气体传感器、用于气体传感器的测量元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了气体传感器、用于气体传感器的测量元件及其制造方法。本发明专利技术涉及一种具有外壳（110）和测量元件（10）的气体传感器（100），其中所述测量元件（10）具有加热螺旋丝（20），所述加热螺旋丝（20）被涂层有催化活性的或者非活性的陶瓷（30），其中所述陶瓷（30）包含纤维状材料。所述纤维状材料例如可以是玻璃纤维材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的气体传感器、以及一种根据权利要求9所述的用于气体传感器的测量元件和一种按照权利要求12的用于制造测量元件的方法。
技术介绍
气体传感器典型地在监控工业过程时被采用，在所述工业过程中可燃烧的气体和蒸气可能已经在正常运行时以较高的浓度存在。在这个上下文中，在监控有爆炸危险的大气时，尤其是所谓的热效应传感器（W?rmet?nungssensor）广泛流行。这种热效应传感器通常具有也被称为载体催化元件（Pellistor）的测量元件，并且可例如在便携式气体测量仪器中被采用。借助于所述热效应传感器，在一定的环境中可执行对爆炸危险的直接确定。在此，所包含的可燃烧的物质以催化方式在测量元件上可能被转化成环境气体混合物。在此，发生氧化反应，所述氧化反应最后导致了热效应信号。在所述反应中，所有可燃烧的气体或多或少均匀地被热效应传感器转化，使得可以可靠地被警告不仅提防已知的可燃烧的物质而且提防未知的可燃烧的物质以及不同的可燃烧的物质的混合物。因此，这些传感器的大的优点在于宽带探测（Breitbanddetektion）。其他优点是低的能量需求量、成本低的结构类型以及对环境影响的良好补偿。然而，与这些传感器相联系的问题是这些传感器的对于有些应用来说不一定足够的机械稳健性（Robustheit）。这样，所述测量元件（载体催化元件）通常由缠绕成线圈的铂丝构成，所述铂丝被涂层有催化活性的或者催化非活性的陶瓷。在此，催化活性的或者非活性的陶瓷形成所谓的载体催化元件珠状体（Pellistorperle），所述载体催化元件珠状体被固定在触针上并由管座保持。在载体催化元件珠状体的被涂层有催化活性的陶瓷的表面上，对要检出的气体进行相对应的催化转化。如果传感器遭受了大的机械负载，那么所述载体催化元件珠状体被损坏的问题可能出现，使得可靠的测量不再是可能的。为了应对所述问题，例如DE102005050914B4设置了这种气体传感器在气体测量仪器中的振荡式悬挂装置。如果所述气体测量仪器在运行期间遭受撞击或者坠落，那么冲撞可通过所述悬挂装置减轻并且破坏所述载体催化元件珠状体的危险可被预防。然而在这种情况下有缺陷的可能是，尤其是在小的结构类型的气体测量仪器的情况下只有少量的移动自由空间供相对应地被安装的传感器支配。此外，这种结构类型可阻碍所述气体测量仪器的内部的严密密封。以后，来自所述气体测量仪器的内部的干扰气体可被证明是有问题的。在这个上下文中，WO2011/053866A1设置了通过附加的支撑线对所述测量元件、也就是载体催化元件珠状体的支撑，而不是整个气体传感器的振荡式悬挂装置。在这种情况下，虽然所述测量元件相对于机械影响足够好地被保护，但是该设计结构相对昂贵并且通过附加的支撑线可出现不期望的散热。EP1151285B1和DE102007032700B4建议，利用减震材料包围载体催化元件珠状体。此处，虽然珠状体也被保护，但是将要分析的气体供给到载体催化元件珠状体、尤其是到所述珠状体的催化活性表面可被绝缘材料（D?mmmaterial）阻止，使得所述传感器必要时只适合于有限地选出气体和环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的所述以及其他缺点，并且提供一种被改善的气体传感器、尤其是一种用于气体传感器的被改善的测量元件。例如值得期望的是，所述气体传感器或所述测量元件具有较高的机械稳健性、较低的能量需求量以及尽管如此相对于许多气体仍具有高灵敏度。此外，所述气体传感器或所述测量元件应该是简单地且成本低地可制造的。为了解决该任务，本专利技术建议一种按照权利要求1的气体传感器、一种按照权利要求9的用于这种气体传感器的测量元件以及一种按照权利要求12的用于制造测量元件的方法。构造方案分别是从属权利要求的主题。在具有外壳和测量元件的气体传感器中，其中所述测量元件具有加热螺旋丝（Heizwendel），所述加热螺旋丝被涂层有催化活性的或者非活性的陶瓷，本专利技术设置，所述陶瓷包含纤维状材料。在此，这种气体传感器的外壳例如用作所述测量元件的容纳装置。就这点而言，所述外壳可以是防爆式的。有利的是，所述外壳是至少部分可透气的，使得要检验的气体混合物可推进直至所述测量元件。在所述外壳中优选地布置至少一个测量元件，所述至少一个测量元件与接触部（Kontakt）连接，所述接触部可以通过接触部套管（Kontaktdurchführung）而从外壳被引出来。所述测量元件优选地是载体催化元件（载体催化元件珠状体）。也可想象的是，在所述外壳中布置多个测量元件。