CN101558294A - 高温高压传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于气体分析的组件和方法。所述组件包括用于对气体样品的成分进行催化反应的催化剂室，从而生成一种或多种气体种类作为产物。产物室接收所述气体种类，并且在所述产物室内的传感元件检测一种或多种所述气体种类的量。将这个量与在含有未催化气体样品的参考室中存在的相同的所述气体种类的量比较，从而提供通过催化生成的所述气体种类的量。使用该值，基于催化反应的化学定量关系计算出气体样品中气体成分的含量。在优选实施例中，用于测量的气体是用于燃料生产的处理气体，并且催化剂是对从一氧化碳和水向氢气和二氧化碳的反应进行催化的高温变换催化剂。

Description

高温高压传感器
技术领域
[1]本发明一般涉及气体传感器和气体分析方法。
背景技术
[2]诸如用一氧化碳和氢气的混合物制造合成液态燃料的费-托合成(Fischer-Tropsch process)的方法需要严格控制处理参数，从而有效地制造期望等级的燃料产品。这些参数中最重要的一个参数是氢气与一氧化碳的比值。
[3]多数合成燃料制造方法包括部分氧化或蒸汽重整处理。这些处理通常在高压(大约500psi)和高温(大约800℃)下进行。许多用于监测和控制H2/CO比的分析器采用可在环境温度和压强下工作的传感器。因此，在处理操作与CO和H2分析器之间必须安装冷却和减压装置。这些装置使整个处理增加了相当大的复杂性，并使分析器的反应时间相对变慢。此外，对H2和CO的分析通常独立地进行，而不是通过单个分析器同时为两种气体提供测量。
[4]目前很多CO分析方法通常需要有氧气的存在以进行操作。在授予Blurton等人的美国专利No.4,073,698中，描述了一种基于氢气的选择性氧化，从而防止这种气体干扰CO的测量的方法。在授予Kitzelmann等人的美国专利No.4,394,239中，描述了一种用于测量环境空气中CO和H2浓度的方法。在授予Yannopoulos等人的美国专利No.4,397,888中描述的另一种方法需要氧气穿过利用不同的掺杂物来区分CO和H2的氧化锡厚膜传感器。在授予Akbar等人的美国专利No.5,439,580中描述的方法也需要特定气体掺杂物来区分CO和H2。
[5]在处理气流中对CO和H2的测量是气体测量的特殊例子，该测量可以在升高的温度和压力下更快更有效地进行。仍然需要对用于高温高压气体分析的装置和方法进行继续改进。
发明内容
[6]本发明提供了一种可在环境条件或在高温高压条件下使用的用于气体分析的组件和方法。在具体实施例中，本发明提供对处理气流的近乎为实时的分析。
[7]一方面，本发明提供一种用于监测气体成分的气体传感器组件。所述组件包括：a)催化剂室，其用于接收所述气体的样品并容纳催化剂，所述催化剂对包含所述气体成分的化学反应进行催化，由此产生一种或多种气体种类；b)产物室，其与所述催化剂室流体连通，用于接收通过催化所生成的一种或多种所述气体种类的部分或全部；以及c)传感元件，其布置于所述产物室内，用于检测通过催化所生成的至少一种所述气体种类的量，从而提供用于分析在所述气体中含有的所述气体成分的量。所述传感器组件还可以包括：d)参考室，其用于接收所述气体的第二样品；以及e)第二传感元件，其布置于所述参考室内，用于检测与在催化后被检测的相同的所述气体种类，从而为分析在所述气体中含有的所述气体成分的量提供参考值。在优选实施例中，所述气体传感器组件还包括用于对包含所述气体成分的化学反应进行催化的催化剂。
[8]可以确定两个值，一个值对应于催化后在气体产物中含有的气体种类的量，另一个值对应于催化前在气体样品中存在的所述气体种类的量。这两个值之间的差值提供了通过催化生成的气体种类的量的测量值。利用该测量值，感兴趣的气体成分的含量可以从被催化的化学反应的化学定量关系中确定。本质上，通过将所述气体成分转化为不同的气体种类来对所述气体成分进行分析，然后确定它的含量。这种转化的优点在于，得到的气体种类可以被更简单或便利地检测到。例如，在特定实施例中，处理气体中的CO与H2O被催化反应以生成H2和CO2。H2的量可以通过热传导分析确定，处理气体中CO的含量可以从催化反应的化学定量关系中计算出。对应于催化前气体种类的量的值可以单独地从气体传感器组件中确定，或者在作为气体传感器组件的一部分的参考室中确定。
[9]在另一个实施例中，通过选择适当的化学反应和气体组件装置，气体不同成分的比值可以直接从近乎为实时分析的监测器中确定。
