CN101382513A - 自校准传感器 - Google Patents

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    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006Calibrating gas analysers

Abstract

一种自校准传感器。本发明的实施例涉及一种气体传感器,其包括流动通道,位于流动通道中的浓度调制器,与流动通道接触的气体产生器,位于浓度调制器和气体产生器的下游的一个或多个气体检测器,和泵。

Description

白校准传麟
狱领域
[OOOl]本发明的实施例涉及一种自校銜self-caJibmting)传麟。更特别地, 本发明的实施例涉及一种用于示踪分析物检测的自校准传感器。
背景技术
[0002]有毒气微测器的可靠性在许多应用中是很重要的,特别是当这些 仪器用于确保人员安全时。可靠性通常1K1周斯性检测仪器对测试气体的响应 来获得,然而,校准(舰,calibmtion)测试气体通常在大的,大容量的并且 昂贵的气筒中提供。
[0003]由于有毒气体,易it气体混合物或氧气浓度的ffi或不足的存在,
潜在危险的空气在多个地方被发现。多种形式的气,测仪器被开发来提供空 气中包括潜在危险部分的警告,或者来启动救助措施。这些气W^测仪器的例 子包括检测在煤矿中的易燃气体,在油田和水处理车间中的硫化氢,在从钢厂 到卧室的地方中的一氧化碳,和在封闭空间(比如下tK道)中的氧气。在旨 气Wt测仪器中有一个或多^体传麟,它们的功能是提供响应气体浓度而 变化的电信号。
[0004]大多数气体传^»供相对的输出信号,这样繊出信号不是气体 浓度的纟舰测量,而仅与气体浓度成比例。在这些瞎况下,气体传感器必须在 ^ffi前用己知气体来校准。该校准也可被用作确认传感器正在工作的一种功能 测试。从多种形式的传感器的输出可以随时间变化,该种传感^l可能在无法工 作时没有警告。这种传繊可能具有不可预知的基线漂移和難漂移。如果该 传感器不灵敏或不足够快,不可接受的无法检测有毒分析物事件或高的误报警 率(FAR)可能会发生。经常地,校准气体传^t很多应用中是消耗时间, 昂贵和麻烦的。
发明内容
[0013]本发明的实施方案涉及一种气体传«,其包括流动通道,位于流 动通道中的浓度调制器,与该流动通道接触的气体产生器,位于浓度调制器和 气体产生器下游的一个或多^,测器和泵。
[0014]实施方案也涉及一种检测气体的方法。该方法包括弓l入样品气体, 充分吸附样品的至少一部分以鄉吸附样品和舰(flow画through)样品,充分检 观U流过样品以提供流过电信号,释放吸附样品,充分检测吸附样品以提供吸附 样品电信号,充分产生校准样品和检测校准样品以提供校准样品电信号。
附图说明
[0005]在附图中,其没有必要按照比例绘制,相同的附图标记在多个附图 中描述相类似的元件。具有不同字母下标的附图f莉己表示基本上相^j以元件的
不同实例。这些附图通常M:剩列的方式而不是限制的方坳早释在本文件中描
述的多个实施方案。
[0006]图1是根据一些实M^案的自校准传^I的示意图。 [(X)07]图2是根据一些实M^案的气体产生器的示意图。 [0008]图3是根据一些实M案的^iJ气体的方法的方i央^f呈图。 [0009]图4是根据一些实施方案的自校准传Stl信号的图解^^0 [0010]图5是根据一些实施方案的气体产生的图解,。 [OOll偶6是根据一些实施方案的传感器响应的图解,。 [0012]图7是根据一些实施方案的气体脉冲的图解g。
具体实»式
[0015]下面的详细描述包括对附图的参考,附图是详细描述的一部分。通 过图解的方式,附图显/滞细的实船式,其中本发明被实施。这些实船式, 其这里也可表示为"实施例",,得足够详细使本领域的技术人员可以实施本 发明。这些实»案可以组合,其它实施方案可以被^顿,或在不脱离本发明 的范围下作结构的,和合理的改变。因此,下面详细的描述并不会限制理解,
和本发明的范围am属权利要求和它们的割胸限定。
[0016]在本文件中,词语"一 (a)"或"一个(an)"被4柳包括一个或多 个和词语"或者"用^^非专用的,除非有其它对"或者"的指示。更多的,