例如，具有催化活性的陶瓷的第一测量元件可被布置在具有催化非活性的陶瓷的第二测量元件的旁边。要检出的分析物可在具有催化活性的陶瓷的测量元件的表面上被转化，使得在其存在的情况下发出相对应的测量信号。具有催化非活性的陶瓷的测量元件可用作所谓的补偿元件或者补偿器元件（概念“补偿元件”和“补偿器元件”在这种情况下是同义的）。借助于这种补偿器元件，振动可在相应的环境条件下被补偿，所述振动否则会影响所述测量信号。如果在相应的测量元件的表面上所述分析物的反应是所期望的，那么就这点而言认识到，所述陶瓷接着可以是催化活性的陶瓷。如果所述测量元件是补偿器元件，那么当所述陶瓷是催化非活性的时候，这是有利的。所述加热螺旋丝是加热和测量线（Heiz-undMessdraht），所述加热和测量线的电阻显著地根据温度而变化。如果现在在所述陶瓷的表面上发生要检出的分析物的催化转化，那么通过氧化反应在所述测量元件上发生温度升高并且以后发生所述加热螺旋丝的电阻变化。然后，所述电阻变化可相对应地被测量。依据本专利技术的气体传感器的大的优点在于，所述测量元件的陶瓷包含纤维状材料。如果所述纤维状材料耐高温，那么这是有利的。如果所述纤维状材料在机械上是稳定的，那么这也是有利的。如果所述纤维状材料相对于催化剂和分析物是惰性的，那么这是特别有利的。在完全特别优选的实施变型方案中，所述纤维状材料可具有所有这三种特性，也就是说，所述纤维状材料优选地在机械上是稳定的、是耐高温的并且相对于催化剂和分析物是惰性的。在此，在机械上稳定的纤维状材料被理解成不仅易弯曲的而且硬的纤维。已令人感到意外地表明：通过将已经微量的这种纤维状材料引进到所述测量元件的陶瓷中，所述测量元件的机械强度可被明显改善，但是不损害所述测量元件以及因此所述气体传感器的测量特性。在第一实施变型方案中，所述纤维状材料可以随机分布的纤维的形式被包含在所述陶瓷中。也本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有外壳（110）和测量元件（10）的气体传感器（100），其中，所述测量元件（10）具有加热螺旋丝（20），所述加热螺旋丝（20）被涂层有催化活性的或者非活性的陶瓷（30），其特征在于，所述陶瓷（30）包含纤维状材料。

【技术特征摘要】
2014.12.18 DE 102014018681.41.具有外壳（110）和测量元件（10）的气体传感器（100），其中，所述测量元件（10）具有
加热螺旋丝（20），所述加热螺旋丝（20）被涂层有催化活性的或者非活性的陶瓷（30），其特
征在于，所述陶瓷（30）包含纤维状材料。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述纤维状材料从包含玻璃纤维、
微纤维和/或纳米纤维或者这一类的组中被选出，优选地是玻璃纤维，特别优选地是由石英
玻璃、硼硅酸盐、碱金属硅酸盐或者这一类的构成的纤维。
3.根据上述权利要求之一所述的气体传感器，其特征在于，所述加热螺旋丝（20）是由
贵金属或者贵金属合金构成的线；
所述加热螺旋丝（20）优选地是从包含铂、钯、铑、铱、钌、锇、钨、铜、银、镍和这一类的以
及由这些元素构成的合金的组中被选出的线；
所述加热螺旋丝（20）特别优选地是从包含铂、铂合金、铑合金和这一类的组中被选出
的线。
4.根据上述权利要求之一所述的气体传感器，其特征在于，所述陶瓷（30）包含催化剂；
所述陶瓷（30）优选地包含从包含铂、钯、铑、铱、钌、上述元素的氧化物、上述元素的混
合物、上述元素的氧化物的混合物以及上述元素和上述元素的氧化物的混合物的组中被选
出的催化剂。
5.根据上述权利要求之一所述的气体传感器，其特征在于，所述陶瓷（30）具有载体；
所述陶瓷（30）优选地具有由纳米颗粒制造的载体，所述纳米颗粒包含从包含金属氧化
物、半金属氧化物、过渡金属的氧化物、由金属氧化物、半金属氧化物和/或过渡金属氧化物
构成的组合物和/或这一类的组中被选出的材料；
所述陶瓷（30）优选地具有特别优选地由如下纳米颗粒制造的载体：所述纳米颗粒包含
从氧化铝、氧化硼、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钇、氧化铈和氧化硅和/或由这些氧化物构
成的组合物或者混合物中被选出的材料；
所述陶瓷（30）优选地具有由完全特别优选地由氧化铝、氧化钇、氧化铈、氧化硅和/或
氧化锆以及由这些氧化物构成的混合物构成的纳米颗粒制造的载体。
6.根据上述权利要求之一所述的气体传感器，其特征在于，所述纤维状材料关于陶瓷
的重量比例为至少0.1%或者更多，优选地为至少0.5%或者更多，特别优选地为至少1%或者
更多，完全特别优选地为至少2%或者更多。
7.根据上述权利要求之一所述的气体传感器，其特征在于，所述纤维状材料关于陶瓷
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M迪特里希，E施滕德，J奥斯瓦尔德，
申请(专利权)人：德尔格安全股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE