气体入口进入壳体的目标气体在至少一个次级电极处的反应小于目标气体在至少一个工作电极处的反应。如本文所使用的，术语“物理屏障”是指限制目标气体向次级电极的传送(例如，扩散)的组件或元件。如本文所使用的，术语“电化学屏障”是指降低或消除对于到达次级电极的表面的目标的分子在次级电极的表面处的催化/电催化活性的条件。降低或消除催化/电催化活性的条件例如可以通过表面材料和/或电位偏置的选择来调整。

在多个实施例中，电解质可以作为物理屏障操作。就此而言，至少一个工作电极可以被定位成与至少一个气体入口相邻，并且至少一个次级电极可以被布置成与至少一个气体入口相距预先确定的距离，该预先确定的距离大于至少一个工作电极距至少一个气体入口的距离。在多个实施例中，至少一个对电极和至少一个参考电极在至少一个工作电极与至少一个次级电极之间的过渡空间中位于壳体内。