[10]另一方面，本发明提供了一种监测气体成分的方法。所述方法包括：a)将所述气体的第一样品输送到气体传感器组件的第一室中；b)在所述第一室中，对包含所述气体成分的化学反应进行催化，由此生成一种或多种气体种类；c)将一种或多种所述气体种类的部分或全部输送到所述气体传感器组件的第二室中；d)在所述第二室中，检测通过催化生成的至少一种所述气体种类的量；e)将所述气体的第二样品输送到所述气体传感器组件的第三室中；f)在所述第三室中，检测与在催化后被检测的相同的所述气体种类的量；以及g)比较催化后的所述气体种类的量与在所述第二气体样品中的相同的所述气体种类的量，从而提供对在所述气体中含有的所述气体成分的量的测量。所述比较提供了对通过催化生成的气体种类的量的测量，转而用于计算感兴趣的气体成分的含量。因此，通过催化生成的气体种类的量提供了对感兴趣的气体成分的测量。
[11]结合附图会从以下说明中更好地理解认为是本发明特性的新颖特征、及其操作的组织和方法以及本发明的其它目的和优点。然而，应当特别理解，每个附图仅为描述和说明的目的，而不是对本发明范围的限定。
附图说明
[12]图1是气体传感器的示意图。
[13]图2是处理气流分析的框图；以及
[14]图3是表示氢气和一氧化碳的比值与电桥输出的函数关系的曲线图。
具体实施方式
[15]本发明提供了一种气体传感器和气体分析方法。本发明得到加利福尼亚州河滨市(Riverside，California)的支持。河滨市拥有本发明的一定权利。
[16]根据本发明，用于分析的气体可以是具有能够进行催化化学反应的成分的任意气体。所述气体可以包括单一气体种类，或者两种或更多种气体种类的混合物。在特定实施例中，所述气体是诸如用于合成燃料产品的处理气流的气流。尽管第一气体样品和第二气体样品的组成可以相同，但根据被分析气体的均匀性，第一气体样品和第二气体样品可以有所区别。例如，当气体是处理气流时，由于气体产物的波动该气流的组成可以不同。尽管如此，但第一气体样品和第二气体样品的对比提供了一种感兴趣气体成分的测量方法，尤其是当以较短时间间隔采样处理气体时。
[17]只要催化剂不妨碍对待测的特定气体种类的检测，该催化剂就可以是对包括感兴趣的气体成分的化学反应进行催化的任意物质。优选地，该催化剂是在气体成分分析的整个过程都留在催化剂室中的固体。气体成分和催化剂的例子包括但不限于诸如用于NH3分析的钒的选择性催化还原催化剂，以及用于NO2分析的碳基催化剂。在优选实施例中，催化剂是催化下列反应的变换催化剂，所述反应称为变换反应：CO+H2O|H2+CO2。变换催化剂的例子包括但不限于基于铁铬的高温变换催化剂、基于铜锌铝的低温变换催化剂和基于贵金属的中温变换催化剂。特别优选的是能够在大约300℃或更高温度下催化变换反应的高温变换催化剂。这种高温变换催化剂是可商购的(来自Johnson Matthey Inc.，Wayne，Pennsylvania，USA的KATALCO 71-5；来自Haldor Topsoe Inc.，Houston，Texas，USA的HTS SK-201-2)。
[18]为了对感兴趣的气体成分进行最精确的测量，催化化学反应优选是进行完全的反应，也就是说，反应是不可逆的。在优选实施例中，可以催化基本上全部的气体成分。“基本上全部”的意思是催化后气体成分的残留量不超过催化前存在的所述气体成分的1％。在数据分析过程中，只要转化百分比保持相对恒定，则由气体成分的不完全转化引起的任何测量误差都可以得到补偿。
[19]传感元件可以是用来确定所选择的反应产物的量的任何气敏器件。传感元件的例子包括但不限于热传导传感元件、半导体传感元件、基于陶瓷氧化物的传感元件、电化学传感元件、基于金属氢化物的传感元件以及红外传感元件。
[20]在优选实施例中，传感元件是热传导传感元件。众所周知，热传导是气体的整体性质，并且热传导传感元件被认为是非特定气敏器件。热传导传感元件是电阻器件，例如金属丝、金属膜、热敏电阻、热板、碳膜、碳组合物、金属绕线、金属单线、导电塑料或其它热传导传感元件。特别优选的是金属丝热传导传感元件。
[21]诸如氦气和氢气等特定气体的热传导性远大于空气的热传导性，而其它气体，例如氮气、氩气、二氧化碳、一氧化碳、氨气和氮气的热传导性小于或近似于空气的热传导性。因而，例如在含有氢气和二氧化碳的气体混合物中，气体的热传导性主要由氢气决定。
[22]在实际应用中，气体分析可以在至约500psi的气体压强和至约800℃的温度下进行。气体压强优选约为100psi～500psi，更优选约为200psi～500psi，还更优选约为300psi～500psi。气体温度优选约为100℃～800℃，更优选约为200℃～800℃，还更优选约为250℃～800℃。在优选实施例中，气体分析在大约300℃下进行。
[23]图1示出了本发明传感器的示意图。传感器包括传感器块2，在传感器2的一侧连接有盖子4。气体通过入口连接器6引入传感器块中，并通过出口连接器8排出。尽管可以使用其它连接器装置，但该实施例中的两个连接器都是Swagelok连接器(Swagelock Company，Solon，Ohio，USA)。传感器腔10分为三段或三个室：参考室12、催化剂室14和产物室16。催化剂18放置在催化剂室内。如图1所示，参考室、催化剂室和产物室可以布置为单个传感器腔的连续段。可选择地，每个段可以通过诸如扩散隔板的隔离物与其它段物理地隔开，或者这些室可以布置为连续或分离段的任意组合。
[24]在传感器块的顶部是两个孔洞20和22，这两个孔洞分别为气敏元件24和26提供了到参考室和产物室的入口。在此实施例中，所述气敏元件是金属丝热传导传感元件。热传导传感元件26包括与信号线30连接的金属丝28。在传感器块的顶部还有温度传感元件36，在此实施例中温度传感元件36是用于测量传感器块温度的热电偶。
[25]传感器块底部的孔洞38用于容纳加热元件40，在此实施例中加热元件40是筒形加热器。加热元件40和温度传感元件36与温度控制器连接以将传感器块的温度保持在期望值。
[26]在操作中，测试气体样品进入参考室12，然后运动穿过催化剂室14并进入产物室16中。在产物室中，对测试气体样品进行分析并与在测试气体之后进入参考室12的参考气体样品比较。如果要监测的气体是气流，则气体样品可以从参考室中连续地流出，穿过催化剂室，然后进入产物室以便进行测量。这用于气流的连续监测。在连续流动的环境中，气体样品有两个功能。首先，气体样品进入参考室12，并且用作在产物室16中存在的气体种类的参考气体样品；其次，气体样品在催化剂室中受到催化并进入产物室，然后在产物室中得到分析。因而，每个气体样品同时用作气体传感器的参考气体样品和测试气体样品。
[27]可以通过与气敏元件电连接的监测器来捕获和分析气体种类数据。在如图1所示的气体传感器的情况下，气敏元件24和26(金属丝热传导元件)可以与惠斯通电桥(Wheatstone bridge)电路相连，从而使这两个传感器形成电桥电路的两臂。仪表放大器可以与电桥电路连接从而检测电桥电路的不平衡。仪表放大器的输出端可以与监测器连接，以显示放大器的信号。当催化反应是包括对CO和H2O的催化从而产生H2和CO2的变换反应时，放大器信号可以表示气体的H2/CO比。因此，无需计算催化反应的化学定量关系就可以由电桥电路直接确定H2/CO比。监测器还可以用作保持传感器块温度的温度控制器。
[28]图2提供了使用本发明的传感器的方框图。甲烷蒸汽重整器42将蒸汽和甲烷转换成一氧化碳、氢气和残留蒸汽，为费-托反应器(Fischer-Tropschreactor)46形成发生炉气流44。处理气体样品48从发生炉气流44中分出并在进入传感器块52之前穿过节流口50。所述节流口用于限制进入传感器的气体流量。优选的气流速率约为5sccm(标准立方厘米/分钟)。可以用其它气流控制装置替代节流口，这些气流控制装置包括但不限于毛细管流控制装置或针形阀。气体样品被耗尽并在催化之后从传感器块中排出。背压调节器54用于将传感器块内的压强保持在任何期望的压强下。
[29]在图2中，传感器块的温度是通过将温度控制器56连接于固定在传感器块上的热电偶和加热元件来保持的。所述连接通过加热元件线58和热电偶线60实现。
[30]在传感器块中，在对应于参考室的位置上检测一个气体样品，并且在对应于产物室的另一个位置上同时检测第二个气体样品。每个位置都具有气敏元件，在此情况下为金属丝热传导传感元件。每个热传导传感元件与惠斯通电桥放大器62连接，惠斯通电桥放大器62转而接至计算机64。当所述热传导传感元件形成惠斯通电桥电路的两臂时，就可以测量传感元件之间的电阻差，电桥电路中的不平衡将直接反映参考室和产物室中的气体样品的热传导性。
[31]在其它实施例中，单一气体样品不但提供测试气体样品，而且还为测试样品本身提供参考值。在这些实施例中，气体样品首先进入参考室12，并在参考室12中得到检测。气体样品然后流过催化剂室14并进入产物室16中，在产物室16中再次得到检测。监测器比较从参考室检测到的值和从产物室检测到的值，从而提供感兴趣气体成分的量的测量值。在这种情况下，监测器交替比较从参考室和产物室得到的检测值，而不是像两种不同的气体样品分别提供测试气体样品和参考气体样品时那样同时比较两个室。
[32]尽管图1中示出的传感器组件包括具有催化剂室、参考室和产物室的单个传感器腔，但应当理解，在不改变组件功能的情况下，传感器组件的各个部件可以设置成独立的单元。例如，在一些实施例中，催化剂室、参考室和产物室(连同它们各自的传感元件)可以是由诸如刚性或柔性管子的气体传输管道连接的独立腔。在这样的实施例中，参考室和产物室可以放置在处于选定温度的保温箱内，而催化剂室可以在保温箱外部。在其它实施例中，催化剂室和产物室可以流体连接在一起，而参考室可以与催化剂室和产物室流体隔离。在另外的实施例中，单个腔包括催化剂室和产物室，而独立腔包括参考室。
[33]在特定环境下，用于分析的气体可能未包含足够的催化所必需的反应物。例如，可能由于没有水或者因为水的浓度太低而不能有效地进行变换反应。在这种情况下，可以在分析之前将必要的反应物添加到气体样品中。
[34]参照所附的例子可以更好地理解本发明，所述例子仅用于说明的目的，并且在任何情况也不应当解释为对如在本发明所附权利要求中限定的本发明的范围的限制。
例子1
[35]根据图1所示的传感器的气体传感器使用由铝6061制成的传感器块和盖子构造而成。盖子通过1/4英寸的六角螺帽和硅胶衬垫固定于传感器块上。来自于GOW-MAC Instrument Co.(Bethlehem，Pennsylvania，USA)的钨丝用作在参考室和产物室中的热传导气敏元件。来自于Omega，Inc.(Stamford，Connecticut，USA)的筒形加热器插入传感器块中以保持温度，并使K型热电偶与传感器块连接以便进行温度测量。根据图1，传感器块的高度约为1.5英寸，长度约为3.0英寸，深度约为1.5英寸。参考室、催化剂室和产物室合起来的长度约为2.5英寸。含有参考室、催化剂室和产物室的腔的直径约为1/2英寸。
例子2
[36]含有一氧化碳、氢气和水(蒸汽)的气体中的CO的含量已经确定。将从Haldor Topsoe Inc.(Houston，Texas，USA)获得的高温变换催化剂HTSSK-201-2添加到根据例子1构造的气体传感器的催化剂室中。催化剂是盘形的(高度为6mm，直径为6mm)，并且由铁、铬和氧化铜制成。催化剂室中的催化剂的总重量约为5.5克。气体传感器与惠斯通电桥电路连接，从而两个钨丝热传导元件形成电桥电路的两臂。电桥电路测量钨丝之间的电阻差。当电桥电路受到DC或AC的电流激励时，电桥电路中的不平衡反映了产物室和参考室中的气体的热传导性。
[37]高温变换催化剂对将一氧化碳和水变为氢气和二氧化碳的转化进行催化：CO+H2O|H2+CO2。在使用催化剂的情况下，完全反应的时间可以忽略。引入参考室的气体样品流入发生变换反应的催化剂室中。已催化的气体样品然后流入产物室中以进行分析。将第二气体样品引入参考室中，从而为已催化的气体样品提供参考值。传感器块的温度保持在大约300℃上。
[38]尽管热传导性是气体的整体性质，但氢气的热传导性远大于其它气体的热传导性。因此，钨丝热传导元件基本上是检测在第一和第二气体样品中存在的氢气。催化后的第一样品中的氢气和催化前的第二样品中的氢气之间的差值表示通过催化产生的氢气的量。在变换反应的化学定量关系的基础上，这个量也是在催化前的气体样品中存在的一氧化碳的量的测量值。因此，对产生的氢气的量的测量给出了原始气体中CO含量的值。
[39]H2/CO比可以用从气体样品测量中获得的值计算得出。然而，通过使参考室和产物室的钨丝与惠斯通电桥电路的两臂连接，来自电桥电路的输出信号直接表示H2/CO比。这在图3中示出，其中分析了含有不同H2/CO浓度比的气体样品。
[40]尽管已经对本发明及其优点作了详细描述，但是应当理解，在不背离本发明的精神和范围情况下，可以对本发明做出各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围并不限于说明书中所述的处理、制造、物质的组合、手段、方法和/或步骤的特定实施例。本领域的普通技术人员应当容易从本发明公开的内容中理解，根据本发明，可以使用与此处描述的实施例具有大致相同的功能或获得大致相同的结果的目前存在或以后要改进的处理、制造、物质的组合、手段、方法或步骤。因此，本发明旨在包括在其范围内的这样的处理、制造、物质的组合、手段、方法或步骤。

Claims (27)

1.一种用于监测气体成分的气体传感器组件，所述组件包括：
a)催化剂室，其用于接收所述气体的样品并容纳催化剂，所述催化剂对包含所述气体的成分的化学反应进行催化，由此产生一种或多种气体种类；
b)产物室，其与所述催化剂室流体连通，用于接收通过催化生成的一种或多种所述气体种类的部分或全部；以及
c)传感元件，其布置于所述产物室内，用于检测通过催化生成的至少一种所述气体种类的量，从而提供用于分析在所述气体中含有的所述气体成分的量的值。
2.根据权利要求1所述的气体传感器组件，还包括用于对包含所述气体成分的化学反应进行催化的催化剂。
3.根据权利要求2所述的气体传感器组件，其中所述催化剂催化不可逆反应。
4.根据权利要求2所述的气体传感器组件，其中基本上全部的所述气体成分被所述催化剂反应。
5.根据权利要求2所述的气体传感器组件，其中所述催化剂是变换催化剂。
6.根据权利要求1所述的气体传感器组件，其中所述气体是用于合成燃料生产的处理气体。
