传感器设备及其方法技术

一种传感器设备，其包括金属氧化物半导体传感器和具有内室的外壳，其中所述传感器布置在该内室中。该外壳包括至少一个窗口，用于使来自该外壳外部的大气的气体进入到内室中。气体选择性屏障跨越该至少一个窗口布置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量周围环境中的气体浓度的传感器设备。
技术介绍
金属氧化物半导体(“M0S”)传感器和其他类型的传感器是已知的，并且用于测量 气体浓度水平。例如，MOS传感器对于多种不同的气体例如甲烷、氢气、乙醇、异丁烷等等是 敏感的。
技术实现思路
所公开的传感器设备包括金属氧化物半导体传感器和具有内室的外壳，所述的传 感器布置在该内室中。该外壳包括至少一个窗口，用于使来自该外壳外部的大气的气体进 入到内室中。气体选择性屏障跨越该至少一个窗口布置。使用该传感器设备的一种示例性方法包括使用在该窗口中的气体选择性屏障，来 阻止选定种类的可燃气体通过该至少一个窗口进入在另一方面，传感器设备包括传感器，在该传感器周围用于接收分析物气体的传感器 区，和在传感器区和传感器区外部的大气之间的气体选择性屏障。附图说明对本领域技术人员来说，从下面的详细说明中，所公开的实施例的不同特征和优 点将变得显而易见。伴随着该详细说明的附图可以简要描述如下。图1表示一种示例性的传感器设备。图2表示另外一种示例性的传感器设备。具体实施例方式图1表示了示例性的传感器设备20的选定部分，其适于对优选种类的可燃气体例 如氢气具有提高的选择性。例如，该传感器设备20可以用于这样的环境中，该环境可以包 含许多不同种类的可燃气体。在利用氢气驱动的车辆(例如商务巴士或者其他运输装置) 的情况中，可能期望的是提高氢气的检测。大部分的金属氧化物半导体(“M0S”)传感器通 常对于周围环境中的其他可燃气体比对于氢气更敏感，这可能对获得可靠的氢气浓度测量 产生干扰。但是，如将要描述的那样，该传感器设备20被配置成对氢气具有提高的选择性， 并由此能够用于更可靠的检测例如从车辆的氢气存储箱中逸出的任何氢气。在说明性的实施例中，传感器设备20包括金属氧化物半导体(“M0S”)传感器 22 (例如Figaro TGS2611)和在该MOS传感器22周围的传感器区24，所述传感器区24用 于接收来自传感器区24外部大气的分析物气体26。MOS传感器22可以包括气敏表面(未 示出)，该气敏表面例如由氧化锡(SnO2)构成。传感器设备20还包括布置在传感器区24 与外部大气之间的气体选择性屏障28，用于阻止选定种类的可燃气体进入传感器区24中。例如，“气体选择性”可以指的是优先阻止一种可燃气体相对于另一种可燃气体移动的特 性。在期望检测氢气的车辆应用的情形中，气体选择性屏障28适用于阻止其他类型的气体 例如甲烷的进入，由此提高MOS传感器22对于氢气的相对选择性。 MOS传感器22可以电连接到控制器30上，用于将代表了在传感器区24中所检测 的气体浓度的信号传输到控制器30。控制器30可以包括硬件、软件或者二者来接收和处理 所述信号。作为一个实例，如果所检测的气体浓度超过了预定的阈值，则控制器30能够触 发警报或者其他指示，来响应所接收的信号。气体选择性屏障28可以包括载体40和布置在载体40上的有机硅涂层42。在这 种情况中，在载体40上存在单层的有机硅涂层42。但是，在其他实施例中，载体40可以包 括在载体40相反面上的有机硅涂层42的一侧或者层上的多层有机硅涂层42，来实现期望 的气体选择性。载体40是多孔的，但是机械式地适于承载在有机硅涂层42。在一些实例中，载体 40可以是纤维素纸或者聚合物材料，例如聚四氟乙烯纤维的膜，织造纤维结构或者非织造 纤维结构。载体40可以具有适于具体应用的孔隙度。例如，可以选择较高的孔隙度，来便 于基本避免阻止分析物气体26的移动，以使得有机硅涂层42是气体选择性屏障28的唯一 部件，其作用是阻止气体进入。或者，可以选择较低的孔隙度，来通过截留或者阻止较大的 气体分子例如甲烷，来实现有机硅涂层42的气体选择性。