用于多传感器气体检测的方法和系统技术方案

公开了方法和系统，其中在多个传感器中测量金属氧化物成分电阻抗，以检测可燃或还原性化合物，其中多个传感器中的至少一个在一温度下操作，或者包括金属氧化物成分；所述温度与多个传感器中的另一个的相应温度不同，或者所述金属氧化物成分与多个传感器中的另一个的金属氧化物成分不同。

Method and system for multi-sensor gas detection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多传感器气体检测的方法和系统
技术介绍
气体传感器已经用于诸如过程监控和控制以及安全监控的多种应用中。由于化合物也能够是可燃或爆炸性的，因此在使用或制造此类化合物的地方，气体检测传感器也已经用于泄漏检测。已经使用或提出了多种类型的传感器，包括但不限于金属氧化物半导体（MOS）传感器、非色散红外检测器（NDIR）传感器、催化燃烧（球状的阻抗器）传感器（pellistorsensor）、能让氧离子透过的高温固体电解质、以及电化学电池。以上类型的传感器在其中它们已被采用的工业或实验室设置中已被使用并具有不同程度的成功。然而，许多此类传感器具有局限性，所述局限性能够在需求新的和现有的应用中影响它们的有效性。例如，由于交叉敏感度（cross-sensitivity），催化燃烧传感器易于有错误警报。NDIR传感器已经用在小批量应用中，但要制造至商业公差可能是困难且昂贵的。电化学传感器依赖于氧化还原反应，所述氧化还原反应涉及在被电解质分离的电极处的测试气体组分，所述电解质在连接电极的电路中产生或影响电流。然而，固体状态电化学传感器对于一些材料而言可能难以实现。例如，用于易燃烃的固体状态电化学传感器测试可利用由诸如钙钛矿的陶瓷所形成的固体电解质，这可能要求高温（典型地超过500℃），这使它们对于许多应用而言是不切实际的。一些在较低温度下操作的电化学传感器（例如，一氧化碳传感器、硫化氢传感器）要求在电极/电解质界面处存在水以用于电化学氧化还原反应，这能使它们对于许多应用而言是不切实际的。MOS传感器依赖于诸如硫化氢或烃的气体测试组分与在金属氧化物半导体表面上的吸附氧之间的相互作用。在没有气体测试组分的情况下，金属氧化物半导体在表面处吸附大气中的氧，并且该吸附氧捕获来自金属氧化物半导体材料的自由电子，导致半导体的基极阻抗的可测量水平处于相对高水平。在暴露于还原性或易燃气体测试组分（诸如烃或氢氟烃（HFCs））时，气体测试组分与吸附氧相互作用，致使其将自由电子释放回到半导体材料，导致可测量的阻抗上的降低，其可能与所测量的测试气体组分水平相关。在HVAC/R工业中，正在开发并使用更加环境友好的制冷剂来替代具有高全球变暖潜力（GWP）的制冷剂（诸如R134A和R410A）。许多低GWP制冷剂是可燃的（A3制冷剂，诸如R290，即丙烷）或轻度可燃的（A2L制冷剂，诸如R32、R1234ze等）。已经提出了泄漏检测传感器以解决来自内部建筑空间中的可燃制冷剂的潜在火灾隐患。传统的MOS传感器已经被认为是用于此类应用的低成本选择。然而，已经显示出，由于暴露于可能存在于商业和住宅环境中的某些挥发性化学物质，MOS传感器可能失活。与那些挥发性化合物相关联的暂时的和永久的中毒二者都可能发生。US9182366公开了一种使微机电系统（MEMS）MOS传感器的感测元件的温度在高温和低温之间快速循环以蒸发污染物的方法。在这种方法中，嵌入式加热器将一直经历热力循环，这能够损害传感器的使用寿命。也根本不清楚传统的非MEMS是否甚至能够维持快速的热力循环。另外，如果退化或意外中毒已经基本上缩短了传感器的使用寿命，则不知道传感器是否仍是操作的。对于用于安全监控的装置，缺少对不可预测的故障的通知能够为重大缺点。US20020168772A1公开了一种通过调制相同感测元件的温度并比较其阻抗变化来诊断MOS传感器是否已经中毒的方法。当执行诊断规程时，此方法能够暂时地中断监控功能，并且因此易于有在传感器部署期间无法用于检测危险事件的风险。另外，即使没有有害化学物质，在良性环境中，最先进的MOS传感器也能够在3到7年中到达寿命的终点，这可能仍不够系统要求，诸如对于HVAC系统而言。当加热器功率在诊断和正常操作模式之间改变时，由于非瞬时热力响应，用于主监控和中毒诊断二者的单个感测元件的使用可能是进一步成问题的。
技术实现思路
根据此公开的一些实施例，一种用于监控可燃或还原性化合物的方法包括：测量在多个传感器中的金属氧化物半导体成分的电阻抗，其中第一传感器在第一操作温度下操作以用于对可燃化合物主监控。第二传感器在第二温度下操作，所述第二温度低于第一温度且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。根据一些实施例，用于可燃或还原性化合物的监控系统包括设置成与被监控的气体处于连通的多个传感器。传感器各自包括金属氧化物半导体成分、阻抗测量装置和加热器。该系统还包括配置为操作多个传感器的控制器。控制器和多个传感器的加热器被配置为在第一操作温度下操作第一传感器，以用于对可燃化合物主监控。控制器和多个传感器的加热器被配置为在第二温度下操作第二传感器，所述第二温度低于第一温度并且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。根据任何以上实施例，被监控的气体能够流动通过管道，并且第一传感器和第二传感器设置在管道中，其中所述第二传感器相对于气体流动通过管道的方向在第一传感器的下游。根据一些实施例，空气调节系统包括第一热交换器。第一热交换器包括在所述热交换器的第一侧上的被调节空气流动路径，以及在所述热交换器与所述第一热力侧处于热力连通的第二侧上的包括可燃制冷剂的制冷剂流动路径。包括可燃制冷剂的封闭流体流动路径将第一热交换器的制冷剂流动路径与第二热交换器连接，所述第二热交换器与外部热源或热沉处于热力连通。多个传感器设置在围绕第一热交换器或封闭的流体流动路径的空气空间中。传感器各自包括金属氧化物半导体成分，阻抗测量装置和加热器。该系统还包括配置为操作多个传感器的控制器。控制器和多个传感器的加热器被配置为在第一操作温度下操作第一传感器以用于对可燃化合物主监控，并在第二温度下操作第二传感器，所述第二温度低于第一温度且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。根据一些实施例，以上空气调节系统制冷剂根据2010年的ASHRAE34-2007的附录ak能够具有2级或2L级可燃性等级。根据以上空气调节器系统的实施例中的任何一个或组合，传感器能够设置在被调节空气流动路径上的包括入口和出口的管道中，并且第一传感器和第二传感器被设置在管道中，其中第二传感器相对于从入口到出口的流动的方向在第一传感器的下游。根据一些实施例，操作根据以上实施例中的任何一个或组合的空气调节系统的方法包括：将空气调节系统置于操作的状态中，其包括响应于系统需求使制冷剂在制冷剂流动路径上流动，并且周期性地或连续地操作第一传感器和第二传感器以测试制冷剂在被调节空气流动路径上的存在。根据以上实施例中的任何一个或组合，能够将第一传感器的测量阻抗与第二传感器的测量阻抗比较。根据以上实施例中的任何一个或组合，能够基于第一传感器和第二传感器的比较的阻抗测量结果来确定第一传感器的操作的状态。根据以上实施例中的任何一个或组合，能够将第二传感器的温度改变为第三温度，所述第三温度高于第二温度并且小于或等于第一温度，并且在第三温度下将第一传感器的测量阻抗与第二传感器的测量阻抗比较。根据以上实施例中的任何一个或组合，第三温度能够从40℃到60℃。根据以上实施例中的任何一个或组合，能够在使没有可燃化合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监控可燃或还原性化合物的方法，包括测量在多个传感器中的金属氧化物成分的电阻抗，其中第一传感器在第一操作温度下操作，作为对可燃化合物的主监控，并且第二传感器在第二温度下操作，第二温度低于所述第一温度并且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170512 US 62/5056521.一种用于监控可燃或还原性化合物的方法，包括测量在多个传感器中的金属氧化物成分的电阻抗，其中第一传感器在第一操作温度下操作，作为对可燃化合物的主监控，并且第二传感器在第二温度下操作，第二温度低于所述第一温度并且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。


