CN110998303A - 低功率可燃气体感测 - Google Patents
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Abstract
提供了一种使用热电偶设计的低功率可燃气体传感器。在一个方面，一种可燃气体传感器包括：至少一个第一电极；至少一个第二电极，其由与第一电极不同的材料形成；以及在第一电极和第二电极之间的活性反应结处的催化材料，其中第一电极和第二电极之间的活性反应结形成热电偶。还提供了一种包括例如多个传感器的感测设备，以及一种用于使用本发明的传感器来感测可燃气体的方法。
Description
技术领域
本发明涉及气体感测技术，并且更具体地涉及使用热电偶设计的低功率可燃气体传感器。
背景技术
可燃气体感测对于从家庭安全到采矿操作的许多工业和人类活动是重要的。例如，甲烷感测对于包括油气操作、牛场牧场、温室气体监测、天然气监测等的许多主题领域是特别重要的。
对于这样的应用，许多传感器需要在(通常是远程位置)上部署一段延长的时间段。因此，期望具有一种电池供电的传感器，其具有长寿命(例如，约5年的量级)和非常低的功耗。
然而，现有的燃烧传感器依赖于电加热元件以在高温下操作传感器元件。这些电加热元件通常消耗极其大量的功率(从约50毫瓦(mW)到约150mW的量级)。许多商业设备还受限于高浓度的气体。
因此，用于检测诸如甲烷气体的可燃气体的室温、低功耗和低成本传感器将是期望的。理想地，这样的传感器将具有测量百万分之一范围(ppm)内的气体浓度的能力。
发明内容
本发明提供了使用热电偶设计的低功率可燃气体传感器。在本发明的一个方面，提供了一种可燃气体传感器。可燃气体传感器包括：至少一个第一电极；至少一个第二电极，其由与第一电极不同的材料形成；以及在第一电极和第二电极之间的活性反应结(junction)处的催化材料，其中第一电极和第二电极之间的活性反应结形成热电偶。
在本发明的另一方面，提供了一种感测设备。该感测设备包括：多个传感器，每个传感器具有至少一个第一电极、由与第一电极不同材料形成的至少一个第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的活性反应结处的催化材料，其中第一电极和第二电极之间的活性反应结形成热电偶。多个传感器可以各自包括不同的催化材料。
在本发明的又一方面，提供了一种用于感测可燃气体的方法。该方法包括：提供可燃气体传感器，该可燃气体传感器具有：至少一个第一电极、由与第一电极不同的材料形成的至少一个第二电极；以及在第一电极和第二电极之间的活性反应结处的催化材料，其中第一电极和第二电极之间的活性反应结形成热电偶；以及在催化材料暴露于可燃气体时测量第一电极处的差分电压。
通过参考以下详细描述和附图，将获得对本发明的更完整理解以及本发明的进一步特征和优点。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的可燃气体传感器元件的图；
图2是示出根据本发明的实施例的图1的可燃气体传感器在被放置在具有瞬时浓度的甲醇蒸汽的容器中时的行为的图；
图3是示出根据本发明的实施例的具有参考结的可燃气体传感器的图；
图4是根据本发明的实施例的用于处理传感器数据的示例性系统；
图5是示出根据本发明的实施例的已经被催化材料包围的活性反应结的图；
图6是示出根据本发明的实施例的本发明的可燃气体传感器的操作的示意图；
图7是示出根据本发明的实施例的多传感器设备的示意图；
图8是示出根据本发明的实施例的示例性数据处理装置的图；
图9是示出根据本发明的实施例的用于使用本传感器来感测可燃气体的示例性方法的图；
图10是示出根据本发明的实施例的本发明的可燃气体传感器的示例性配置的图，其中活性反应结包括经由多孔导电催化剂进行接触的第一电极和第二电极；以及
图11是示出根据本发明的实施例的本发明的可燃气体传感器的示例性配置的图，其中活性反应结包括彼此直接物理和电接触并且与非导电催化剂直接物理和电接触的第一电极和第二电极。
具体实施方式
本文提供的是一种传感器，其在室温下(即，从约15℃至约30℃，并且范围在其间)操作、对可燃气体敏感、并且在微瓦(μW)功率级别下操作。如下面将详细描述的，本传感器像热电偶一样操作，其使用不同的金属和包括表面纳米颗粒的催化结，以在室温下催化低浓度的可燃气体与氧气的反应。合适的催化纳米颗粒包括但不限于铂(Pt)、钯(Pd)和钌(Ru)。
