CN105143869A - 对催化结构和包括催化结构的可燃气体传感器的诊断 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测可燃分析物的可燃气体传感器，包括：包含与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂、以及用于测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量的系统。测得的变量随时间的变化提供所述第一感测元件的操作状态的指示，例如来自中毒材料的分析物的恶化。
Description
技术领域
提供以下信息以辅助读者理解下面公开的技术以及这样的技术通常可以被用于其中的环境。除非在本文档中另有明确说明，否则本文中使用的术语不旨在限制为任何特定的狭窄释义。本文中阐述的参考文献可以有助于对技术或其背景的理解。本文中引用的所有参考文献通过引用并入。
背景技术
催化或可燃(易燃)气体传感器已经使用多年，例如用于防止由可燃或易燃气体的爆炸而引起的事故。一般地，可燃气体传感器通过可燃气体的催化氧化来操作。如在图1A和1B中所图示的，常规的可燃气体传感器10通常包括封装在耐火(例如，氧化铝)珠30中的诸如铂加热元件线或线圈20的元件，所述元件被浸渍有催化剂(例如，钯或铂)以形成活性或感测元件，活性或感测元件有时被称为pelement40、pellistor、检测器或感测元件。在Mosely，P.T.和Tofield，B.C.，ed.的“SolidStateGasSensors”(AdamsHilgerPress，Bristol，England(1987))中找到pelement和包括这样的pelement的催化可燃气体传感器的详细讨论。在Firth，J.G.等人的“CombustionandFlame”(21，303(1973))以及Cullis，C.F.和Firth，J.G.，Eds.的“DetectionandMeasurementofHazardousGases”(Heinemann，Exeter，29(1981))中也对可燃气体传感器进行了概括性讨论。
珠30将对能够改变其输出的除了催化氧化之外的现象(即，改变珠上的能量平衡的任何现象)做出反应，并且由此在可燃气体浓度的测量中产生误差。在这些现象当中有环境温度变化、湿度变化和压力变化。
为了使次级效应对传感器输出的影响最小化，可以依照感测元件或pelement40的电阻相对于在非活性的补偿元件或pelement50中呈现的参考电阻的变化来测量可燃气体的氧化率。两个电阻通常为诸如在图1C中所图示的惠斯通(Wheatstone)桥式电路的测量电路的部分。当可燃气体存在时跨越桥式电路所发展的输出或电压提供了可燃气体浓度的测量。补偿pelement50的特性通常与活性或感测pelement40尽可能紧密地匹配。然而，补偿pelement50通常不载有催化剂或者载有失活/中毒的催化剂。
例如，活性或感测元件40以及补偿pelement50能够部署在防爆壳体70的井60a和60b内并且能够通过例如多孔金属熔块80的回火防止器与周围环境分离。多孔金属熔块80允许环境气体进入壳体70内，但是防止热元件点燃周围环境中的易燃气体。这种催化气体传感器通常安装在这样的仪器中：在一些情况下，所述仪器必须便携，因此，必须载有它们自身的电源。因此，期望使得催化气体传感器的功耗最小化。
催化可燃气体传感器通常用于其中可能出现感测元件等的恶化以及电路的故障的长时间段。诸如抑制材料或中毒材料(即，对感测元件的催化剂进行抑制或使感测元件的催化剂中毒)的外来材料可以例如被引入到感测元件。抑制材料通常将随时间“烧尽”，但是中毒材料永久性地破坏感测元件的催化活性。一般地，在没有故意将测试气体施加到可燃气体传感器的情况下难以确定这样的异常操作状态或可燃气体传感器的状态。在许多情况下，可燃气体分析物在周围环境中的可发觉浓度是罕有事件。可燃气体传感器的操作状态的测试通常包括测试气体(例如，包括已知浓度的分析物或其模拟物的气体，可燃气体传感器类似地响应于所述模拟物)到传感器的施加。使用可燃气体的定期测试可能是困难的、耗时的且昂贵的。
数十年来，传感器设计者已经被他们的催化剂结构的污染和/或退化的问题所困扰。已经已知硫化合物(抑制剂)用于抑制催化剂结构，并且过滤技术用于防止其通过到该结构中。如果它们确实进入该结构，则它们被束缚直到施加足够水平的热以促进其释放或分解。也已知挥发性硅化合物(毒剂)当其永久性地保存时引起与催化结构的重大问题，并且最终导致催化剂的完全失活。最后，高水平的碳氢化合物也能够在该结构内沉积不完全和/或沉积诸如碳的次级副产品。