可以理解这里{顿的措辞或术语,在没有其它限制时,只为了表述的目的和并 不是限制。,一步,在本文件中弓间的公开文本,专利和专利文本以它们的 M^引入作为参考,尽管部分地引入作为参考。在本文本和其它引入作为参考 的文本之间不一致使用的结果中,在弓l入参考中的使用应该理解为对本文本的
使用补充;在不可调和的不一致中,在本文本中的使用作为主导。
[0017]本发明的实施方式涉及一种自校准气体传感器和检测气体的方法。
该自校准传感器包括连续的基线漂移除去,其固有基线读出数据的连续重置, 充分地自动产生自校准和预浓縮以增力口传麟的i(/i度。该传^l包括作为预 浓縮器的浓度调制器和分析物调制器,以便增加敏感度和基线漂移除去。在周 期吸附期间,该传感器能自己产生校准气体以重置基线。更多的,该传感器包 括充分地自动产生自校准。因为这^f寺征集皿单个传SII系统,其育,减小 到微尺寸,可靠性和敏感度在一个传麟中实现并具剤氐费用和少的维持费用。
[0018]如图1,根据一些实施例,自校准传感器100的简图被示出。流动通 道112可以与浓度调律U器106接触,该流动ilit包括进口 102和出口 120。比如, 该调制器包括加热器122和吸附器104。流动通道112也可以与气体产生器108 撤虫。该气体产生器108与气流限流器110配合4顿。检测器116和泵118位 于与流动鹏112 ^!虫的健。该检测器116可利用透过性薄膜114。
[0019]浓度调制器106可以作为预浓縮器和分析物调制器。该浓度调制器 106可包括与加热器122接触的吸附器104。比如,该吸附器104的例,括薄 膜,树脂,毛细管或柱状物。该吸附器的特征可在于它们的漏过体积(BTV), 每单健量的吸附齐啲载体气体的^f只,该吸附剂使得分析物从吸附齐【j床的前 面移动到后面。比如,该加热器122可以是薄膜片或金属线。吸附器的«可 根据目标一种或多种分析物选择。
[0020]比如,该检测器116可以是电化学检测器。该检测器116可以是易燃 性气搬测器,比如pdlistor。该检测器116也可以是半导体氧化物。
[0021]气体产生器108的例子在图2中示出。样品气体可以M3i入口 202 i4A产生器。限流器210比如繊或阀门位于鹏中以控制样品的移动。膜212, 214可通过热或电子设备被控制以隔断并开始气体产生反应。每个反应器208 可以包含反应物216,其当被、^或发生化学作用时,释放校准气体。该样品可 流过204通过校准气体并iffil出口 206回到流动通道。比如,反应器208可形
成阵列。比如,产生的校准气体可以是甲垸,戊烷,丙烷, 一氧化碳或二氧化
碳。比如,如果产生的气体的体积或刷新时间(flush time)与检测器的极限体
积和脱附峰值比相对ltt时,限流器離栓210可以被利用。
[0022]产生校准气体的鹏的例子包括:
NaOH + NaCOOCH3 => Na2C03 + CH4
NaOH + NaS03CH3 => Na2S04 + CH4
NaOH + NaCOOC3H7 => Na2C03 + C3H8
NaOH + NaCOOCsHu => Na2C03 + C5H12
CaC03 =〉 CaO + C02
HCOOH + H2S04 => H20 + H2S04 + CO
[0023]气体产生装置和产生校准气体的方法的例子可在共同拥有的美国专 利申请系列号11/618, 398,题为"GAS GENERATION FOR SENSOR CALffiRAITON(用于传S^校准的气体产生器)";美国专利申请系列号11/618, 404,题为"GAS SENSOR TEST SYSTEM AND METHODS RELATED THERETO (气体传感器测试系统和关于它的方法)";和美国专利申请系列号 11/618, 414,题为"GAS SENSOR CAUBRATION FROM FLUE)(从流体的气 体传S^校准)"中找到,所有这些申请在2006年12月29日提出并在这里作 为旨引入。