如本文所使用的，术语"可燃气体"是指例如烃气体和蒸汽。这包括例如氢气、甲烷(和其它烷烃)、甲醇、丁烷、丙烷和天然气。
本发明的可燃气体传感器的元件在图1中示出。本发明的传感器利用两种不同的金属和气体多孔催化中间表面(作为活性区域)，以在氧气(O2)存在的情况下分解可燃气体，从而产生过量的氢气(H2)、热以及最终产生反应产物二氧化碳(CO2)和水(H2O)。根据示例性实施例，传感器的活性区域形成热电偶的一部分。氢气和其它反应产物的释放暂时改变金属的功函数。此外，由于传感器的构造中所使用的不同金属，因此热从催化过程中被释放以产生跨电极的可感测的电压。具体地，导体内的温度梯度引起内建电场。这被称为塞贝克(Seebeck)或热电效应。参见例如Safa Kasap,“Thermoelectric Effects in Metals:Thermocouples,”An e-Booklet,pgs.1-11(2001)。基于热电偶的原理，通过采用不同的电极材料(即，具有不同的塞贝克系数)，读取第一和第二电极之间的净电压差是可能的。
如图1所示，气体传感器100包括附着到惰性衬底106的第一电极102和第二电极104。第一/第二电极102和104可以使用例如环氧树脂之类的粘合剂附着到惰性衬底106。
根据示例性实施例，第一电极102和第二电极104各自被配置为高纵横比的条状件(具有长度L和宽度W，其中L>>W)，并且被附着到惰性衬底106，使得这些条状件彼此正交地定向，在每个条状件的大致中点处相交。参见图1。此外，每个条状件可以是薄膜，例如具有从约1纳米(nm)至约5nm并且范围在其间的厚度。
第一/第二电极102和104由不同的金属形成。例如，根据示例性实施例，(第一或第二)电极中的一个电极由铂(Pt)或含Pt的合金形成，而另一个电极由钯(Pd)或含Pd的合金形成。例如，第一电极102由Pt形成，并且第二电极104由Pd形成，反之亦然。在一个示例性实施例中，Pt电极(102或104)是Pt和银(Ag)的合金以避免氢气脆化。仅作为示例，Pt/Ag合金包括从约20％至约25％的Ag并且范围在其间、以及从约74％至约79％的Pt并且范围在其间。用于惰性衬底106的合适材料包括但不限于石英、二氧化硅、氧化铝、氮化铝、云母、氮化硼、玻璃及其组合。
在该示例性实施例中，在第一电极102和第二电极104之间存在透气催化剂。透气是指催化剂材料本身被配置为对环境中的气体是可透过的、和/或催化剂被支撑在对环境气体可透过的材料上。例如，如将在下面详细描述的，催化剂可以由一层或多层催化纳米颗粒组成。这样的纳米颗粒层是多孔的，并且因此对于气体是可透过的。在这种情况下，催化剂优选地也是导电的，即，第一电极102和第二电极104之间的电接触可以通过催化剂来制成。这样，第一电极102和第二电极104不必彼此直接地(物理)接触(见图1)以形成热电偶，因为电连接通过催化剂(即，催化剂108)来提供。备选地，催化材料可以由多孔的、透气的材料(诸如多孔陶瓷)来支撑。在这种情况下，围绕催化剂的材料可能不是导电的，并且因此需要第一电极102和第二电极104之间的直接物理/电接触以在活性区域形成热电偶。
在图1所示的示例中，催化材料108存在于第一电极102和第二电极104之间。具体地，催化材料108存在于十字相交的第一电极102和第二电极104的相交处。在这种情况下，催化材料108与第一电极102和第二电极两者进行物理和电接触，但是第一电极102不与第二电极104进行直接物理接触。在该示例中，催化材料108是导电的。催化材料108也是多孔的/透气的。因此，在该配置中，催化材料108充当透气隔离物，其防止第一和第二电极102/104彼此进行直接物理接触。如图1中所配置的传感器使可感测电压在可燃气体和氧气存在的情况下被生成。