所有这些问题未由在可燃气体传感器中使用多年的高灵敏度桥电路检测到。用户一直报告他们的催化传感器读数为零(即，桥电路被平衡)的情况，然而他们对气体挑战很少回应。许多扫掠、斜升和脉冲技术已经被尝试用于检测感测元件的热力学性质的微小变化。然而，这样的技术仅在已经出现大规模变化时部分有效。此外，传感器必须离线以供使用这些技术来分析，潜在地漏掉了危险的安全事件。
发明内容
在一个方面中，一种用于检测可燃分析物的可燃气体传感器，包括：包含与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂、以及用于测量与所述第一感测元件的阻抗的复数分量有关的变量(可以测得的变量包括但不限于，阻抗、电抗、谐振频率、频率相关变量、电感、电容、或者电感和/或电容的电阻分量)的系统，所述阻抗有时被称为电抗。测得的变量随时间的变化提供所述第一感测元件的操作状态的指示。
阻抗由公式Z＝R+jX定义，其中，Z是阻抗。阻抗Z的实数分量是电阻R，而阻抗的复数或虚数分量是电抗X(其中，j是虚数单位)。电容电抗XC和电感电抗XL两者根据以下公式X＝XL-XC对电抗(或总电抗)做出贡献。一般地，阻抗或电抗(和/或其有关的变量)的测量需要施加电压或电流中的变化。在缺少分析物的情况下，所述感测元件的阻抗随时间保持恒定，但是阻抗(即，电抗)的复数分量根据如本文中描述的感测元件操作状态或功能的函数而变化。
所述第一传导元件可以例如穿过所述第一支撑结构的至少一部分。在许多实施例中，所述可燃气体传感器在对与所述第一感测元件的电抗有关的变量的测量期间可操作的检测可燃气体分析物。例如，可以测得多于一个与电抗有关的变量。
在许多实施例中，所述可燃气体传感器还包括：包含与所述电子电路装置电连接的第二传导元件的补偿元件、以及与所述第二传导元件操作性连接的第二支撑结构。所述补偿元件在所述补偿元件的操作温度基本上与所述可燃分析物无电抗。
所述第一支撑结构可以例如包括多孔电绝缘材料。所述第一支撑结构可以例如包括多孔耐火材料。
测得的变量的变化可以例如提供外来材料被引入到所述第一感测元件的指示。所述外来材料可以例如是抑制剂或毒剂。
所述可燃气体传感器可以例如还包括与所述电子电路装置通信连接的控制系统。所述控制系统可以例如适于基于测得的变量的变化来改变所述可燃气体传感器的输出。由所述控制系统执行的这样的改变和其他动作可以例如被自动化(即，不需要用户介入)。所述控制系统也可以适于基于测得的变量的变化来向用户提供关于所述第一感测元件的操作状态的信息。在许多实施例中，所述控制系统也可以适于在测得的与电抗有关的变量变化时增大所述第一感测元件的温度以尝试烧尽所述外来材料。所述控制系统也可以适于在测得的变量(和/或所述感测元件的灵敏度)由于温度的增大而没有回到预定阈值的情况下向用户提供指示。
在许多实施例中，用于测量与电抗有关的变量的所述系统测量以下各项中的至少一项：所述第一感测元件的阻抗、所述第一感测元件的电抗、所述第一感测元件的电感、所述第一感测元件的电容、所述第一感测元件的电感和/或电容的电阻分量、所述第一感测元件的谐振频率、或者所述第一感测元件的频率相关变量。
在另一方面中，提供了一种操作用于检测可燃分析物的可燃气体传感器的方法。所述可燃气体传感器包括：具有与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、以及被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂。所述方法包括：如以上描述的随时间测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量、以及将测得的变量的变化与所述第一感测元件的操作状态相关联。在许多实施例中，所述可燃气体传感器在测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量的同时操作的检测可燃气体分析物。
在又一方面中，一种用于确定感测元件的操作状态的方法，包括：随时间测量与所述感测元件的电抗有关的变量、以及将测得的变量的变化与所述感测元件的操作状态相关联，所述感测元件包括：与电子电路装置电连接的传导元件、与第一传导元件操作性连接的支撑结构、以及被支撑在所述支撑结构上以用于催化分析物的反应的催化剂。