[0024]如图3,根据一些实施方式的,检测气体的方法700的方±央^|呈图被 示出。样品气体被引入302至喊动Mit。该样品气体的至少一部分可被充分地 吸附304,以提供吸附样品和^i样品。该M:样品啊被充分地检测306,以 提供^1样品电信号。该吸附样品可被充分i鹏放308并被检测310,以提供吸 附样品电信号。校准样品312可被充分地产生312和^ip14,以提供校准样品 电信号。
[0025]比如,样品气体可通过注A^雜被引入302。该样品气体可ffi3^卜 皿触被引入302至硫动通道。该样品气体可以持续地被引入,比如通过泵被 機地抽送。
[0026]该样品气体可M31接触吸附器,比如位于M中的薄膜,被吸附304。 比如,目标分析物可被物理地或化学地结合到吸附器。吸附304样品的一部分
以可预知的和可检测的方式、麟目标分析物,因此增加了传感器系统的灵鹏。 该吸附器也可以作为分析物调制器^顿,有助于基线漂移的基本上减小。弓l入 这些特征的分析物调制和传感器可以在共同拥有的美国专利申请系列号
60/866,182,题为"SENSORWITHANALYTEMODULArOR (具有分析物调制 器的传感器)"中找到,雜2006年11月16日提出,其公开的内容在这里以 齡引入。
[0027]^l样品可被^t测306。作为没有被吸附器吸附的样品的一部分,流 过样品可延伸到检测器,在那里检测306产生。检测器可转换检测信号,比如 从化学信号到电信号。电子滤波器被用来对流过样品信号滤波,这样附氏或基 本上消除基线漂移。M31吸附样品的一部分,吸附样品和流过样品具有不同的 检测信号和相应的电信号,比如AC输出。例如,较低的流过样品信号可从吸 附样品信号中被电子滤波。
[0028]该吸附样品可被释放308。与吸附器^M的可以是加热器。该加« 可被控制为循环开和关。例如,该加iffit样品引入302的时间的约50X期间 开。例如,该加iffit样品引入302的时间的约10%,约20%,约30%,约 40%期间开。加热吸附器可释放308吸附样品。允许吸附器到达饱和点和不断 接触吸附器可以使样品穿过流动通道。没有被吸附的样品部分可被称为流过样 品,其连续舰流动通道。
[0029]—旦吸附样品被释放308,其可流动到检测器以被检测310或雜检 测310之辦皮传想忾体产生器。在流动鹏中流过限流器的4顿可有助于引 导吸附样品到气体产生器。该气体产生^1T产生312与吸附样品接触的校准样 品。结合的样品可被检测314。校准样品可在吸附样品皿和被检测314之前或 之后产生312。 Mil利用已知量的校准样品,難漂移基本上被减小。当加热元 件或释放机构处于循环的"关"中时,这种量程校准的例子会产生。S31循环 加热^放,分析物的调制结合校准气体的产生,提供基本上除去了基线漂移 和量程漂移的目的信号且传感器具有增加的灵敏度。这些步骤是可重复的,只 要样品气体被弓I ^,地输送到传«。
实施例
[0030]如图4,根据一些实施方式,自校mftS^信号的图解,400被示
出。信号402 4诔带有基线漂移和穀對票移的信号。信号404标带有Sf暨票 移的信号。理想的没有漂移的基线MM信号406示出。没有除去漂移的分析物 调制在信号408中示出。信号410示出了加^^或释放机构的循环。信号412 显示在除去基线和量程漂移后的校正的调制信号。
[0031]如图5,根据一些实船式,气体产生的图解表示500被示出。信号 502和504 M感应醋,反应产生的甲垸的两个催化珠传jg^输出的信号。信 号504来自信号502的传感器的下游的传感器。产生的气体之后到达信号504 的传繊,和气微度更小,因为气体的一部分在信号502的传感微消耗了。 在检测系列中,信号504的传«可具有丢失的灵敏度,这样新的校准是可预 期的。
[0032]如图6,根据一些实施方式,传感器响应的图解表示600被示出。信 号602和604 ^两传S^在50X相赠显度的Ait空气中测量校准氨信号。信 号606 ^^气体产生器产生的已知的校准气微度。
[0033]如图7,根据一些实»式,气体脉冲的图解^700被示出。通过 重勤口热0.1cm3反应物^f只产生甲烷气体脉冲并被催化珠传^m测。
[0034]提供摘要以符合37 C.F.R. § 1.72 (b)以使读者'^I知晓本技术公开 的本质和要点。提交该摘要应当理解为其不是被用来解释或限制权利要求的范 围或含义。