7.根据权利要求1所述的气体传感器组件，其中所述气体成分是一氧化碳。
8.根据权利要求1所述的气体传感器组件，其中通过催化生成的至少一种所述气体种类是氢气。
9.根据权利要求1所述的气体传感器组件，还包括：
d)参考室，其用于接收所述气体的第二样品；以及
e)第二传感元件，其布置于所述参考室内，用于检测与在催化后被检测的相同的所述气体种类，从而为分析在所述气体中含有的所述气体成分的量提供参考值。
10.根据权利要求9所述的气体传感器组件，其中所述参考室与所述产物室和所述催化剂室流体隔离。
11.根据权利要求9所述的气体传感器组件，其中所述参考室和所述催化剂室流体连通。
12.根据权利要求11所述的气体传感器组件，其中所述参考室、催化剂室和产物室被布置为构成从所述参考室、穿过所述催化剂室、然后进入所述产物室的气流通道。
13.根据权利要求12所述的气体传感器组件，其中所述气体的单一部分是第一气体样品和所述第二气体样品，并且所述气体的单一部分在进入所述催化剂室前在所述参考室中得到检测。
14.根据权利要求9所述的气体传感器组件，其中第一传感元件和所述第二传感元件相互独立地从下列元件构成的组中选择：热传导传感元件、半导体传感元件、基于陶瓷氧化物的传感元件、电气化学传感元件、基于金属氢化物的传感元件和红外传感元件。
15.根据权利要求14所述的气体传感器组件，其中所述热传导传感元件是金属丝、金属膜、热敏电阻、热板、碳膜、碳组合物、金属绕线、金属单线以及导电塑料。
16.根据权利要求9所述的气体传感器组件，还包括与所述第一传感元件和所述第二传感元件电连接的监测器，用于比较在所述第一气体样品和所述第二气体样品中的所述气体种类的量。
17.根据权利要求16所述的气体传感器组件，其中所述监测器包括惠斯通电桥电路。
18.一种用于监测气体中的一氧化碳的气体传感器组件，所述组件包括：
a)催化剂室，用于接收所述气体的第一样品；
b)变换催化剂，其布置于所述催化剂室中，用于对包含在第一气体样品中的一氧化碳的化学反应进行催化，由此产生氢气；
c)产物室，其与所述催化剂室流体连通，用于接收通过催化生成的的氢气的部分或全部；
d)第一金属丝，其布置于所述产物室内，用于检测通过催化生成的氢气的量；
e)参考室，其与所述催化剂室流体连通，用于接收所述气体的第二样品；以及
f)第二金属丝，其布置于所述参考室内，用于检测在所述第二气体样品中含有的氢气，从而为分析所述气体中含有的一氧化碳的量提供参考值；
其中所述参考室、催化剂室和产物室被布置为构成从所述参考室、穿过所述催化剂室、然后进入所述产物室的气流通道。
19.一种监测气体成分的方法，包括：
a)将所述气体的第一样品输送到气体传感器组件的第一室中；
b)在所述第一室中，对包含所述气体成分的化学反应进行催化，由此生成一种或多种气体种类；
c)将一种或多种所述气体种类的部分或全部输送到所述气体传感器组件的第二室中；
d)在所述第二室中，检测通过催化生成的至少一种所述气体种类的量；
e)将所述气体的第二样品输送到所述气体传感器组件的第三室中；
f)在所述第三室中，检测与在催化后被检测的相同的所述气体种类的量；以及
g)比较催化后的所述气体种类的量与在第二气体样品中的相同的所述气体种类的量，从而提供对在所述气体中含有的所述气体成分的量的测量。
20.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中被催化的所述化学反应是不可逆反应。
21.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中基本上全部的所述气体成分得到催化。
22.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中被催化的所述化学反应是变换反应。
23.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中所述气体是用于合成燃料生产的处理气体。
24.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中所述气体成分是一氧化碳。
25.根据权利要求19所述的监测气体成分的方法，其中通过催化生成的至少一种所述气体种类是氢气。
26.一种监测气体中一氧化碳的方法，包括：
a)将所述气体的第一样品输送到气体传感器组件的第一室中；
b)在所述第一室中，对包含在所述第一气体样品中的一氧化碳的变换反应进行催化，由此生成氢气；
c)将通过催化生成的氢气的部分或全部输送到所述气体传感器组件的第二室中；
d)在所述第二室中，检测通过催化生成的氢气的量；
e)将所述气体的第二样品输送到所述气体传感器组件的第三室中；
f)在所述第三室中，检测在所述第二气体样品中含有的氢气的量；以及
