CN102879435B - 防爆型小型化可燃气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防爆型小型化可燃气体传感器，包括：金属壳体，内有容置空间；金属丝网，将与所述金属丝网所在的侧面及与其相对的另一侧面相垂直的垂直面作为可燃气体的传输面；嵌入于金属壳体内的绝热模块；对可燃气体敏感的检测模块；对可燃性气体不敏感、且与检测模块相匹配的补偿模块；所述检测模块要比所述补偿模块具有更高的催化燃烧活性；密封胶，密封胶位于金属壳体的容置空间内的粘结长度作为有效粘结面，有效粘结面与传输面相垂直。相比于现有技术，本发明具有尺寸小型化、防爆性强及性能可靠的优点。

Description

防爆型小型化可燃气体传感器

技术领域

本发明涉及一种具有强防爆能力、小巧便携的可燃气体探测器。

背景技术

为防止可燃性气体达一定浓度后发生爆炸，以保证安全生产，在生产和使用可燃性气体的工厂或场所常常需要设置可燃性气体检测报警装置。这种可燃性气体检测报警装置的主要构成部分是可燃气体探测器。现有的可燃气体探测器主要是由气敏原件、气敏原件固定套，防雨罩及电缆引入装置构成。

目前这种结构的可燃气体探测器因为其非本质安全，应用于可燃气体环境有引爆周围环境的风险，往往不能满足更严格的防爆等级的要求，因此，需要进行隔爆封装。可燃气体检测器传统的隔爆封装方式为催化珠封装在不锈钢壳体内，该壳体带有火焰扑捉、扑灭烧结片，并且末端使用环氧树脂epoxy浇注防漏。按欧洲北美等防爆认证的标准，要求任何防爆壳体若采用密封胶方式进行密封，则密封胶与壳体的粘结沿着粘封的方向上的长度不应低于3mm。并且，胶封这种设计必须具备足够大的尺寸才能保证具有隔爆效果。因此，传统的设计尺寸往往较高，无法实现小巧便携的可燃气体探测器。

可燃气体传感器一般测量手段包括：热导检测器，红外检测器，催化燃烧检测等，这些检测手段大都采用量热的方式，即通过可燃气体燃烧，流动或红外吸收后对敏感元件的温度或说热量造成影响而检测可燃气体的。而根据一般的常识，凡是涉及量热的检测一定会受到周围环境温度变化的影响。因此，量热的传感器一般需要一个参比检测器或叫做参比元件，用于抵消温度，湿度，压力和气流等环境因素对检测元件测量造成的影响。显然，参比元件需要与检测元件在温度，湿度，压力和气流等若干因素无限一致，这样才能做到最大的补偿效果。遗憾的是，目前的可燃气体传感器，尤其是催化燃烧或热导传感器往往由于产品设计及生产工艺不够先进，导致参比元件的补偿效果及其不理想，也就是说，现在大部分厂家生产的可燃气体传感器尽管已经经过参比元件的补偿，但仍具有显著的温度，湿度，压力以及气流等效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防爆型小型化可燃气体传感器，解决现有技术中可燃气体检测器尺寸受限、难以小型化及补偿不佳等问题。

为解决上述问题及其他问题，本发明提供一种防爆型小型化可燃气体传感器，包括：金属壳体，内有容置空间；在所述金属壳体的其中一个侧面上设有与所述容置空间相接的进行气体交换的金属丝网，以供被检测气体经由所述金属丝网传输至所述金属壳体内；将与所述金属丝网所在的侧面及与其相对的另一侧面相垂直的垂直面作为可燃气体的传输面；嵌入于所述金属壳体的容置空间内的绝热模块；对可燃气体敏感的检测模块；对可燃性气体不敏感、且与所述检测模块相匹配的补偿模块;所述检测模块要比所述补偿模块具有更高的可燃气体检测敏感性；用以将上述的绝热模块、检测模块以及补偿模块配置于所述金属壳体的容置空间内的密封胶，将所述密封胶位于所述金属壳体的容置空间内的粘结长度作为有效粘结面，所述有效粘结面与所述可燃气体的传输面相垂直。

可选地，所述检测模块包括：组装于所述绝热模块内的检测元件以及与所述检测元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对检测引脚；所述补偿模块包括：组装于所述绝热模块内的补偿元件以及与所述补偿元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对补偿引脚。

