[发明专利]具有单独污染物检测元件的气体传感器

说明书

用于检测环境中的分析物气体的系统包括：第一气体传感器；第一污染物传感器，该第一污染物传感器与第一气体传感器分离并间隔开；以及电子电路装置，该电子电路装置与第一气体传感器电连接以基于第一气体传感器的响应来确定分析物气体是否存在。电子电路装置还与第一污染物传感器电连接，以测量第一污染物传感器随时间的响应。第一污染物传感器的测量响应随着系统随着时间暴露于环境中的一种或多种污染物的量而发生变化。

背景技术

提供以下信息以帮助读者理解下文所公开的技术以及通常可以使用这些技术的环境。除非本文档中另有明确说明，否则本文中所使用的术语不旨在局限于任何特定狭义解释。本文中所阐述的参考文献可以促进对技术或其背景的理解。本文中所引用的所有参考文献的公开内容通过引用并入本文。

催化或可燃(易燃)气体传感器已经使用了很多年，例如以防止由可燃气体或易燃气体爆炸引起的事故。一般而言，可燃气体传感器通过催化氧化可燃气体来操作。

催化可燃气体传感器的操作通过对可燃气体在氧化催化剂上反应热进行电检测来进行，通常通过电阻改变来进行。氧化催化剂通常在高于300℃的温度下操作，以催化分析物的燃烧(例如，在350℃至600℃的温度范围内的温度下操作，用于甲烷检测)。因此，传感器必须通过电阻加热充分加热感测元件。在一些可燃气体传感器中，加热和检测元件为同一个元件，并且由于铂合金的大电阻温度系数和相关联的目标/分析物气体中的大信号，加热和检测元件由铂合金构成。加热元件例如可以为细丝制成的螺旋线圈，或形成为热板的平面弯折体，或其他类似物理形式。被加热的催化剂通常为分散在耐火催化剂载体或担体结构(support structure)上的活性金属催化剂。通常，活性金属为一种或多种贵金属，诸如钯、铂、铑、银等，而担体结构为难熔金属氧化物，包括例如铝、锆、钛、硅、铈、锡、镧等的一种或多种氧化物。担体结构可以具有或没有高表面积(例如，大于或等于75m²/g)。用于担体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多个单独步骤中粘附到加热元件上。催化金属盐前体可以例如被加热以将其分解为期望分散活性金属、金属合金和/或金属氧化物。

如图1A和图1B所示，诸如所图示的传感器10之类的多个传统的可燃气体传感器通常包括元件，诸如包裹在耐火(例如，氧化铝)珠30中的铂加热元件丝或线圈20，该元件通过催化剂(例如，钯或铂)浸渍以形成活性元件或感测元件，该活性元件或感测元件有时被称为pelement 40，催化氧化传感器(pellistor)、检测器或感测元件。在Mosely，P.T.和Tofield，B.C.编辑的Solid State Gas Sensors(固态气体传感器)(Adams Hilger Press，Bristol，England，1987)中可以找到对pelement和包括这种pelement的催化可燃气体传感器的详细讨论。在Firth,J.G.等人的Combustion and Flame 21,303(1973)和Cullis,C.F.和Firth,J.G.编辑的Detection and Measurement of Hazardous Gases(危险气体的检测和测量)(Heinemann，Exeter，29，1981)中也对可燃气体传感器进行了讨论。

珠30将对除催化氧化之外的现象起反应，该现象可以改变其输出(即，改变珠上的能量平衡的任何东西)，从而在测量可燃气体浓度时产生误差。这些现象为环境温度、湿度和压力的改变。

为了使次级效应对传感器输出的影响最小，可燃气体的氧化速率可以例如根据感测元件或pelement 40的电阻相对于在失活补偿元件或pelement 50中体现的参考电阻的变化来测量。例如，两个电阻可以为诸如图1C所示的惠斯通电桥电路之类的测量电路的一部分。当存在可燃气体时，电桥电路两端产生的输出或电压提供对可燃气体的浓度的量度。补偿pelement 50的特点通常尽可能地与活性pelement或感测pelement 40匹配。然而，在一些系统中，补偿pelement 50可以不携载催化剂或携载失活催化剂或污染催化剂。一般而言，通过改变环境条件引起的补偿元件的特性改变用于调整或补偿感测元件的类似改变。