本发明专利技术的实施方式涉及用于传感一种或更多种气体的气体传感器和方法。一种实施方式引入了保持在相似或者不同温度下的传感电极阵列，从而使得器件的敏感性和种类选择性可以在不同的传感电极对之间精确调谐。一种特定的实施方式涉及用于监测燃烧废气和／或化学反应副产物的气体传感器阵列。关于本发明专利技术的器件的一种实施方式操作在高温下，并能够承受严酷化学环境。器件的实施方式制作在单一基底上。器件还能够被制作在个体基底上，并被个别地监测，就如同它们是单一基底上阵列的一部分一样。器件能够在相同的环境中引入传感电极，这允许电极共平面，并且从而保持制作费用较低。通过表面温度控制，器件的实施方式能够提供敏感性、选择性以及信号干扰的改善。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成温度控制和温度传感器的多功能电位测量型气体传感器阵列相关申请的交叉引用本申请要求序列号为60/978，696、提交日期为2007年10月9日的美国临时申请 的权益，该申请的全部内容在此通过引用而纳入，包括任何图片、表格或绘图。
技术介绍
基于在相同气体环境中测量半导体金属氧化物和贵金属伪参照电极之间的电位 差的电位测量型气体传感器提供了高度选择性的器件，这些器件容易制造，并且可以承受 严酷环境而不劣化性能。进一步地，它们对O2浓度的大幅摆动不敏感，例如在燃烧废气中出 现的情况。这种固态电位测量型气体传感器对于探测污染物显示了良好前景，例如探测从 PPb到ppm水平浓度的N0x，C0，以及碳水化合物，来用于废气监测。它们还可能被用在其他 应用中，例如在生物医学领域用于呼吸分析。电位测量型气体传感器具有的输出电压信号能以多种不同方式被测量，并能被用 于确定在气体混合物中的各个气体浓度，或在缺少其他气体时确定单独种类的变化中的浓 度。当组成“电极对”的两个电极中的一个或者每个电极处的电势变化时，两个电极之间的 电压差异可以被监测。通过测量输出电压信号而使用电位测量型气体传感器，该信号可以被用来确定在 气体混合物中各个气体的浓度，或在缺少其他气体时确定单独种类的变化着的浓度。具有半导体金属氧化物电极(例如ρ型La2CuO4(LCO))的固态电位测量型气体传 感器对于监测燃烧废气中的污染物气体(例如NOx)水平已经表现出很大前景。它们对于 ppm水平的NOx和CO很敏感，并且具有快速的反应时间。此外，它们对震荡的O2和CO2浓度 不敏感。然而，这些传感器的选择性和交叉敏感性当前对于商业化应用还不足够。一个主 要例子是无能力分辨NO和NO2 (NOx的主要成分)。知道这些个别气体的浓度经常是很重要 的；然而，大多数NOx传感器不能确定这些种类中的哪些存在，或确定它们在混合气体流中 的绝对浓度。实际上，低选择性阻碍大多数固态污染物传感器。当前可获得的用来监测燃 烧废气和/或反应副产物的器件以数种方式受限。当前器件只探测一种气体种类或只通过 使用昂贵的电子学探测多个种类以从测量中推算气体浓度，或进行测量。当前器件要求气体参照，这会使设计复杂化，和/或具有复杂的制造步骤，从而增 加费用。参照电极典型地被用来将传感电极的变化的电磁场与一个不变化的电磁场(即， 参照状态)进行比较。伪参照是指这样一个电极，该电极可以被用来在单一气体环境中比 较所有其他传感电极。但是，当传感电极变化时伪参照同时具有变化的电磁场。相应地，伪 参照实际上并不代表真实的参照状态。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及用于传感一种或更多种气体的气体传感器和方法，特定的实施方式涉及用于传感一种或更多种气体的电位测量型气体传感器以及方法有关。附加的 实施方式涉及用于传感一种或更多种气体的电流测量型和/或电阻测量型气体传感器和 方法。一种实施方式引入传感电极的阵列，该阵列被保持在相似的或者不同的温度，从而使 得器件的敏感性和种类选择性可以在不同的传感电极对之间被精细调谐。一个特定的实施 方式涉及气体传感器阵列，该阵列用来监测燃烧废气和/或反应副产品。涉及本专利技术的本 器件的一种实施方式在高温下操作，并能够承受严酷的化学环境。本器件的实施方式被制作在单个基底上。在其他的实施方式中，数个不同的单电 极对器件可以制作在分立的基底上。该器件可以在相同的环境中引入多个传感电极，这允 许电极共平面，并且因此将制作成本保持在较低水平。