从这点来说，纤维素纸可以具有 50-75g/m2 的重量。在上面的实施例中，可以控制有机硅涂层42的量，来达到对阻止的期望影响。例 如，使用较大的量能够提供较大的阻止度，而使用较少的量能够提供较少的阻止。在一些实 例中，所述的量可以是0. l-10g/m2。在另外的可用于氢气车辆应用中的实例中，所述的量可 以是0.5-2. Og/m2。该量还可以用有机硅涂层42的厚度来表示。在一些实例中，该厚度可 以是0. 5-10微米。在另一实例中，该厚度可以是大约0. 5-2. 0微米。有机硅涂层42可以是这样一种类型，其对甲烷气体移动的阻止作用大于它对于 氢气气体移动的阻止作用。例如，有机硅涂层42可以是聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、 聚环氧烷硅氧烷、苯基甲基硅氧烷_ 二甲基硅氧烷共聚物、二苯基硅氧烷_ 二甲基硅氧烷共 聚物及其组合。根据本说明书的内容，本领域技术人员将认可其他类型的有机硅或者硅材 料以满足它们的具体需要。在低于大约5 vol%的相对低的氢气和甲烷浓度时，MOS传感器能够对甲烷比对氢 气更敏感。在这个浓度状况时，暴露于低含量的甲烷可能产生来自于MOS传感器的明显的 电响应信号。在这点来说，气体选择性屏障28阻止了甲烷进入到传感器区24中，由此提 高MOS传感器22对于氢气的选择性以及便于降低来自于甲烷和其他气体的干扰。气体选 择性屏障28还可以用来阻止甲烷进入，来减少该MOS传感器22暴露于甲烷浓度的瞬间增 力口，该浓度瞬间增加否则可能引起明显的电响应信号，这可以触发警报或者其他指示器。图2表示了另外一种示例性的传感器设备120，其也适于提高对优选种类的可燃 气体分例如氢气的选择性。在本专利技术中，在适当之处，同样的附图标记表示同样的元件，并 且具有外加的100或者其多个的附图标记表示了改进的元件，其被理解为结合有相应的初 始元件的相同的特征和益处。在这个实施例中，传感器设备120包括MOS传感器122和具有内室152的外壳150，其中MOS传感器122布置在该内室中。内室152可以被认为类似于前面实施例的传感器区 24，用于接收分析物气体126。外壳150包括至少一个窗口 154，用于使得来自外壳150外 部大气的分析物气体126进入到内室152中。 气体选择性屏障128布置在至少一个窗口 154中。在这种情况中，外壳150包括 四个这样的窗口 154。但是，在其他实施例中，根据具体应用的检测需要，可以有更少的或者 更多的窗口 154。如同前述实施例中那样，MOS传感器122可以电连接到控制器(未示出)， 用于传输代表所检测的气体浓度的信号。外壳150可以包括基体152a和盖子152b，其与基体152a配合来形成外壳150。基 体152a包括内壁156和外壁158，其相互之间隔开来形成圆周形狭缝160。在所述的实施 例中，基体152a是圆形，因此狭缝160是圆周形的。但是，在其他实施例中，基体152a可以 具有不同的形状，并且狭缝160可以具有与基体的152a的形状相对应的形状。内壁和外壁156和158至少部分地构成窗口 154。在这种情况中，基体152a的壁 156和158形成了每个窗口 154的三条边，而盖子152b形成了第四条边。窗口 154可以切 割成壁156和158或者在模制加工等中形成。气体选择性屏障128是环形的，并且可以布置在内室152中，以使得气体选择性屏 障128延伸跨越窗口 15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器设备，其包括：金属氧化物半导体（“ＭＯＳ”）传感器；具有内室的外壳，所述的ＭＯＳ传感器布置在所述内室中，所述外壳具有至少一个窗口，用于使来自所述外壳外部的大气的气体进入到内室中；和跨越至少一个窗口布置的气体选择性屏障。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BA琼斯，P伦尼，R帕兰，PD史密斯，
申请(专利权)人：BA琼斯，P伦尼，R帕兰，PD史密斯，
类型：发明
国别省市：US