使用半导体气体传感器检测气体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了可以通过使用半导体传感器有效地检测车辆内外的气体浓度的绝对值以便使新鲜空气流通的一种装置和一种方法。本发明专利技术的装置包括一个用于检测气体的性质和浓度的传感器元件；一个用于加热该传感器元件的加热单元；一个用于调节传感器元件的温度的加热调节单元；一个用于计算处理传感器元件的信号借此产生控制信号的中心控制调节单元和一条用于中心控制调节单元和加热调节单元之间的相互连接的数据电缆。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用在通风装置中、利用半导体传感器有效地检测车辆内外的气体以便使新鲜空气流通的装置和方法。通常，通过使用一个检测装置(例如传感器)监测外部空气的质量可以对车辆或建筑物内的通风装置进行调节。在这样的通风装置中，当外部空气的等级高于一个预定的基准等级，即外部空气的质量比给定值差时，切断外部空气向室内的流动并开动通风设置。为此目的习惯上常使用以锡氧化物为传感器活性膜的半导体传感器。然而，在将这样的传感器应用于汽车时，还要受到不能检测由柴油机和柴油机车辆排出的尾气和柴油气这样的缺点的困扰。为此，建议使用如下两种传感器来解决这个问题，其一用于检测在柴油机尾气中出现的典型的NOX(可还原气体)，而这样的半导体传感器具有由三氧化钨或酞菁(Phthaloctanin)构成的活性膜，另一种主要是由氧化锡制成并且用于检测在汽油机尾气中出现的典型的碳氢化合物的混合物或一氧化碳(可氧化气体)。此外，使用金属氧化物传感器，最好是由各种不同的金属氧化物的混合物构成的并且可以在不稳定的场中工作的传感器，可以同时检测汽油机尾气或柴油机尾气，并且可使用通过典型的受气体影响的传感器电阻的升高或降低而产生的电阻变化的绝对值。最好使用FFA(快速富里叶分析)技术分析该传感器信号的值。上述方法的优点是只使用一个传感器就可以可靠地、低成本地检测两组气体。根据FFA技术，在存在清洁外部空气的时候，开动通风设备。因此，这种方法也有缺点，即，当高浓度的有害物质持久地并且以几乎相等的浓度作用于该传感器元件时，在某些环境中，例如在汽车停放在污染严重的地下停车场中，通风设备可能由于检测到错误信息而被启动。因此，本专利技术首要的任务是提供可以利用一种半导体传感器有效地检测车辆内外气体浓度的绝对值。从而使新鲜空气流通的一种装置和一种方法。根据本专利技术的一个实施例，提供一种用在通风装置中有效地检测车辆内外的气体从而使新鲜空气流通的装置，该装置包括一个用于检测外部气体、带有用于检测的活性膜并根据该气体的性质和浓度变化的检测装置；一个用于加热检测装置的加热装置；一个用于通过将检测装置的温度提高或降低一预定的度数来交替地调节检测装置的温度从而控制检测装置的调节装置；以及一个用于根据检测装置的温度变化计算基于电阻变化的信号从而控制通风装置的控制装置。进一步讲，用于检测气体的活性膜是由金属氧化物或各种金属氧化物的混合物构成的。此外，本专利技术进一步包括一个用于检测检测装置的温度，并将温度信息传递给调节装置的温度传感器。根据本专利技术的另一个实施例，提供了一种用在通风装置中利用根据本专利技术的一个实施例的气体检测装置有效地检测车辆内外的气体从而使新鲜空气流通的方法，该方法包括以下步骤(a)预先设定一个比检测装置的活性膜的正常温度低或高一预定度数的温度；(b)按照这样一种方式调节检测装置的温度，即首先设定一正常温度，接着调至所述较高温度和所述较低温度，而后调回正常温度并由正常温度调至所述较低温度和所述较高温度并且再调回正常温度；以及(c)在正常通风过程中，检测以上温度循环的传感器电阻滞后量值并将检测的值作为一个参比值加以存储，每一步骤以及各个步骤都将传感器电阻的滞后值与参比值相比较，以便得出它们之间的差，并根据这种差确定外部空气是否被污染，从而控制该通风装置。本专利技术的上述的及其他的任务和特性结合附图由以下对所给出的那些最佳实施例的说明将变得更加清楚。