本器件的实施方式能够通过表面温 度控制，在敏感性、选择性和信号干涉方面提供改善。本器件的实施方式可具有单个伪参照。其他实施方式可以将所有电极作为相对彼 此的伪参照。这些电极可以被看作组成“电极对”，它们可以被测量作为电位差异信号。当 一个或者每一个电极处的电位发生改变时，测量两个电极(其组成一个“电极对”)之间的 电压差。实施方式还可以使另一个固定电压作为参照，例如由电池、其他电源或汽车的底盘 所提供的电压。传感电极可以是金属(例如，钼或金)，半导体(例如，半导体氧化物例如La2CuO4 或WO3)，或对于单个或者多种气体种类显示出敏感性的任何其他材料。典型地，一个给定的 传感电极材料对于一种或者多种不同气体种类将具有变化的敏感度(即，电磁场的变化) 和选择性。这取决于每个电极的温度和组成电极对的电极之间的温度差异。这还将取决于 与材料相互作用的特定的种类的浓度和化学性质。敏感性和/或选择性的变化的程度取决 于材料及其性质、存在的气体种类、以及温度。由于每一个电极可以是一个或多个电极对的 一部分，所以可测量的信号的数目可以大于实际的传感电极的数目。在器件中存在比实际电极数目更多的信号可以是有利的。典型地，利用更多数目 的信号，对于多个气体种类的模式识别变得更容易。电极对的电压响应可以在多种已知的 条件下被测量，包括暴露到一种或者更多种气体种类浓度，并且这些测量可以被用来解释 在暴露到未知的气体种类浓度过程中实施的测量(即，传感器可以被校正)。因此，具有比 电极总数目更多的信号的结果意味着，一个器件将需要更少的电极以实现相同或者更好的 选择性。这进而意味着减少的成本和更小器件的可能性。传感器阵列的设计，不管作为个别器件还是作为整体在单个器件内，都可以包括 两种不同的电极对方案。一种方案同时使用多种材料，它们可以被保持在相同和/或不同 的温度下(使用加热或者冷却方法)。器件还可以包括同种材料的多个电极，这些电极被保 持在一个或者更多不同温度。如果电极的其他特性，例如微结构(即，颗粒尺寸或者表面粗糙度)、尺寸、形状或 者厚度是不同的，那么相同材料的电极可以被保持在相同的温度下。并且再次地，取决于应 用，气体传感器阵列可以在单个器件中(或多个器件)利用这些方案中的一种或者同时使 用这两种方案。任何给定的传感电极材料典型地是对多于一种气体种类敏感的。这种敏感性随着 温度和气体种类而不同。因此，如果相同材料的两个电极被调整的方式会改变组成电极对 的电极中的至少一个的敏感度，可以从相同材料的两个电极测量信号。可以利用其微结构、6几何结构、温度的差异，或者通过其他以所需的方式改变电极的局部环境以增强或者改变 化学(或电化学)反应的方法，来调整给定的电极材料的敏感度。相同的调整可以用来产 生一个由不相似的材料组成的可测量的电极对。为了降低费用，器件可以被制作在单个基底上。进一步地，器件可以使传感电极在 相同环境中，这允许电极是共平面的(即，全部在基底的一侧)，并且因此避免了可能增加 制作费用的复杂设计。这些传感器的敏感度和选择性随着温度而不同。因此，如果周围环境 温度变化，或者如果电极温度因为任何其他原因而发生改变，这些器件的温度可以被控制， 并且能够得到快速调节。为了实现一个能够监测感兴趣的两种或者更多气体种类的器件，可以使用传感电 极阵列。阵列信号然后可以被输入到算法中，以确定各种类的浓度。可以实施模式识别以 确定各种类的浓度。通过提高选择性，器件可以具有更少的传感电极，以有效地探测与具有 更多信号但具有增强的交叉敏感性的器件相同的种类。这可以简化器件，并降低能耗和构 建器件的费用。本专利技术可以利用加热器以控制一个或者更多个传感电极的温度。这种加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气体传感器，包括：传感电极，与电解质相接触，其中电极被暴露给感兴趣的环境；能够改变所述传感电极的温度的机构；以及用于测量关于传感电极的电学特性的探测器，其中所测量的电学特性提供关于感兴趣的环境中的一种或者多种气体的信息。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：BM布莱克博恩，ED瓦奇曼，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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