2.一种用于可燃或还原性化合物的监控系统，包括：
多个传感器，各自包括设置为与被监控的气体处于连通的金属氧化物半导体成分、阻抗测量装置和加热器；以及
控制器，被配置为操作所述多个传感器；其中
所述控制器和所述多个传感器的所述加热器被配置为在第一操作温度下操作第一传感器以用于对可燃化合物主监控，并在第二温度下操作第二传感器，所述第二温度低于所述第一温度且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。


3.如权利要求1所述的方法或如权利要求2所述的系统，其中，所述被监控的气体流动通过管道，并且所述第一传感器和所述第二传感器设置在所述管道中，其中所述第二传感器相对于气体流动通过所述管道的方向在所述第一传感器的下游。


4.一种空气调节系统，包括：
第一热交换器，包括在所述热交换器的第一侧上的被调节空气流动路径，以及在所述热交换器与所述第一热力侧处于热力连通的第二侧上的包括可燃制冷剂的制冷剂流动路径；
封闭的流体流动路径，包括可燃制冷剂，所述可燃制冷剂将所述第一热交换器的所述制冷剂流动路径与第二热交换器连接，所述第二热交换器与外部热源或热沉处于热力连通；
多个传感器，各自包括设置在围绕所述第一热交换器或所述封闭的流体流动路径的空气空间中的金属氧化物半导体成分、阻抗测量装置和加热器；以及
控制器，被配置为操作所述多个传感器；其中
所述控制器和所述多个传感器的所述加热器被配置为在第一操作温度下操作第一传感器以用于对可燃化合物主监控，并在第二温度下操作第二传感器，所述第二温度低于所述第一温度且高于在所述温度下能够发生水蒸气冷凝的温度。


5.如权利要求4所述的系统，其中，所述制冷剂根据2010年的ASHRAE34-2007的附录ak具有2级或2L级可燃性等级。


6.如权利要求4或5所述的系统，其中，所述传感器设置在所述被调节空气流动路径上的包括入口和出口的管道中，并且所述第一传感器和所述第二传感器设置在所述管道中，其中所述第二传感器相对于从入口到出口的流动的方向在所述第一传感器的下游。


7.一种操作如权利要求4-6中任一项所述的空气调节系统的方法，包括：将空气调节系统置于操作的状态中，其包括响应于系统需求使制冷剂在制冷剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，M皮奇，
申请(专利权)人：开利公司，
类型：发明
国别省市：美国;US