[发明专利]可燃气体传感器和用于经由可燃气体传感器的脉冲操作来识别可燃气体种类的方法

说明书

一种可燃气体传感器，包括第一感测元件，其包括催化剂和加热元件，加热元件与催化剂操作地连接，以将催化剂加热至高于燃烧所关注的气体分析物的温度，以及电子电路，其与第一感测元件的加热元件操作地连接，以在高于燃烧所关注的分析物的温度的温度与催化剂基本无活性来催化所关注的分析物的氧化燃烧的温度之间周期性地循环第一感测元件。电子电路适于在循环持续时间内的ON时间期间，从可燃气体传感器的第一输出确定所关注的气体分析物中的至少一种气体分析物的种类。电子电路进一步适于从可燃气体传感器的第二输出确定该种类的气体的浓度。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2016年11月4日提交的美国专利申请第15/343,956号的权利，其公开内容以引用方式并入本文。

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这些技术可能的常见使用环境。除文中有明确说明外，本文中所使用的术语并非旨在被限定于任何具体的狭义阐释。本文阐明的引用可以帮助理解本发明的技术或背景。本文引用的所有参考文献的公开内容均以引用方式并入本文。

催化或可燃(易燃)气体传感器已使用多年，例如用于防止由可燃或易燃气体的爆炸引起的事故。一般来讲，可燃气体传感器通过可燃气体的催化氧化来操作。如图1A和图1B所示，传统的可燃气体传感器10通常包括诸如封装在耐火(例如，氧化铝)珠30内的铂元素导线或线圈20等元件，耐火珠30浸染有催化剂以形成活性或感测元件，活性或感测元件有时被称为P元件(pelement)40、载体催化传感器(pellistor)、检测器或感测元件。在Mosely,P.T.and Toffeld,B.C.,ed.,Solid State Gas Sensors,Adams Hilger Press,Bristol,England(1987)中可以找到P元件和包括这种P元件的催化可燃气体传感器的详细讨论。在Firth,J.G.et al.,Combustion and Flame 21,303(1973)以及Cullis,C.F.,andFirth,J.G.,Eds.,etection and Measurement of Hazardous Gases,Heinemann,Exeter,29(1981)中也对可燃气体传感器进行了概括性讨论。

珠30将对除了能够改变其输出的催化氧化之外的现象(即改变珠上的能量平衡的任何现象)做出反应，并且从而在可燃气体浓度测量中产生误差。这些现象包括环境温度变化、湿度变化和压力变化。

为了使次级效应对传感器输出的影响最小化，可燃气体的氧化率可以依照感测元件或P元件40的电阻相对于非活性补偿元件或P元件50中包含的基准电阻的变化来测量。两个电阻通常为诸如图1B中所示的惠斯通(Wheatstone)电桥电路等测量电路的部分。当存在可燃气体时，横穿电桥电路所显现的输出或电压提供了可燃气体浓度的测量。补偿P元件50的特性通常与活性或感测P元件40尽可能紧密地匹配。然而，补偿P元件50通常不载有催化剂或者失活/中毒催化剂。

例如，活性或感测P元件40以及补偿P元件50能够配置在防爆壳体70的阱60a和60b内，并且能够通过诸如多孔金属熔块80等回火保险器与周围环境分离。多孔金属熔块80允许环境气体进入壳体70内，但是防止周围环境中的易燃气体通过热元件点火。这种催化气体传感器通常安装在这样的仪器中：在一些情况下，该仪器必须是便携的，并因此，必须载有其自身的电源。因此，期望使得催化气体传感器的功耗最小化。

催化可燃气体传感器的操作通过电探测氧化催化剂上可燃气体的反应热来进行，通常通过检测如上所述的惠斯通电桥的电阻变化。例如，氧化催化剂可以在350-600℃的温度范围内操作以进行甲烷检测。传感器必须通过电阻加热充分加热P元件。一般地，加热和检测元件(元件20)是同一元件。通常使用铂合金，因为其具有较大的电阻温度系数，导致靶或分析物气体中的大信号。