根据示例性实施例，催化材料108由一层或多层纳米颗粒形成。仅作为示例，用于传感器的合适的纳米颗粒包括但不限于Pt纳米颗粒(例如，诸如铂黑的Pt纳米粉末)、Pd纳米颗粒和/或Ru纳米颗粒。仅作为示例，铂是针对甲烷气体的强催化剂。参见例如Singh etal.,“Review:An Overview of Recent Development of Platinum-Based CathodeMaterials for Direct Methanol Fuel Cells,”Int.J.Electrochem.Sci.,9(July 2014)5607-5639。钯是针对丁烷气体的合适催化剂。例如参见Jung等人的名称为“SupportedCatalyst for Direct Dehydrogenation of n-Butane and Preparing Method ofButenes from n-Butane Using the Same”的美国专利申请公开号2013/0072738。钌或钌与铂和/或钯的组合是针对甲醇的合适催化剂。例如参见被授予Maeno等人的名称为“Alumina-Supported Ruthenium Catalyst”的美国专利号6,429,167和被授予Goer的名称为“Method for Producing Electricity Using a Platinum-Ruthenium-PalladiumCatalyst in a Fuel Cell”的美国专利号6,682,837。改变催化材料的成分可以调节传感器对不同气体的敏感性。因此，如将在下面详细描述的，本文设想了以下实施例：其中采用具有不同催化材料的多个传感器，从而支持不同气体的感测。
纳米颗粒(例如PT、Pd和/或Ru)层是导电的和多孔的。因此，如上所述，第一和第二电极102/104之间的电接触可以通过催化材料108来进行，其中第一和第二电极102/104彼此没有直接物理接触。环境气体可以透过多孔催化材料，其中，如上所述，它在生成热的反应中被催化材料分解。热通过热电偶被检测到。
传感器100对包括甲醇(MeOH)的多种可燃烃反应。例如参见图2。图2示出了传感器100响应于容器中的瞬时浓度的甲醇蒸汽的行为。响应于诸如甲烷、甲醇等的可燃气体的存在，在微伏至毫伏范围内的电压被观测到。在该示例中，甲醇蒸汽的浓度从约百万分之0(ppm)变化至约1,000ppm，并且对应的传感器输出电压范围从1×10-6伏至1×10-4伏。参见图2。传感器的电行为是可重复的，并且在暴露之后返回到基线电压。
值得注意的是，尽管在以上示例中选择Pt和Pd作为电极材料，但是也可以使用其它电极金属来创建对于可燃气体传感器有用的不同合金，包括但不限于铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、铁(Fe)、镍(Ni)和锡(Sn)。如上所述，Pt纳米颗粒、Pd纳米颗粒和/或Ru纳米颗粒都是催化剂材料的可行选项。
如上所述，在感测期间，由于电极中所使用的不同金属(热电偶)，热从催化过程中被释放以产生跨第一/第二电极的可感测电压。然而，局部温度效应(诸如取决于传感器位置的环境温度)可以对传感器电压贡献热电势。因此，在一个备选实施例中，上述传感器被构造有参考结，以便消除局部温度的效应。参见图3。
如图3所示，传感器300包括在惰性衬底306上的两个相同(即，由相同材料形成)的第一电极302和304。这两个第一电极302和304彼此平行并且不相交。一个第二电极308被形成为与第一电极302和304正交。第二电极308与第一电极302进行电接触和物理接触，从而形成参考结。参考结类似于热电偶电路中的冷结(见下文)，其提供远离热源的参考读数。在另一第一电极304处形成活性反应(感测)结，其中催化材料305与第一电极304和第二电极308物理和电接触(但是，第一电极304和第二电极308彼此不接触)。以上提供了用于惰性衬底、第一和第二电极以及催化材料的合适材料。
同样如上所述，通过使用不同材料的第一/第二电极形成热电偶。例如，第一电极302和304可以由Pt形成，并且第二电极308可以由Pd形成。第一电极302和第二电极308的相交部分是参考结。活性反应结可以通过将催化材料(例如Pt、Pd和/或Ru纳米颗粒)放置为与第一电极304和第二电极308物理和电接触来形成。
对电极302和304进行电接触以测量传感器的电压。在实践中，这可以通过将两个电接触连接到高阻抗仪表放大器402的输入来实现。例如参见图4的系统400。然后，通过与计算机406接口的模拟数字转换器404将放大的传感器电压数字化，以用于传感器数据的处理、存储和传输。下面结合图8的描述来描述可以被配置为用作计算机406的示例性装置。