g)比较催化后的氢气的量与在所述第二气体样品中的氢气的量，从而提供对在所述气体中含有的一氧化碳的量的测量。
27.一种监测气体成分的方法，其中所述气体成分要进行生成一种或多种气体种类的催化化学反应，所述方法包括：
a)向第一室提供所述气体的样品；
b)在所述第一室中，检测要通过催化生成的至少一种所述气体种类的量，从而为催化前在所述气体的样品中含有的所述气体种类的量提供参考值；
c)将所述气体的样品的部分或全部输送到气体传感器组件的第二室中；
d)在所述第二室中，对生成一种或多种所述气体种类的化学反应进行催化；
e)将通过催化生成的一种或多种所述气体种类的部分或全部输送到所述气体传感器组件的第三室中；
f)在所述第三室中，检测与催化前在所述气体的样品中被检测的相同的所述气体种类的量；以及
g)比较催化后所述气体种类的量和催化前在所述气体的样品中含有的相同的所述气体种类的量，从而提供对在所述气体中含有的所述气体成分的量的测量。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2336083A1 (en) 2009-12-17 2011-06-22 Topsøe Fuel Cell A/S Gas generator and processes for the conversion of a fuel into an oxygen-depleted gas and/or hydrogen-enriched gas
JP5786382B2 (ja) * 2011-03-11 2015-09-30 株式会社豊田中央研究所 燃料改質装置
RU2531022C2 (ru) * 2011-07-05 2014-10-20 Александр Михайлович Баранов Способ детектирования метана в воздухе
US8857463B1 (en) * 2012-04-05 2014-10-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Monitor for pressurized canisters
JP6851185B2 (ja) * 2015-11-13 2021-03-31 新コスモス電機株式会社 触媒転化式センサおよびガス検知器
JP6858535B2 (ja) * 2016-11-14 2021-04-14 新コスモス電機株式会社 触媒転化式センサおよびガス検知器
US10928339B2 (en) * 2015-11-13 2021-02-23 New Cosmos Electric Co., Ltd. Catalytic-conversion-type sensor
WO2017082431A1 (ja) * 2015-11-13 2017-05-18 新コスモス電機株式会社 触媒転化式センサ
US10451573B2 (en) * 2016-03-22 2019-10-22 General Electric Company Method and system for gas temperature measurement
JP6976991B2 (ja) * 2019-06-06 2021-12-08 Ｎｉｓｓｈａ株式会社 ２成分ガスの濃度比算出方法および検知対象ガスの濃度算出方法
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors
US12017506B2 (en) 2020-08-20 2024-06-25 Denso International America, Inc. Passenger cabin air control systems and methods
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
JP7090756B2 (ja) * 2021-01-13 2022-06-24 新コスモス電機株式会社 触媒転化式センサ
CN113009084B (zh) * 2021-03-04 2023-12-29 苏州康姆普机械有限公司 一种耐高温二氧化碳气体传感组件

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3153091B2 (ja) * 1994-03-10 2001-04-03 株式会社荏原製作所 廃棄物の処理方法及びガス化及び熔融燃焼装置
US2888330A (en) * 1957-03-20 1959-05-26 Standard Oil Co Hydrocarbon gas analyzer and method
