[发明专利]气体检测仪及其方法

说明书

本发明涉及一种气体检测仪，特别是涉及一种低功率常温型的气体检测仪及其方法，该方法是利用无独立加热器的气敏层的伏安特性来进行检测操作的。

通常的气体检测仪是通过将加热器安装在直接检测气体的气敏器件上构成的。因此，当电压加到该加热器上时，从加热器中产生的热使检测仪的气敏层升高到一个较高的温度(200-500℃)上。关于利用气敏器件的加热器来加热气敏层的理由将在下面说明。

气敏器件的气敏层是以半导体氧化物为主要材料制成的，其中掺有金属催化剂Pt、Au或Ag。在检测操作过程中，气敏层测量半导体氧化物的电导率随气体变化情况。上述半导体氧化物在室温下具有相对高的电阻(超过几MΩ)，然而，当温度升高到200℃以上的较高温度时，该半导体氧化物的电阻降到几十或几百KΩ，这便使该半导体氧化物较易与存在于周围环境中的各种还原气体发生反应。

如上所述，为了使气敏层能够较敏感地与气体发生反应，从而提高电导的变化率，需要采用加热器。

参考附图下文将说明上述常规气敏器件和检测仪器。图1是一个常规气敏器件的剖视图，图2是一个常规气敏器件的平面图。

常规的气敏器件按下述方式构成：采用网板印刷方法在氧化铝(Al₂O₃)基片1上形成一个用于加热气敏层的加热器3和两个用于测量气敏层电导率变化的电极2。在电极2上面形成用于检测气体的气敏层4。此时，气敏层4是由SnO₂和金属催化剂(如Pt、Au或Ag)混合而成的半导体氧化物组成的。其中加热器3位于氧化铝基片1的后表面上，如图1所示，或者位于形成有电极的基片1的前表面上，如图2所示。

下文将描述采用上述气敏器件进行气体检测的常规气体检测仪。图3为常规气体检测仪的方框图。

如图1和2所示，常规的由气敏器件11构成的气体检测仪包括：一个用于驱动气敏器件11的加热器3的加热驱动器12；一个用于向气敏器件11的电极提供电压的电压源13；一个用于检测随气敏器件11检测的气体变化的电流的电流检测器14；以及一个控制电压源13和加热驱动器12和接收来自电流检测器14检测到的电流，并据此对气体进行判断的控制判断部分15。

下文将说明常规气体检测仪的操作：首先，通过控制判断部分15控制电压源13和加热驱动器12，以便使电压源13向气敏器件11的电极2提供电压，并且使加热驱动器12向气敏器件11的加热器3提供电源，借此将气敏层4加热到一个高于200℃的温度。在这种状态下，当气敏器件检测气体时，气敏层4的电阻将发生变化。

此时，如果气敏层4暴露在气体中并与其发生反应，气敏层4的电阻值将变得比气敏层在空气中时的电阻值低。所以，即使电压源13向气敏器件11提供恒定的电压，也将有一个大的电流输出。相应地，电流检测器14检测流过气敏层的电流，并将此电流加到控制判断部分15上。

进行气体检测操作时，控制和判断部分15比较从电流检测器14输入的电流从而测量气敏器件11的气敏层的电导率。也就是说，在常规的气体检测仪中，电压源13提供一个恒定电压，气体检测是根据电流检测器14检测到的电流值来进行判断的。

然而，常规的气体检测仪存在下述几个问题：第一，用于使气敏层加热至一个合适温度的加热器和加热驱动器需要彼此分开，这便使气体检测仪复杂化，不仅降低了效率，也增加了成本。

第二，由于器件被加热到一个比较高的温度，这就增加了功率消耗。此外，由于热冲击(thermal shock)，使气敏器件断裂，因而损害了该气敏器件的可靠性。

第三，常规的气体检测仪虽然可以检测气体的温度，但不能判断气体的种类。

本发明的目的在于：提供一种气体检测仪和一种气体检测方法，采用该仪器和方法可以在常温低功率状态下，利用无独立加热器的与气体反应的气敏层的伏安特性来进行气体检测。

为了达到本发明的目的，提供一种包括下述元件的气体检测仪：一个依靠施加的电压进行自加热的气敏器件，该器件的电阻变化量随其周围的气体而变化；一个给气敏器件提供可变化电压的电压源；一个用于检测随气敏器件检测的气体变化的电流的电流检测器；一个用于控制电压源以便控供给气敏器件的电压变化值的控制判断部分，该部分接收来自电流检测器的电流值并根据伏安特性来判断气体的种类和浓度。