返回参考图3，可以使用任何上述材料，只要电极采用不同的材料。例如，在备选实施例中，用于第一电极302和304的材料可以与用于第二电极308的材料交换。即，第一电极302和304可以由Pd形成，而Pt形成桥接的第二电极308。如上所述，对第一电极302和304进行两个电接触。如果需要，可以对桥接的第二电极308进行附加的电接触，以支持独立地监测传感器和参考结两者。
代替例如将催化层夹在电极之间，用催化材料围绕(电极的)结也是可能的。参见图5。图5中采用了参考结配置(诸如来自图3的参考结配置)，并且相应地，相同的结构被相同地标号。例如，如图5所示，活性反应结(例如，在电极304和(不同的)电极308之间的结处)被催化材料502包封，催化材料502又被多孔(透气的)封装(package)504所包封。该封装中包括的是参考结(例如，在电极302和(不同电极308)之间的结处)，根据示例性实施例，封装504由(多孔)氧化铝形成。
图6是示出本发明的可燃气体传感器的操作的示意图600。如图6所示，传感器采用热电偶设计，其中，如上所述，存在不同金属(例如，Pt和Pd-或如上提供的其它组合)的至少两个电极(即，第一电极和第二电极)。催化材料(例如，Pt、Pd和/或Ru纳米颗粒)存在于电极的“热”结处。该催化材料用作热电偶电路的热源。例如，如上所述，当可燃气体(参见图6)在氧气存在的情况下在催化层处被分解成二氧化碳(CO2)和水(H2O)时，热是催化过程的副产物。
热的存在在电极中生成可以使用电压计被检测的差分电压。远离热源的电极之间的结被称为冷结或参考结，因为其可以提供远离热源的测量，因此没有局部温度效应。例如，结合以上图3和图5的描述，描述了冷/参考结。该参考允许从信号中排除热效应。将冷结放置在相同衬底上的热源附近但与热源隔离是优选的。
重要的是，第一/第二电极仅在热和/或冷结处彼此接口，否则传感器读数将是错误的。因此，通过在惰性(即，电惰性、热反应惰性等)衬底上构造传感器，衬底服务于使电极绝缘。
如上所述，可以在相同设备中采用不同的催化剂以提供对不同气体的敏感性。参见图7。图7所示的感测设备700包括多次重复的上述可燃气体传感器，即，传感器A、传感器B、传感器C等，除了设备700中的每个传感器包括不同的催化材料(即，催化材料I、催化材料II、催化材料III等)之外。如上所述，根据本发明的传感器使用的合适的催化材料包括但不限于Pt纳米颗粒、Pd纳米颗粒和/或Ru纳米颗粒。因此，根据示例性实施例，感测设备700包括具有Pt纳米颗粒作为催化剂的至少一个传感器A、具有Pd纳米颗粒作为催化剂的至少一个传感器B、以及具有Ru纳米颗粒作为催化剂的至少一个传感器C，即，分别作为催化材料I、催化材料II、催化材料III。利用不同的催化材料，设备700将能够检测各种不同的气体。
现在转到图8，示出了可以根据本技术实现的数据处理装置800的框图。例如，装置800可以被配置为用作系统400中的计算机406。
装置800包括计算机系统810和可移除介质850。计算机系统810包括处理器设备820、网络接口825、存储器830、介质接口835和可选显示器840。网络接口825允许计算机系统810连接到网络，而介质接口835允许计算机系统810与诸如硬盘驱动或可移除介质850之类的介质交互。
处理器设备820可以被配置为实施本文所公开的方法、步骤和功能。存储器830可以是分布式的或本地的，并且处理器设备1020可以是分布式的或单个的。存储器830可以被实现为电、磁或光存储器，或者这些或其它类型的存储设备的任何组合。此外，术语“存储器”应当被足够广泛地解释为涵盖能够从处理器设备820所访问的可寻址空间中的地址被读取或向其写入的任何信息。利用该定义，通过网络接口825可访问的网络上的信息仍然在存储器830内，因为处理器设备820可以从网络取回信息。应当注意，构成处理器设备820的每个分布式处理器通常包含其自己的可寻址存储器空间。还应当注意，计算机系统810的一些或全部可以被并入专用或通用集成电路中。
可选显示器840是适于与装置800的人类用户交互的任何类型的显示器。通常，显示器840是计算机监视器或其它类似的显示器。
图9是示出用于使用本发明的传感器来感测可燃气体的示例性方法900的图。在步骤902中，提供传感器或上述传感器的系统。在催化材料暴露于可燃气体(如上所述，其生成热)时，在步骤904中，测量电极处的差分电压。步骤904可以使用电压计来执行。在步骤906中，传感器信号被放大(例如使用从MA Norwood的Analog Device可获得的AD8236仪器放大器)。在步骤908中，放大器的输出连接到模拟数字转换器，该模拟数字转换器将(放大的信号)数字化。也参见图4。然后，在步骤910中，可以使用例如用于数据处理的计算机对数字化的信号进行进一步处理、分析等。