US3985519A (en) * 1972-03-28 1976-10-12 Exxon Research And Engineering Company Hydrogasification process
US4005001A (en) * 1973-03-27 1977-01-25 Westinghouse Electric Corporation Combustibles sensor
US4012692A (en) * 1974-09-12 1977-03-15 Westfalische Berggewerkschaftskasse Method and apparatus for determining the concentration of one gaseous component in a mixture of gases
JPS5156284A (en) * 1974-11-13 1976-05-17 Hitachi Ltd Chitsusosankabutsu oyobi anmonia ofukumu haigasuchuno anmonianodobunsekiho oyobi sono sochi
US3957460A (en) * 1975-09-09 1976-05-18 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Oxidation of coal-water slurry feed to hydrogasifier
US4012311A (en) * 1975-10-30 1977-03-15 Cities Service Company Short residence time low pressure hydropyrolysis of carbonaceous materials
US4158697A (en) * 1975-12-29 1979-06-19 Clean Energy Corporation Coal treatment apparatus
US4170455A (en) * 1976-03-11 1979-10-09 Rockwell International Corporation Gas monitoring method and apparatus therefor
US4073698A (en) * 1976-06-04 1978-02-14 Energetics Science, Inc. Method and device for the detection and measurement of carbon monoxide in the presence of hydrogen
DE3033796A1 (de) * 1980-09-09 1982-04-22 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Elektrochemischer sensor zum nachweis reduzierender gase, insbesondere von kohlenmonoxid, hydrazin und wasserstoff in luft
US4397888A (en) * 1981-01-14 1983-08-09 Westinghouse Electric Corp. Thick film sensor for hydrogen and carbon monoxide
US4833171A (en) * 1981-01-27 1989-05-23 Sweeney Maxwell P Synthesis gas system
US4397889A (en) * 1982-04-05 1983-08-09 Gte Products Corporation Process for producing refractory powder
AU559953B2 (en) * 1982-09-30 1987-03-26 International Control Automation Finance Sa Carbon monoxide detector
US5055266A (en) * 1984-03-02 1991-10-08 Arch Development Corporation Method for detecting toxic gases
CH667738A5 (de) 1984-04-04 1988-10-31 Cerberus Ag Verfahren und vorrichtung zum nachweis von kohlenmonoxid.