在再一方面中，提供了一种操作用于检测可燃分析物气体的可燃气体传感器的方法。所述可燃气体传感器包括：具有与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、以及被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂。所述可燃气体传感器还包括与所述第一感测元件操作性连接的控制系统。所述方法包括：在没有将分析物气体或其模拟物施加到所述第一感测元件的情况下经由所述控制系统电子地询问所述感测元件以测试所述第一感测元件的操作状态、以及在从电子询问确定外来材料已经污染所述第一感测元件时经由所述控制系统增大所述第一感测元件的温度以尝试烧尽所述外来材料。所述方法可以例如还包括重复所述电子询问以确定所述外来材料是否已经被去除到足够的程度。所述方法可以例如还包括向用户提供没有将所述外来材料去除到所述足够的程度的指示。
在许多实施例中，所述电子询问包括随时间测量与所述感测元件的电抗有关的变量、以及将测得的变量的变化与所述感测元件的操作状态相关联。用于测量所述变量的所述系统可以例如测量以下各项中的至少一项：所述第一感测元件的阻抗、所述第一感测元件的电抗、所述第一感测元件的电感、所述第一感测元件的电容、所述第一感测元件的电感和/或电容的电阻分量、所述第一感测元件的谐振频率、或者所述第一感测元件的频率相关变量。在许多实施例中，所述可燃气体传感器在测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量的同时操作的检测可燃气体分析物。
考虑到下面结合附图进行的详细描述，将最佳地领悟和理解本文中描述的设备、系统和/或方法连同其属性和附带优点。
附图说明
图1A图示了当前可用的可燃气体传感器的实施例。
图1B图示了图1A的可燃气体传感器的活性感测元件、pelement或者检测器的放大视图。
图1C图示了图1A的可燃气体传感器的电路的实施例。
图2A图示了其中包括用于测量与其中的活性感测元件的电抗有关的变量的系统的可燃气体传感器的实施例。
图2B图示了图2A的可燃气体传感器的活性感测元件的放大视图。
图3图示了温度对活性感测元件的效应的研究。
图4图示了抑制剂(硫)的引入对用于氢的检测的活性感测元件的电阻、电容和氢灵敏度的效应。
图5图示了用于测量活性感测元件的如与其谐振频率有关的DC电阻以及电抗的变化的系统的一个实施例的电路图。
图6图示了在其中监测可燃气体的活性感测元件的电抗/电容的本文的系统的实施例的框图。
图7图示了控制或询问算法的实施例或者本文的方法或传感器系统的实施例的流程。
具体实施方式
将容易理解，如概括地在本文中的附图中描述和图示的实施例的部件可以以除了所描述的示例实施例的多种不同的配置来布置和设计。因此，下面对如在附图中呈现的示例实施例的更详细描述不旨在限制所要求保护的实施例的范围，而是仅仅代表示例实施例。
贯穿本说明书中对“一个实施例”或“实施例”(等)的引用意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性被包含在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书中的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定全部指的是同一实施例。
另外，可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式来组合描述的特征、结构或特性。在下面的描述中，提供许多具体细节以给出实施例的透彻理解。然而，相关领域技术人员将认识到，能够在没有具体细节中的一个或多个的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等来实践各个实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免混淆。
如本文中和随附的权利要求中使用的，除非上下文另行明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个引用。因此，例如，对“感测元件”的引用包括多个这样的感测元件以及本领域技术人员所公知的其等同元件等，并且对“所述感测元件”的引用是指一个或多个这样的感测元件以及本领域技术人员公知的其等同元件，等等。
在本文的许多实施例中，阐述了确定催化结构(例如，可燃气体传感器的感测元件)的良好情况或操作状态的设备、系统和方法，所述设备、系统和方法不需要分析物(或目标)气体或其模拟物的使用或施加(即，不需要测试气体的施加)。催化结构一般包括加热元件(通常为传导元件)、被设置在加热元件上的绝缘催化剂支撑结构以及被设置在支撑结构上的催化剂。在许多实施例中，电抗测试方法用于测量与电抗有关的变量以询问/确定催化结构/感测元件的操作状态或功能。术语“与电抗有关的变量”指的是随电抗(或者复数分量阻抗)而变化或与电抗(或者复数分量阻抗)成比例的变量，包括例如阻抗、电抗、电感、电容、电感和/或电容的电阻分量、谐振频率、或频率相关的变量。随时间测量一个或多个这样的变量并且其变化与催化结构/感测元件的操作状态或功能有关。一般地，电抗提供电路元件由于元件的电感或电容的对电流或电压的变化的反抗的测量。在许多实施例中，可以测量电感和/或电容的电抗分量或电阻分量。备选地或额外地，可以测量与电感和/或电容有关的其他变量，例如谐振频率。也可以测量其他变量，例如固定频率的施加幅度的变化。另外，可以测量例如由设备谐振频率与固定参考频率的频率或相位比较确定的另外的变量。
在本文阐述的许多代表性研究中，测量电容或与电容相关的变量。然而，本领域技术人员意识到，可以测量与电抗(及其变化)有关的任何变量。这样的变量可以例如与感测元件的催化结构上的污染物的存在有关或指示感测元件的催化结构上的污染物的存在和/或与用于分析物的感测元件的灵敏度有关。
图2A图示了本文的可燃气体传感器110的实施例。如以上对于传感器10所描述的，可燃气体传感器110包括例如活性或感测元件(或者pelement)140以及补偿元件150。活性感测元件140和补偿元件150分别被设置在防爆壳体170的井160a和160b内。活性或感测元件140和补偿元件150通过回火防止器(例如，多孔金属熔块180)与周围环境分离。多孔金属熔块180允许环境气体进入壳体70内，但是防止热元件点燃周围环境中的易燃气体。催化可燃气体传感器110例如安装在这样的系统或仪器中：所述系统或仪器可以是便携的或固定在位置中的(即，永久的)。所述系统或仪器可以例如包括单个可燃气体传感器或多个可燃气体传感器。在多个可燃气体传感器的情况下，如本文中描述的询问或测试可以在每个可燃气体传感器上执行。诸如电化学气体传感器的其他传感器也可以存在于所述仪器或系统中。
电源190与传感器110操作性连接。在传感器固定在设施内的一定位置处的情况下，可以从远程源提供功率。在便携式传感器的情况下，电源190可以包括一个或多个电池。传感器110还包括控制系统194，所述控制系统可以例如包括控制电路和/或处理器196(例如，微处理器)以及与处理器196通信连接的相关联的存储系统198。
诸如传导线的加热元件120(图2B)用于将(包括支撑结构130和催化剂134的)元件的结构充分地提升到一定温度以促进分析物或目标气体的催化反应。加热元件一般由线圈制成，并且随着时间更小直径的线已经用于减少元件的功率消耗。例如，美国公开的专利申请第2011/0100090号公开了更小直径的线在可燃气体传感器中的使用，其公开内容通过引用并入本文中。一般地，用于加热元件的线被选择为具有针对感测应用的有利的温度系数并且一般为贵金属或合金。活性元件140和补偿元件150可以例如被配置为桥电路的特定形式(如例如在图1C中图示的)，并且以恒定电压、电流或电阻(并且由此以恒定温度)来操作。
绝缘支撑结构130一般形成为封装加热元件120并且促进良好热分布。还期望支撑结构140非常多孔使得能够在其上形成尽可能多的催化部位。常见的悬挂选择是氧化铝，氧化铝也是绝缘体并且具有3-5的范围内的介电常数。
催化剂134可以例如烧制到支撑结构130(例如，氧化铝)上。如以上描述的，催化剂134可以例如是诸如铂、钯、铑或金属的混合物的贵金属。催化剂134可以例如被添加到支撑结构130直到(金属)催化剂134开始对加热元件120的阻抗具有副作用。使沉积的催化剂材料最大化使催化反应最大化并且产生尽可能多的信号。复杂的、三维金属和陶瓷结构被形成具有足够的孔隙度以准许气体到结构中的扩散。
不限于任何机制，本发明人提出了这样的理论：催化结构可以被建模为混合金属板与电绝缘体及其间的空气的复杂形成物。以其最简单的形式，这里描述了基本的电容结构。进行分析，并且发现，代表性的450μm直径的半球形催化结构在100kHz具有如使用LCR测量计确定的大约100pf到200pf的电容。这通过对元件施加偏置电位进一步证实。当元件被加热(被偏置)时，出现催化结构的热膨胀。该热膨胀引起电容板分离，并且能够如在图3中图示的测量电容的下降。这与一般电容方程C＝εA/d一致，其中，d是板间隔，A是两个板之间的重叠的面积，并且ε是将板分离的间隙中的材料的介电常数。在系统110的许多实施例中，感测元件140以恒定温度操作以感测分析物使得温度对其电容的效应不影响操作。
如以上所描述的，催化结构的污染和/或退化的问题已经困扰本领域人员多年。再次地，已知硫化合物用于抑制催化结构并且硫化合物结合直到施加足够水平的热以促进其释放或分解。然而，硅化合物永久性地保存并且导致催化剂的完全失活。此外，碳氢化合物也能够在结构内沉积不完全和/或沉积诸如碳的次级副产品。硫、硅和碳具有3-5的范围内的介电常数。
由本发明人进行的调查表明，电容元件的理论难题能够用于测量到诸如感测元件140的催化结构中的抑制或中毒材料的引入。由于结构内的空气由不同电介质的材料取代，因此观察到可测量且有形的结果。另外，可以询问系统以测量电容(或与电抗有关的其他变量)的变化，同时仍执行其主要气体检测功能。
图4图示了利用Agilent4263BLCR测量计测试的偏置1V的450μm催化结构的结果。首先，执行日常检查，从而指示存在对H2的稳定响应以及在没有施加H2的情况下获取的稳定电阻(R)和电容(C)读数。在第5天，将硫(形式为一滴2.2N的硫酸)施加到催化结构(或催化pelement)。硫酸的施加导致H2响应下降60％和电容的可测变化。然而电阻不变，这与在之前可用的系统中的用户发现一致。在接下来6天的过程中，出现从硫抑制的气体灵敏度中的缓慢恢复。能够从图4看出，电容也缓慢恢复，并且呈现出到完全气体灵敏度的回归。电阻在研究中保持不受影响。在第14天施加形式为一滴六甲基二硅氧烷(HMDS)的二氧化硅并且显示出类似于施加形式为硫酸的硫出现的偏移。然而，在施加二氧化硅毒剂之后不管是气体敏感性还是电容都不再恢复，同时电阻再次保持不变。
如常规电容理论所建议的，由此替换的具有高于空气的介电常数ε的材料(例如，硫)的引入导致电容增大。如以上所描述的，本领域技术人员也能够意识到，也可以分析与阻抗或电抗的复数分量有关的其他变量。这些分析方法中的一些可以导致测得的偏移的增大或减小(即，与电抗有关的变量可以上升或下降)。如以上所描述的，可以分析电感和/或电容的电抗和/或电阻分量。额外地，也可以采用确定催化结构的电抗分量的谐振频率的方法。作为备选方法，可以分析谐振的偏移。另外，可以分析固定频率的施加的幅度。幅度的变化将是阻抗的变化的指示。更进一步，可以将设备的谐振或自然频率与次要参考频率进行比较。之后可以比较这两个信号相位的变化作为阻抗的变化的指示。另一简单方法将使用对设备施加电压或电流并且允许其达到准备状态。将分析需要的时间作为确定阻抗/电抗的方法。
为了实施本文的设备、系统和方法，本领域技术人员需要例如简单地询问或测量诸如作为电容传感器的感测元件140的催化结构的电容。针对给定偏置电位(即，针对给定温度)的电容的偏移指示催化结构已经受到影响。用于测量电容的应用电路或系统示意性地被呈现为图2A中的系统200。有许多用于这样的询问或电容测量的适当的应用电路或系统，并且例如Baxter，L.K.的“CapacitiveSensors：DesignandApplications”(IEEEPress(1997))以及Baxter，L.K.的“CapacitiveSensors”(WhitePaper，(2000))描述了许多用于感测电容的变化的适用系统，其公开内容通过引用并入本文中。
图5图示了用于测量活性感测元件(检测器)的与电抗有关的变量(例如，电容)的变化的系统的代表性实施例的电路图。在图5的系统中，桥电路(经由放大器U1和U2)提供气体浓度的测量(桥输出)，气体浓度的测量也是阻抗的实数或电阻分量的测量。克拉普振荡器测量珠电容(C2)，因为珠电容与其谐振频率有关，而频率＝1/[2Π(L1*C2)1/2]。测量系统的该部分是与阻抗的复数或电抗分量有关的变量。图6图示了系统的框图。
存在许多用于阻抗或电抗的复数变量与本文中描述的催化结构的操作状态之间的关系的潜在应用。例如，测得的变量可以简单地用于提供传感器健康的操作状态、(经由例如显示系统210和/或报警系统220的)传感器寿命和/或仅仅一般的诊断检查的指示。
在另一应用中，测得的变量用于实时校正气体浓度输出/读数。下面是用于调节系统的灵敏度的公式的代表性示例。
St＝So*(Yo/Yt*k)