本文考虑了各种不同的电极和催化剂配置。例如，如结合以上图1的描述所述，本发明的传感器100的基本部件包括第一和第二电极102/104以及在第一和第二电极102/104之间的活性反应结处的催化材料108。第一和第二电极102/104之间的活性反应结形成热电偶结。根据本技术，在活性反应结处，第一和第二电极可以彼此不具有直接物理接触(如图1所示的示例中，其中第一和第二电极102/104之间的电接触经由催化剂108来提供)，或者备选地，在活性反应结处，可以存在第一和第二电极之间的直接物理接触和电接触两者。在前一种情况下，催化材料是多孔的和导电的。在后一种情况下，催化材料可以被支撑/包含在非导电多孔材料中。现在将通过参考图10和图11进一步描述这些示例性配置中的每一个。
图10示出了以下示例性配置：其中第一和第二电极(在该示例中，分别由附图标记1002/1004给出)通过催化材料1008进行电接触。具体地，以与上述相同的方式，催化材料1008存在于第一电极1002和第二电极1004之间的活性反应结处。第一电极1002和第二电极1004之间的活性反应结形成热电偶。在该示例中，第一电极1002和第二电极1004彼此不进行直接物理接触。然而，催化材料1008(其是多孔的和导电的)与第一电极1002和第二电极1004两者进行直接物理接触。因此，第一电极1002和第二电极1004之间的连续性由催化材料1008来提供。如上所述，合适的多孔导电催化剂包括但不限于Pt、Pd和/或Ru纳米颗粒层。
在该示例中，第一电极1002与多孔催化材料1008电、热和机械接触。多孔催化材料1008类似地与第二电极1004电、热和机械接触。该组件形成热电结的组合，其操作性地表现为好像第一电极1002和第二电极1004直接接触。多孔催化材料1008允许气体透过且反应，从而升高结温度。如上所述，结温度作为跨第一电极1002和第二电极1004的热电电压是可感测的。
如上文所强调的，催化剂可以由多孔的非导电材料来支撑。在这种情况下，活性反应结可以包括在活性反应结处彼此直接物理(和电)接触的第一和第二电极(在该示例中，分别由附图标记1102/1104给出)。参见图11。如图11所示，如上所述，催化材料1108存在于第一电极1102和第二电极1104之间的活性反应结处。第一电极1102和第二电极1104之间的活性反应结形成热电偶。在该示例中，催化材料1108由非导电多孔材料来支撑。具体地，如图11所示，催化材料1108分散在多孔(但非导电)的材料中。因此，为了确保电接触，第一电极1102和第二电极1104彼此直接物理接触和电接触，从而在电极之间形成直接(热电偶)结。根据示例性实施例，催化剂包括Pt、Pd和/或Ru纳米颗粒，并且多孔非导电材料包括多孔陶瓷、烧结颗粒、光刻图案化纳米线、压制纳米线和/或本领域已知的任何其它形成的多孔结构。
在该示例中，第一电极1102和第二电极1104两者都与多孔的非导电材料热接触和机械接触。第一电极1102与第二电极1104电、热和机械接触。该组件在第一电极1102和第二电极1104之间形成热电偶。多孔的非导电材料允许气体透过催化材料1108并与其反应，从而升高材料的温度。多孔的非导电材料与电极之间的热电偶结热接触。可燃气体与多孔的非导电材料中的催化材料1108的反应由此加热热电偶结，并且基于对结温度的热电电压响应而被感测。
尽管本文已经描述了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于这些精确的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种其他改变和修改。
Claims (22)
1.一种可燃气体传感器，包括：
至少一个第一电极；
至少一个第二电极，所述至少一个第二电极由与所述第一电极不同的材料形成；以及
催化材料，所述催化材料在所述第一电极和所述第二电极之间的活性反应结处，其中所述第一电极和所述第二电极之间的所述活性反应结形成热电偶。
2.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极或所述第二电极包括选自由以下组成的组的材料：铂和钯。