可选地，所述检测模块和所述补偿模块通过固定支架固定于所述传感器内，或者，所述检测模块与所述补偿模块之间互相耦合、嵌套或者卡牢以相互固定并固定于传感器内。

可选地，所述检测模块包括：组装于所述绝热模块内的检测元件以及与所述检测元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对检测引脚；所述补偿模块包括：组装于所述绝热模块内的补偿元件以及与所述补偿元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对补偿引脚。

可选地，所述补偿模块中的补偿元件与所述检测模块中的检测元件相比具有相对较低的可燃气体检测敏感性甚至没有可燃气体检测敏感性。

可选地，所述补偿模块与所述检测模块相匹配包括所述补偿模块的电阻与所述检测模块的电阻相匹配；在-40℃至+70℃的范围内，所述检测模块与所述补偿模块的电阻之比范围为0.975至1.013。

可选地，所述检测模块还包括用于支撑所述一对检测引脚的检测引脚框，所述补偿模块还包括用于支撑所述一对补偿引脚的补偿引脚框。

可选地，所述绝热模块由热阻材料构成，所述热阻材料的导热系数<0.6w/(m.K)，所述热阻材料为气态、液态或固态。

可选地，所述金属壳体的内壁设置有与所述密封胶相接触的止口槽。

可选地，所述密封胶的线膨胀系数为10^-6in./in./°C~10^-5in./in./°C。

可选地，所述金属壳体的一个面为敞口，所述检测模块，补偿模块，绝热模块经由所述敞口放入金属壳体内的容置空间，由所述密封胶将所述敞口封闭。

本发明提供的防爆型小型化可燃气体传感器，包括金属壳体、设在所述金属壳体上的金属丝网、嵌入于所述金属壳体内的绝热模块、组装于所述绝热模块的检测模块和补偿模块、以及密封胶，这样的结构具有如下优点：

1、可燃气体的传输面与密封胶的有效粘结面相垂直，这样，防爆认证要求的粘结长度（例如，至少3mm）不占据传感器的高度，这样就减小了传感器的整体高度。另外，对于检测模块和补偿模块，其各自配置的检测引脚和补偿引脚是从金属壳体的侧面延伸出，相比于从正面或底面延伸出的现有技术，大大降低了产品的整体厚度，实现了产品的小型化；再有，在检测模块和补偿模块的周围垫有绝热模块，这样可避免因这两个模块与金属壳体之间留有较大的空隙，从而防止热量损失，如此，可以进一步减小传感器的整体尺寸。

2、在本发明中，提供了对可燃气体敏感的检测模块和对可燃性气体不敏感的补偿模块，所述检测模块要比所述补偿模块具有更高的可燃气体检测敏感性，所谓可燃气体检测敏感性是指：用随可燃气体浓度的变化，用于指示可燃气体变化的物理量或化学量的变化率。特别地，是将检测模块和补偿模块做成独立的两个模块，并在生产制备时将这两个模块进行配对匹配操作，匹配（例如：电阻配对，使得两者的电阻值相等或相差很小）之后再进行封装，从而避免了补偿不佳的问题，使得所述补偿模块可以补偿环境温度、湿度以及压力、气流等对所述检测模块的信号造成的影响。

3、所选用的密封胶的线膨胀系数10^-6in./in./°C~10^-5in./in./°C与不锈钢的线膨胀系数接近，这样，即使经过防爆认证标准规定的长达一个月的极限高低温度循环，密封胶与不锈钢壳体之间仍能保持足够的粘结强度，足以抵抗接下来的高达4MPa的静态水压压力测试。

附图说明

图1为本发明提供的防爆型小型化可燃气体传感器的立体图。

图2为本发明提供的防爆型小型化可燃气体传感器的结构分解图。

具体实施方式

本发明的发明人发现：现有的可燃气体传感器存在尺寸受限、难以小型化及补偿不佳等问题。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种新型的防爆型小型化可燃气体传感器，将气体传输面与密封胶的有效粘结面垂直，同时将各个引脚从金属壳体的侧面延伸出，从而降低了产品的整体厚度以实现小型化，并通过将检测模块和补偿模块做成独立的且相互匹配的两个模块，从而避免了补偿不佳的问题。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，本发明的一种防爆型小型化可燃气体传感器的说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1和图2，分别显示为本发明提供的一种防爆型小型化可燃气体传感器的立体图及其结构分解图。结合图1和图2，本发明防爆型小型化可燃气体传感器1包括：金属壳体11、金属丝网13、绝热模块15、检测模块17、补偿模块19、以及密封胶。