在以上方程中，St是在给定时间t的灵敏度；So是初始或先前确定的灵敏度，Yo是初始或先前确定的与电抗有关的变量，Yt是在给定时间t测得的变量，并且k是缩放因子常数。查找表可以例如备选地用于将测得的变量的变化与灵敏度校正相关联。
与用于测量传感器操作状态的先有方法不同，感测元件的询问能够在没有气体感测功能的中断的情况下出现在本文的设备、系统和方法中。这是高度期望的能力。在该点上，分析物气体的危险水平可能在感测元件的气体感测功能中断的任何时间期间升高。防止感测元件的气体感测功能的中断(或在只要感测元件操作的检测分析物气体时提供持续感测)改进系统的安全性。
另外，测得的与电抗有关的变量能够用作将额外的热施加到催化结构以潜在地去除抑制剂的触发器。变量的定期测量、其结果的分析、传感器输出的校正和/或额外热的施加可以例如以没有用户介入的自动化方式由控制系统194(经由例如在存储系统198中作为软件的一个或多个算法)来实现。与电抗有关的变量的测量和相关联的额外的热的施加可以实时进行，并且不但提供系统的寿命和健康方面，而且提供自愈属性。包括测试和维持其自身健康的能力的传感器系统是本领域的重大改进。此外，如果传感器没有“烧尽”污染物，则能够确定污染物是毒剂。可以(例如，经由显示系统210、报警系统220和/或其他用户接口)通知用户系统的活性元件已经中毒。本文中描述的“烧尽”流程可以例如用于与适合于确定外来材料已经污染活性感测元件的活性感测元件的任何电子询问结合使用。
图7图示了本文的电子询问或控制算法或过程的实施例。在图7的实施例中，每次读出与电抗有关的变量，对所述变量进行评估。如果变量和/或与其相关联的灵敏度的校正在正常范围(例如，预定值的+/-1％)内，则不发生校正并且重复序列。如果获得非相容结果(即，变量和/或校正不在正常范围内)，则取决于是否应当增大或减小灵敏度而采取不同动作，这取决于测得的变量。如果测得的变量导致(例如，与感测元件的污染相关联的)增大灵敏度的需求，则算法将确定增加是否在正常范围内，并且那么做。如果增加在正常范围内，则系统将尝试增加热以烧尽任何抑制剂，并且可以例如警告用户正在进行该“烧尽”或清理过程。如果已经施加最大热限制，并且也已经施加最大校正，则可以例如警告用户感测元件已经中毒。如果测得的变量导致减小灵敏度的需求，则算法将确定减少是否在正常范围内，并且那么做。如果减少在正常范围内，则系统将检查看看之前是否已经施加热以尝试烧尽抑制剂。如果已经施加热，则将减少热。该控制算法或本文的类似的算法可以例如是在无需用户介入的情况下经由控制系统执行的自动流程。控制算法可以例如被实现存储在存储系统198内的软件中并且由控制系统194的处理器196执行。在许多实施例中，可燃气体传感器在电子询问、控制算法或过程的执行期间操作的检测可燃气体分析物。
本文中描述的设备、系统和/或方法能够与各种类型的可燃气体传感器结合使用。现有的可燃气体传感器设计容易修改为包括本文的用于测量与其一个或多个感测元件的电抗有关的阻抗变量的设备或系统。例如，这样的设备、系统和/或方法能够与微机电系统(MEMS)、薄/厚膜系统、或者诸如在美国专利第5599584号和/或US6705152中描述的其他适当的微型或纳米技术系统结合使用。
前面的描述和附图阐述了当前的实施例。当然，鉴于前面的教导，在不偏离本文的范围的情况下，各种改进、添加和备选设计对于本领域技术人员将当然变得显而易见，本文的范围由随附的权利要求而不是由前面的描述指示。落在权利要求的等同内容的含义和范围内的所有变化和变型均应包含在其范围内。
Claims (21)
1.一种用于检测可燃分析物的可燃气体传感器，包括：包含与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂、以及用于测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量的系统，测得的变量随时间的变化提供所述第一感测元件的状态的指示。
2.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述第一传导元件穿过所述第一支撑结构的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，还包括：包含与所述电子电路装置电连接的第二传导元件的补偿元件，以及与所述第二传导元件操作性连接的第二支撑结构，所述补偿元件在所述补偿元件的操作的温度基本上与所述可燃分析物无电抗。