在这些附图中附图说明图1给出一幅显示使用NOX和碳氢化合物时金属氧化物的反应信号的曲线；图2(A)和图2(B)给出于本专利技术的传感器温度起伏变化导致的电阻值的变化的曲线；图3(A)至图3(c)分别示出描绘基于本专利技术的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线；图4(A)至图4(C)分别显示基于本专利技术的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线；图5至图7分别示出本专利技术的传感器的温度起伏变化的曲线；图8提供的一幅说明根据本专利技术的气体检测装置的图解方框图；图9示出根据本专利技术的气体检测装置的操作过程的流程图；以及图10说明基于本专利技术的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线。以下将参考附图用例子对本专利技术作进一步的详细说明。在本专利技术中，正常温度表示根据传感器元件的反应程度和通常的外部温度自由设定的一个温度，较低的或较高的温度表示比上述正常温度低或高出一预定温度(被称为预定温度)的温度。根据本专利技术的气体检测装置是基于这样的结果金属氧化物传感器对可氧化和/或可还原的气体的反应与气体敏感金属氧化物膜的温度密切相关。就所有的金属氧化物的特征而言，对于具有较高温度的可氧化气体的反应高于对于具有较低温度的气体，而对于具有较低温度的可还原气体的反应高于对于具有较高温度的气体。参看图1，图中示出一条使用NOX1和碳氢化合物2的金属氧化物的反应曲线，其中垂直轴表示金属氧化物的反应，而水平轴表示温度。此外还知道传感器对于各种气体的比敏感度响应于传感器的温度变化。根据本专利技术的一个优选实施例，利用在金属氧化物和其他半导体气体传感器上与其活性膜的温度变化相关出现的效应来测定气体的存在。在图2(A)中示出了一条说明根据本专利技术的传感器的温度起伏的曲线，其中该传感器元件的工作温度频繁地按恒定的时间间隔重复。具体地讲，工作温度是按照这样一种方式起伏，这种方式即首先设定一正常温度6，然后温度变为较高的温度7，在经过一段预定的时间以后温度又变回到正常温度8，接下去降低至一较低温度9。确定该时间长度，例如1分钟，使得可以按照空气与活性膜的关系建立起平衡。参见图2(B)，图中示出了一条说明电阻值根据本专利技术的传感器的活性膜的温度起伏所出现的变化的曲线。如图所示，电阻值随传感器活性膜温度的起伏而起伏。更具体讲，当在正常温度下供给正常的空气时，电阻值为正常值5，而后，在传感器元件的活性膜的温度升高并处于下落边缘部分时，电阻值变成为较高值1，而当温度又变回正常温度8时，电阻值逐渐地下降至正常值2。其次，当温度变成为较低温度9并处于上升边缘部分时，电阻值逐渐下降至较低值3。而后，当传感器元件的活性膜的温度变为正常温度时，电阻值变为接近正常值的一个值4。如从以上所看到的那样，传感器元件灵敏地对活性膜的温度急剧变化作出反应。在温度出现这样的变化之后，要达到稳定状态要花很长的时间。参看图3(A)至3(C)，在图中分别示出了若干描绘基于本专利技术的传感器温度变化起伏的电阻值的变化的曲线。在图3(B)中，在过热周期的终点时传感器元件的电阻值变为一个峰值。而后，在第二个正常温度期间，电阻值RS逐渐下降至接近初始值5的一个值2。其次，传感器元件的温度下降使电阻值逐渐下降至一个较低值3。同样，当传感器元件的温度返回正常温度并处于上升边缘部分时，电阻值是接近初始值(即正常值)的一个值4。此外，在传感器温度过热过程中，电阻值变为峰值。这样可能在值2和值4之间产生细微的差别12。参看图3(C)，在图中示出了一条用了描绘基于本专利技术的传感器的温度起伏的电阻值的变化曲线。在图中，另外还用NOX浓度大约为300ppb的空气向传感器元件吹气，电阻值8和电阻值10在与图3(B)相同的温度下明显地进一步偏离正常值。也就是说，电阻值8和电阻值10之间的差别11大体上大于图3(B)所示的差12。这个差提供了有关传感器元件周围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通风设备中有效地检测车辆内外的气体以便使新鲜空气流通的装置，该装置包括：一个用于检测外部气体的传感装置，其中，该传感装置带有一个用于传感并随气体的性质和浓度而变化的活性膜。一个用于加热传感装置的加热装置；一个用于通过将传 感装置的温度升高或降低一预定值交替地调节传感装置的温度以控制加热装置的调节装置；以及一个用于根据传感装置的温度变化分析基于电阻变化的信号，借此控制通风设备的控制装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：翰斯鲁姆，
申请(专利权)人：汽车电子公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]