以下对上述各个部件进行详细说明。

金属壳体11，内有容置空间。在本实施例中，金属壳体11大致呈六面体的盒状，较佳地，采用不锈钢材料制成，具有高的强度及良好的散热性能。所述金属壳体11的一个面（例如，底面）为敞口，这样，就可以提供将检测模块17、补偿模块19、绝热模块15等经由所述敞口放入金属壳体11的容置空间中，之后，由所述密封胶将所述敞口封闭。另外，金属壳体11的与敞口面相垂直的一个侧面（在以下描述将这一个侧面称为正面）开设有一个开口，在对应所述开口处烧结有金属丝网13。在本发明中，将与金属丝网13所在的侧面及与其相对的另一侧面相垂直的垂直面作为可燃气体的传输面（即图1中所示的T）。可以看出，可燃气体的传输面即决定了传感器的整体高度。在这里，金属丝网13与金属壳体11的容置空间相接，不仅具有保持透气以供被检测气体经由金属丝网13传输至金属壳体11内进行气体交换的效果，进一步地，更具防护效果以防止可燃气体的火焰传递出来引爆周围环境。较佳地，金属丝网13为不锈钢丝网，其孔目可按生产工艺的要求或可燃气体的特性而设置。

绝热模块15，嵌入于金属壳体11的容置空间内，用于起到绝热作用。在本实施例中，绝热模块15可以采用热阻材料（例如塑料）制成，所述热阻材料的导热系数<0.6w/(m.K)，所述热阻材料为气态、液态或固态，当所述热阻材料为固态时，其形状可以是棒状、块状、片状、甚至是粉末状。一方面，为使得绝热模块15有效地嵌入于金属壳体11内，本发明还提供了用于固定绝热模块15的夹子14，具体地，夹子14可以大致П型，将绝热模块15予以夹持。另一方面，为使得绝热模块15与金属壳体11更紧密地结合，在绝热模块15与金属壳体11之间还采用了密封胶连接（例如环氧树脂epoxy浇注），以封住任何缝隙。更进一步地：一方面，在绝热模块15的外壁上还可以设置供增强绝热模块15与金属壳体11之间结合度的法兰、桩栓或延伸部等；另一方面，金属壳体11的内壁特别设置有与所述密封胶相接触的止口槽（未在图式中予以显示），这样，就可以使得所述密封胶在密封时嵌入所述止口槽，防止密封胶滑出，增强密封的结合度。本发明在材料选择上格外讲究，所选择的环氧树脂epoxy的线膨胀系数大致为10^-6in./in./°C~10^-5in./in./°C，与绝热模块15它们的材料热膨胀系数足够接近，并与金属壳体11的线膨胀系数接近，这样，即使经过防爆认证标准规定的长达一个月的极限高低温度（高温不小于95℃和低温-40℃）循环，密封胶与不锈钢壳体之间仍能保持足够的粘结强度，不会产生裂缝，爆炸性实验也不会使金属壳体11壳体裂开，足以抵抗接下来的高达4MPa的静态水压压力测试。

本发明提供了对可燃气体敏感的检测模块17和对可燃性气体不敏感的补偿模块19。在实际应用中，检测模块17和所述补偿模块19可以通过固定支架固定于金属壳体11内，但并不以此为限，例如，检测模块17与补偿模块19之间还可以通过互相耦合、嵌套或者卡牢以相互固定并固定于金属壳体11内。

检测模块17检测可燃性气体，包括：组装于绝热模块15内的检测元件171、与检测元件171的两端分别连接并从金属壳体11的侧面经由所述密封胶延伸出的一对检测引脚173、以及用于支撑这一对检测引脚173的检测引脚框175。补偿模块19用于补偿环境温度、湿度、压力、气流等对检测模块17信号造成的影响，包括：组装于绝热模块15内的补偿元件191、与补偿元件191的两端分别连接并从金属壳体11的侧面经由所述密封胶延伸出的一对补偿引脚193，以及用于支撑这一对补偿引脚193的补偿引脚框195。由于检测模块17和补偿模块19各自配置的检测引脚173和补偿引脚193是从金属壳体11的侧面延伸出，相比于从正面或底面延伸出的现有技术，大大降低了产品的整体厚度，实现了产品的小型化。