4.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述第一支撑结构包括多孔电绝缘材料。
5.根据权利要求4所述的可燃气体传感器，其中所述第一支撑结构包括多孔耐火材料。
6.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，还包括与所述电子电路装置通信连接的控制系统。
7.根据权利要求6所述的可燃气体传感器，其中测得的变量的变化提供外来材料被引入到所述第一感测元件的指示。
8.根据权利要求7所述的可燃气体传感器，其中所述外来材料是抑制剂或毒剂。
9.根据权利要求6所述的可燃气体传感器，其中所述控制系统适于基于测得的变量的变化来改变所述可燃气体传感器的输出。
10.根据权利要求6所述的可燃气体传感器，其中所述控制系统适于基于测得的变量的变化来向用户提供关于所述第一感测元件的操作状态的信息。
11.根据权利要求7所述的可燃气体传感器，其中所述控制系统适于在测得的变量变化时增大所述第一感测元件的温度以尝试烧尽所述外来材料。
12.根据权利要求11所述的可燃气体传感器，其中所述控制系统适于在测得的变量由于温度的增大而没有回到预定阈值的情况下向用户提供指示。
13.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中用于测量所述变量的所述系统测量所述第一感测元件的以下各项中的至少一项：阻抗、电抗、谐振频率、频率相关变量、电感、电容、电感的电阻分量、或者电容的电阻分量。
14.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中在测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量的同时，所述可燃气体传感器操作用于检测所述可燃气体分析物。
15.一种操作用于检测可燃分析物气体的可燃气体传感器的方法，所述可燃气体传感器包括：包含与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、以及被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂，所述方法包括：随时间测量与所述第一感测元件的电抗有关的变量，以及将测得的变量的变化与所述第一感测元件的操作状态相关联。
16.一种确定感测元件的操作状态的方法，所述感测元件包括：与电子电路装置电连接的传导元件、与第一传导元件操作性连接的支撑结构、以及被支撑在所述支撑结构上以用于催化分析物的反应的催化剂，所述方法包括：随时间测量与所述感测元件的电抗有关的变量，以及将测得的变量的变化与所述感测元件的操作状态相关联。
17.一种操作用于检测可燃分析物气体的可燃气体传感器的方法，所述可燃气体传感器包括：包含与电子电路装置电连接的第一传导元件的第一感测元件、与所述第一传导元件操作性连接的第一支撑结构、被支撑在所述第一支撑结构上以用于催化所述分析物的反应的催化剂、以及与所述第一感测元件操作性连接的控制系统，所述方法包括：在没有将分析物气体或其模拟物施加到所述第一感测元件的情况下经由所述控制系统电子地询问所述感测元件以测试所述第一感测元件的操作状态，以及在从电子询问确定外来材料已经污染所述第一感测元件时经由所述控制系统增大所述第一感测元件的温度以尝试烧尽所述外来材料。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括重复所述电子询问以确定所述外来材料是否已经被去除到足够的程度。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括向用户提供没有将所述外来材料去除到所述足够的程度的指示。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述电子询问包括随时间测量与所述感测元件的电抗有关的变量并且将测得的变量的变化与所述感测元件的操作状态相关联。
21.根据权利要求20所述的方法，其中测得的变量是所述第一感测元件的阻抗、电抗、谐振频率、频率相关变量、电感、电容、电感的电阻分量、或者电容的电阻分量。
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Inventor after: M.F. Old Zanella Inventor before: M - F - zanela |