US4668645A (en) * 1984-07-05 1987-05-26 Arup Khaund Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected composition
CA1300885C (en) * 1986-08-26 1992-05-19 Donald S. Scott Hydrogasification of biomass to produce high yields of methane
US4983296A (en) * 1989-08-03 1991-01-08 Texaco Inc. Partial oxidation of sewage sludge
US5354547A (en) * 1989-11-14 1994-10-11 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen recovery by adsorbent membranes
US5250175A (en) 1989-11-29 1993-10-05 Seaview Thermal Systems Process for recovery and treatment of hazardous and non-hazardous components from a waste stream
USRE35377E (en) * 1993-05-27 1996-11-12 Steinberg; Meyer Process and apparatus for the production of methanol from condensed carbonaceous material
US5344848A (en) * 1993-05-27 1994-09-06 Meyer Steinberg Process and apparatus for the production of methanol from condensed carbonaceous material
US5439580A (en) * 1993-11-05 1995-08-08 The Ohio State University Solid-state gas sensor for carbon monoxide and hydrogen
US6250175B1 (en) * 1995-09-19 2001-06-26 Nobert Noetzold Pull cable system
US6053954A (en) * 1996-06-14 2000-04-25 Energy & Environmental Research Center Methods to enhance the characteristics of hydrothermally prepared slurry fuels
US6044689A (en) * 1997-04-24 2000-04-04 Ngk Insulators, Ltd. Apparatus for sensing low concentration NOx, chamber used for apparatus for sensing low concentration NOx; gas sensor element and method of manufacturing the same; and ammonia removing apparatus and NOx sensor utilizing this apparatus
US20030022035A1 (en) * 1997-11-07 2003-01-30 Galloway Terry R. Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions
US5989398A (en) * 1997-11-14 1999-11-23 Motorola, Inc. Calorimetric hydrocarbon gas sensor
ITMI980865A1 (it) 1998-04-23 1999-10-23 Eniricerche S P A Ora Enitecno Procedimento per la preparazione di idrocarburi da gas di sintesi
US6257980B1 (en) * 1998-12-24 2001-07-10 B.I.S., L.L.C. Method and apparatus for identifying a winner in a bingo game
US6225358B1 (en) * 1999-02-16 2001-05-01 Syntroleum Corporation System and method for converting light hydrocarbons to heavier hydrocarbons with improved water disposal
US6495610B1 (en) * 2000-06-19 2002-12-17 Imperial Chemical Industries Plc Methanol and hydrocarbons
US6612269B2 (en) * 2000-08-11 2003-09-02 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for operating internal combustion engines from variable mixtures of gaseous fuels
US6527980B1 (en) 2000-10-12 2003-03-04 Air Products And Chemicals, Inc. Reforming with intermediate reactant injection
US6550310B1 (en) * 2000-11-28 2003-04-22 Honeywell International Inc. Catalytic adsorption and oxidation based carbon monoxide sensor and detection method
US7500997B2 (en) * 2002-02-05 2009-03-10 The Regents Of The University Of California Steam pyrolysis as a process to enhance the hydro-gasification of carbonaceous materials
US7619012B2 (en) * 2006-07-18 2009-11-17 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor
PL204168B1 (pl) * 2002-02-05 2009-12-31 Univ California Sposób i urządzenie do wytwarzania gazu syntezowego do zastosowania jako paliwo gazowe lub jako surowiec do wytwarzania paliwa ciekłego w reaktorze Fischera-Tropscha
US20050165261A1 (en) * 2003-03-14 2005-07-28 Syntroleum Corporation Synthetic transportation fuel and method for its production
BRPI0510942A (pt) * 2004-05-11 2007-07-17 Pfizer Prod Inc combinação de antipsicóticos atìpicos e antagonistas do receptor 5-ht1b

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