检测模块17和补偿模块19的结构基本相同，它们的主要区别在于：检测模块17中的检测元件171要比补偿模块19中的补偿元件191具有更高的可燃气体检测敏感性，即，检测模块17中的检测元件171具有相对较高的可燃气体检测敏感性，补偿模块19中的补偿元件191具有相对较低的可燃气体检测敏感性甚至没有可燃气体检测敏感性。在这里，所谓可燃气体检测敏感性是指：随可燃气体浓度的变化，用于指示可燃气体变化的物理量或化学量的变化率。在本实施例中，检测元件171包括：贵金属负载件和在所述贵金属负载件上包裹的陶瓷材料件，较佳地，所述贵金属负载件为Pt丝线圈，所述陶瓷材料件上还负载有对可燃气体敏感的单质或化合物。补偿元件191包括：贵金属负载件和在所述贵金属负载件上包裹的陶瓷材料件，较佳地，所述贵金属负载件为Pt丝线圈。显然，这检测模块17和补偿模块19的热导方面的性能须足够接近才能实现补偿的作用，他们的热导性能越接近，则环境温度，湿度，压力以及气流对整个可燃气体传感器的性能影响越小。但已有可燃气体传感器由于结构设计缺陷，往往做不到其中的检测部件和补偿部件足够匹配。使得可燃气体传感器性能明显逊色，或者需要额外的补偿。而本发明的防爆型小型化可燃气体传感器在设计上充分考虑了这一点：将检测模块17和补偿模块19设计为两个独立的硬件模块，在生产制备时将这两个模块预先进行配对匹配操作，待匹配操作完成之后再移往绝热模块15进行封装，从而避免了补偿不佳的问题，使得补偿模块19可以补偿环境温度、湿度以及压力、气流等对检测模块17的信号造成的影响。在实际应用中，上述补偿模块19的电阻与检测模块17相匹配指的是补偿模块19的电阻与检测模块17的电阻相匹配（例如：电阻配对，使得两者的电阻值相等或相差很小）。具体地，检测模块17与补偿模块19的电阻之比范围为0.93至1.07，进一步地，检测模块17与补偿模块19的电阻之比范围为0.983至1.020。特别地，在-40℃至+70℃的范围内，所述检测模块与所述补偿模块的电阻之比范围为0.975至1.013。

为使得检测模块17和补偿模块19牢固地封装于绝热模块15内，本发明还提供了用于固定检测模块17和补偿模块19的固定框架16。在使用时，固定框架16作为绝热模块15与检测模块17、补偿模块19之间的连接装置，具体地，固定框架16的一端用于收置绝热模块15，固定框架16的另一端用于收置检测模块17的检测元件171和补偿模块19的补偿元件191。实际应用中，所述检测模块和所述补偿模块通过固定支架固定于所述传感器内，或者，所述检测模块与所述补偿模块之间互相耦合、嵌套或者卡牢以相互固定并固定于传感器内。

密封胶（未在图式中予以显示）是用以将上述的绝热模块15、检测模块17以及补偿模块19封装于所述金属壳体11的容置空间内。在本发明中，所述密封胶渗入金属壳体11的容置空间内的粘结长度（与图1中所示的W相对应）作为有效粘结面，所述有效粘结面与所述可燃气体的传输面相垂直。这样，所述密封胶的有效粘结面与所述可燃气体的传输面相互不影响，防爆认证要求的粘结长度（例如，至少3mm）不占据传感器的高度（即可燃气体的传输面距离），这样就减小了传感器的整体高度，从而金属壳体11可制成呈扁平型盒状，其尺寸可以小到14mm*14mm*5mm（即，图1中的L*W*T），其中，5mm为金属壳体11中与所述可燃性气体的传输面相对应的厚度，相比于传统传感器一般不小于8mm的高度，要相对小得多。

本专利所公开的传感器的实际应用例：

本发明的可燃气体传感器一种为催化燃烧可燃气体检测器，其工作原理是：检测模块17中的检测元件171对甲烷有催化燃烧活性；补偿模块19中的补偿元件191对甲烷无催化燃烧活性或者有相对较低的催化燃烧活性。因此，当有可燃气体出现时，检测元件171的电阻升高，补偿元件191的电阻降低、不变或者相对低的幅度升高。通过惠斯通电桥将检测元件171与工作元件可以扑捉到二者电阻相对变化的信息，将这一信息与甲烷气体浓度关联并通过预先的标定处理，即可得到甲烷气体的浓度值。

综上所述，本发明提供的防爆型小型化可燃气体传感器，包括金属壳体、设在所述金属壳体上的金属丝网、嵌入于所述金属壳体内的绝热模块、组装于所述绝热模块的检测模块和补偿模块、以及密封胶，这样的结构具有如下优点：