3.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极或所述第二电极包括铂-银合金，并且其中所述铂-银合金包括从约20％至约25％并且范围在其间的银、以及从约74％至约79％并且范围在其间的铂。
4.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述催化材料是导电的且多孔的。
5.根据权利要求4所述的可燃气体传感器，其中所述催化材料选自由以下组成的组：铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铑纳米颗粒及其组合。
6.根据权利要求4所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极与所述催化材料直接物理接触，其中所述第二电极与所述催化材料直接物理接触，并且其中所述第一电极和所述第二电极在所述活性反应结处彼此不直接物理接触。
7.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，其中所述催化材料分散在多孔的非导电材料内。
8.根据权利要求7所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极和所述第二电极在所述活性反应结处彼此直接物理接触。
9.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，还包括：
惰性衬底，所述第一电极和所述第二电极被附着到所述惰性衬底。
10.根据权利要求9所述的可燃气体传感器，其中所述惰性衬底包括选自由以下组成的组的材料：石英、二氧化硅、氧化铝、氮化铝、云母、氮化硼、玻璃及其组合。
11.根据权利要求9所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极和所述第二电极各自被配置为在所述衬底上彼此正交置放的条状件。
12.根据权利要求11所述的可燃气体传感器，其中所述条状件各自具有从约1纳米至约5纳米并且范围在其间的厚度。
13.根据权利要求11所述的可燃气体传感器，其中所述催化材料被置放在所述第一电极与所述第二电极之间，使得所述催化材料物理接触所述第一电极和所述第二电极两者。
14.根据权利要求11所述的可燃气体传感器，其中所述催化材料包封所述第一电极和所述第二电极。
15.根据权利要求14所述的可燃气体传感器，其中所述第一电极、所述第二电极和所述催化材料被包封在多孔封装中。
16.根据权利要求15所述的可燃气体传感器，其中所述多孔封装包括多孔氧化铝。
17.根据权利要求1所述的可燃气体传感器，还包括：
多个第一电极，其中所述第二电极桥接所述多个第一电极，从而在所述多个第一电极和所述第二电极之间创建多个结，并且其中所述多个结中的一个结是所述活性反应结，并且所述多个结中的另一结是参考结。
18.一种感测设备，包括：
多个传感器，每个传感器包括至少一个第一电极、由与所述第一电极不同的材料形成的至少一个第二电极、以及在所述第一电极和所述第二电极之间的活性反应结处的催化材料，其中所述第一电极和所述第二电极之间的所述活性反应结形成热电偶。
19.根据权利要求18所述的感测系统，其中所述多个传感器各自包括不同的催化材料。
20.根据权利要求19所述的感测系统，其中所述感测系统中的第一传感器包括铂纳米颗粒作为催化材料，所述感测系统中的第二传感器包括钯纳米颗粒作为催化材料，并且所述感测系统中的第三传感器包括钌纳米颗粒作为催化材料。
21.一种用于感测可燃气体的方法，所述方法包括：
提供可燃气体传感器，所述可燃气体传感器包括：至少一个第一电极，由与所述第一电极不同的材料形成的至少一个第二电极；以及在所述第一电极和所述第二电极之间的活性反应结处的催化材料，其中所述第一电极和所述第二电极之间的所述活性反应结形成热电偶；以及
在所述催化材料暴露于所述可燃气体时，测量所述第一电极处的差分电压。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述可燃气体选自由以下组成的组：氢气、甲烷、甲醇、丁烷、丙烷和天然气。
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