[发明专利]用于环境传感的传感器系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于环境条件检测的传感器和方法，并且更特别地涉及用于物理和物理化学传感应用的传感器和方法。

背景技术

在严酷环境中使用的传感器的关键性能指标包括承受极端环境条件的能力以及高选择性和灵敏度。因此，传感器材料的适当选择是传感器性能和应用中的考虑中之一。

已经用于耐严酷环境应用的材料的非限制性示例是耐火复合材料。例如碳化硅等典型的耐火材料是通过粉末冶金技术生产的已知耐热材料。在一些情况下，该材料的劣势是高孔隙率和形成裂纹的倾向性(特别在温度循环后)。该材料在温度循环(重复加热到操作温度并且在该操作后冷却)期间和在急剧温度变化条件下可以具有不足的稳定性。

常规用于在高温环境中防护热电偶和形成光纤传感器的材料常常包括致密碳化硅(SiC)陶瓷材料，例如Hexalloy^TM等。这些材料能够承受一些高温环境，但可能不能承受在高温设备和系统(例如，燃烧系统或气化器系统)中存在的热机械或热化学环境。

因此，需要有能够承受例如高温、高压和严酷热机械或热化学条件的严酷环境的传感器。该传感器还应该展现对环境条件中的变化的足够灵敏度。

发明内容

本发明的实施例中的一个或多个提供用于通过使用该传感器检测环境条件的传感器系统和方法。该传感器系统包括传感元件，其特别耐严酷环境条件。

在一个实施例中，提供传感器系统。该传感器系统包括至少一个传感器，其包括电传感元件。该电传感元件包括从由(a)和(b)构成的组中选择的复合材料；其中(a)包括碳化硅(SiC)、(Mo，W)₅Si₃C和(Mo，W)Si₂；并且(b)包括(Mo，W)₅Si₃C、(Mo，W)Si₂和(Mo，W)₅Si₃。

传感器可以响应于至少一个环境条件或环境事件。传感器包括电阻传感元件，其中该电阻传感元件用如上文提到的复合材料形成，并且在下文进一步描述。传感器系统进一步包括：能够传递电力给该电阻传感元件的电源；以及电压测量装置以测量横跨该电阻传感元件的电压差。

在再另一个实施例中，传感器包括电容传感元件，其中该电容传感元件包括两个电极，并且用如本文描述的复合材料形成。传感器系统进一步包括：能够传递电力给该电容传感元件的电源；以及电容测量装置以测量横跨该电容传感元件的电容。

在另一个实施例中，提供气化系统，其中该气化系统包括气化器和设置在该气化器的至少一个壁上或内的至少一个传感器系统。该传感器系统包括至少一个传感器，其包括电传感元件。该电传感元件包括从由(a)和(b)构成的组中选择的复合材料；其中(a)包括碳化硅(SiC)、(Mo，W)₅Si₃C和(Mo，W)Si₂；并且(b)包括(Mo，W)₅Si₃C、(Mo，W)Si₂和(Mo，W)₅Si₃。该传感器系统进一步包括传递电力给该电传感元件的电源，以及电测量装置以测量横跨该电传感元件的电性质。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中相似的符号在整个附图中代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是包括电阻传感器元件的传感器电路的实施例的顶视图。

图2A和2B图示分别在关联基底的尺寸改变之前和之后的传感器系统的传感配置，其中该传感器系统包括电阻传感器。

图3A和3B图示分别在关联基底的尺寸变化之前和之后的传感器系统的传感配置，其中该传感器系统包括三个电阻传感器。

图4是包括电容传感器元件的传感器电路的实施例的顶视图。

图5A和5B图示分别在关联基底的尺寸变化之前和之后的传感器系统的传感配置，其中该传感器系统包括电容传感器。

图6A和6B图示分别在关联基底的尺寸变化之前和之后的传感器系统的传感配置，其中该传感器系统包括三个电容传感器。

图7A和7B是示出暴露于高温熔融铜(Cu)的铸铁部件的照片。

图8是示出Hexalloy^TM(商用碳化硅)试样的照片，其不包括耐火硅化物涂层材料。