1、可燃气体的传输面与密封胶的有效粘结面相垂直，这样，防爆认证要求的粘结长度（例如，至少3mm）不占据传感器的高度，这样就减小了传感器的整体高度。另外，对于检测模块和补偿模块，其各自配置的检测引脚和补偿引脚是从金属壳体的侧面延伸出，相比于从正面或底面延伸出的现有技术，大大降低了产品的整体厚度，实现了产品的小型化；再有，在检测模块和补偿模块的周围垫有绝热模块，这样可避免因这两个模块与金属壳体之间留有较大的空隙，从而防止热量损失，如此，可以进一步减小传感器的整体尺寸。

2、在本发明中，提供了对可燃气体敏感的检测模块和对可燃性气体不敏感的补偿模块，所述检测模块要比所述补偿模块具有更高的可燃气体检测敏感性。特别地，是将检测模块和补偿模块做成独立的两个模块，并在生产制备时将这两个模块进行配对匹配操作，匹配（例如：电阻配对，使得两者的电阻值相等或相差很小）之后再进行封装，从而避免了补偿不佳的问题，使得所述补偿模块可以补偿环境温度、湿度以及压力、气流等对所述检测模块的信号造成的影响。

3、所选用的密封胶的线膨胀系数10^-6in./in./°C~10^-5in./in./°C与不锈钢的线膨胀系数接近，这样，即使经过防爆认证标准规定的长达一个月的极限高低温度循环，密封胶与不锈钢壳体之间仍能保持足够的粘结强度，足以抵抗接下来的高达4MPa的静态水压压力测试。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，包括：

金属壳体，内有容置空间；

在所述金属壳体的其中一个侧面上设有与所述容置空间相接的进行气体交换的金属丝网，以供被检测气体经由所述金属丝网传输至所述金属壳体内；将与所述金属丝网所在的侧面及与其相对的另一侧面相垂直的垂直面作为可燃气体的传输面；

嵌入于所述金属壳体的容置空间内的绝热模块；

对可燃气体敏感的检测模块；

对可燃性气体不敏感、且与所述检测模块独立的且相匹配的补偿模块；所述检测模块要比所述补偿模块具有更高的可燃气体检测敏感性；

用以将上述的绝热模块、检测模块以及补偿模块配置于所述金属壳体的容置空间内的密封胶，将所述密封胶位于所述金属壳体的容置空间内的粘结长度作为有效粘结面，所述有效粘结面与所述可燃气体的传输面相垂直。

2.如权利要求1所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述检测模块和所述补偿模块通过固定支架固定于所述传感器内，或者，所述检测模块与所述补偿模块之间互相耦合、嵌套或者卡牢以相互固定并固定于传感器内。

3.如权利要求1所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述检测模块包括：组装于所述绝热模块内的检测元件以及与所述检测元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对检测引脚；所述补偿模块包括：组装于所述绝热模块内的补偿元件以及与所述补偿元件的两端分别连接、且从所述金属壳体的侧面经由所述密封胶延伸出的一对补偿引脚。

4.如权利要求3所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述补偿模块中的补偿元件与所述检测模块中的检测元件相比具有相对较低的可燃气体检测敏感性甚至没有可燃气体检测敏感性。

5.如权利要求1、3或4所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述补偿模块与所述检测模块相匹配包括所述补偿模块的电阻与所述检测模块的电阻相匹配；在-40℃至+70℃的范围内，所述检测模块与所述补偿模块的电阻之比范围为0.975至1.013。

6.如权利要求3所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述检测模块还包括用于支撑所述一对检测引脚的检测引脚框，所述补偿模块还包括用于支撑所述一对补偿引脚的补偿引脚框。

7.如权利要求1所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述绝热模块由热阻材料构成，所述热阻材料的导热系数<0.6w/(m.K)，所述热阻材料为气态、液态或固态。

8.如权利要求1所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述金属壳体的内壁设置有与所述密封胶相接触的止口槽。

9.如权利要求1所述的防爆型小型可燃气体传感器，其特征在于，所述密封胶的线膨胀系数为10^-6in./in./℃～10^-5in./in./℃。

10.如权利要求1所述的防爆型小型化可燃气体传感器，其特征在于，所述金属壳体的一个面为敞口，所述检测模块，补偿模块，绝热模块经由所述敞口放入金属壳体内的容置空间，由所述密封胶将所述敞口封闭。