Claims (27)

1. 一种气体传感器,包括:流动通道;浓度调制器,位于所述流动通道中;气体产生器,与所述流动通道接触;一个或多个气体检测器,位于浓度调制器和气体产生器的下游;和泵。2. 如权利要求1的气体传感器,其中所述浓度调制器包括加热器和吸附器。
2. 如禾又利要求1的气体传«,其中所述浓度调制器包括加^^和吸附器。
3. 如权利要求2的气体传麟,其中所述吸附器包括薄膜。
4. 如权利要求2的气体传麟,其中所述吸附器包括毛细管。
5. 如权利要求2的气体传麟,其中所述吸附器包括柱状物。
6. 如丰又利要求1的气体传«,其中所述气体产生器包括甲烷气体产生器。
7. 如^l利要求1的气体传SH,其中所述气体产生器包括丙烷气体产生器。
8. 如^l利要求1的气体传«,其中所述气体产生器包括戊烷气体产生器。
9. 如权利要求1的气体传感器,其中所述气体产生器包括一氧化碳气体产 生器。
10. 如权利要求i的气体传麟,其中所述气体产生器包括二氧化m体产生器。
11. 如权利要求l的气体传麟,其中所述一个或多个检测器包括电化学
12.—种检测气体的方法,包括: 引^#品气体;充分地吸附该样品的至少一部分以提供吸附样品和流过样品;充分地检测^i样品以提供流过电信号;释放吸附样品;充分地检测吸附样品以提供吸附样品电信号; 产生校准样品;和充^i也检测校准样品以衛共校准样品电信号。
13.如权利要求12的方法,其中所述引入包括注入。
14. 如权利要求12的方法,其中所述引入包括魏。
15. 如权利要求12的方法,其中所述引入包^i^地引入样品。
16. 如^l利要求12的方法,其中所述吸附包括物理地接合样品的至少一部分。
17. 如木又利要求12的方法,其中所述吸附包括化学土也接合样品的至少一部分。
18. 如权利要求12的方法,其中所述检测包括^M产生电信号的电化学检 测器。
19. 如权利要求12的方法,其中所述释放包括加热。
20. 如权利要求12的方法,其中所述释放包括改变?驢。
21. 如权利要求12的方法,其中所述释放包括使吸附^t包和。
22. 如权利要求12的方法,其中所述产生包括化学反应。
23. 如权利要求12的方法,其中所述产生包括gl虫鹏物。
24. 如^l利要求12的方法,进一步包括充分地吸附第二样品的至少一部分, 以提供第二吸附样品和第二流过样品。
25. 如权利要求12的方法,其中所述^f可步骤都是可重复的。
26. 如权利要求12的方法,进一步包括对流过样品电信号充分地电子搶波 以基本上除去基线漂移。
27. 如权利要求12的方法,进一步包括充分地分析校准样品电信号以基本 上除去量程漂移。
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