CN1172180C - 气体传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测气体的气体传感器包括壳体和位于壳内的活性元件。活性元件被堆积密度不大于0.15g/cc的多孔绝热材料所围绕。另一种气体传感器包括被表面积不大于约200m2/cc的多孔绝热材料围绕的活性元件。再一种气体传感器包括放置的铜化合物，使得气体在与活性元件接触前与铜化合物接触。还有一种气体传感器包括被平均孔径至少约为100的多孔材料围绕的活性元件。
Description
发明的领域
本发明涉及一种用于检测气体的传感器，尤其是涉及一种其中的活性元件被特定物理性能的材料围绕的用于检测气体的传感器。
发明的背景
许多气体传感器(gas sensors)或检测器包括活性元件，在其中使待分析的气体反应以便对其进行检测。其中例如易燃(可燃)气体传感器多年来一直用于防止爆炸事故的发生。气体检测器通常在易燃气体的催化氧化下运行。常规的易燃气体传感器一般包括活性元件，该活性元件例如包括包在耐火(如氧化铝)珠粒中的铂线圈，所述珠粒的表面覆盖有催化剂。包含包入的铂线圈的活性元件通常称为“pelement”或“pellister”。“pelement”和包含这种“pelement”的催化易燃气体检测器的详细描述披露于Mosely，P.T.和Tofield，B.C.编辑的
固态气体传感器，Adams Hilger Press，Bristol，England(1987)中。
一般来说，活性元件或“pelement”作为微型热量计用于测量易燃气体氧化时释放出来的能量。位于“pelement”中的铂线圈起下面两个方面的作用：(1)将珠粒电加热到其操作温度(一般约为500℃)，和(2)检测由于易燃气体的氧化导致的温度变化。在操作过程中，将活性元件加热到其操作温度，此时一般对易燃气体分析物的氧化进行催化。用活性元件检测燃烧反应随温度升高所释放出来的热量，从而测量在受监控环境中存在的易燃气体分析物的量。
一般利用铂线圈的电阻变化(随温度而变化)来测量温度的升高。在绝大部分情况下，催化活性元件与另一个非活性元件或补偿元件(即参照电阻)成对出现，后者用于补偿除了易燃气体浓度外的环境因素，如环境温度、湿度等。这种类型的传感器在如美国专利3,092,799中有描述。这样测得的活性元件的电阻变化与参照电阻的电阻变化有关。因此，参照电阻宜包含尽可能与催化活性元件相匹配的补偿、非活性元件。这两个电阻是例如惠斯登单臂电桥电路的一部分。当存在易燃气体分析物时通过电路产生的电压能提供对易燃气体浓度的测量。
气体传感器中的催化活性元件可以采取除了上述“pelement”外的形状。例如，最近开发了基于固态半导体技术的传感器用于检测气体。在这种气体传感器中，第一氧化/还原反应步骤随分析气体分子与半导体表面相互作用的进程会改变其导电率。导电率的改变与存在于受监控氛围中分析气体的浓度有关。与催化传感器一样，一般将半导体基传感器的活性元件加热到较高的操作温度(如约500℃)。
在便携式、电池动力的设备中，使气体传感器的能量消耗降至最小对延长电池的寿命是至关重要的。这样工业上朝着宜在与电池电压相匹配的操作电压下运行的低能气体传感器的方向发展。最常见的是，使用通常比其低电阻配对加热器小和更脆的较高电阻的加热器可以使能量下降。当便携式设备在“正常”使用过程中下落或震动时，基于小直径导线线圈的催化珠粒(由于其高电阻)特别易于断裂。改进低能珠粒抗机械冲击的稳定性的方法包括加入玻璃或陶瓷羊毛的“隔离”(insulating)层来保护元件。参见美国专利5,601,693。然而，这种隔离层会增加设备的能量需求。
工业上也朝着更能耐一时性抑制剂(如硫化氢)和永久性毒物(如硅氧烷)的传感器的方向发展。由于硅氧烷对常规易燃气体传感器的衰减作用以及在易燃气体浓度受监控的环境中的使用增加，故是一种特别值得注意的毒物。减轻硅氧烷对传感器毒害作用的尝试集中在将吸附剂(清除硅氧烷)材料加到珠粒中(参见美国专利4,111,658和4,246,228)并用多孔(阻挡硅氧烷)材料的惰性层涂覆珠粒(参见美国专利4,246,228)。
欧洲专利申请No EP0094863披露了用沸石吸附剂来填充活性元件周围的空间，其体积要比活性元件本身来得大。沸石粉末，较好是钠Y沸石据称能保护催化珠粒免受硅氧烷化合物的毒害而不会在灵敏度上有可察觉的损失。也据称欧洲专利申请No EP0094863中沸石的绝热性能可保存传感器的热量。
尽管在检测气体的传感器上作了许多改进，但仍然希望开发具有更长使用寿命、更低的能量需求和/或更高耐毒物的传感器。
发明的概述
总体来说，本发明提供一种用于检测气体的气体传感器，它包括外壳和位于壳内的活性元件。活性元件被多孔绝热材料(porous insulatingmaterial)所围绕。多孔绝热材料的堆积密度较好小于0.3g/cc。多孔绝热材料的堆积密度更好小于0.15g/cc。多孔绝热材料的堆积密度最好小于0.1g/cc。业已发现这种低密度的多孔材料能提高传感器的耐冲击性，同时又能显著和有效地减少活性元件的热损失。
本文所用的与多孔绝热材料有关的术语“围绕”是指元件包在或被多孔材料包围，使得待测试的周围气体必须通过多孔绝热材料才能到达元件。围绕的多孔绝热材料基本上可以是任何形状，所述形状例如包括粉末状、薄片状、毯状(blanket form)，或可以形成整块状的形式。多孔绝热材料也可以涂到活性或补偿元件上。多孔绝热材料较好是粉末状。
也发现某些分析物的响应时间或上升时间(rise time)与围绕活性元件的多孔材料的表面积成反比，尤其是在多孔材料包含二氧化硅或氧化铝时。确信某些烃类(如庚烷和甲苯)对诸如二氧化硅和氧化铝之类的材料表面的吸引力弱，这就会延迟这种烃向活性元件的扩散，从而减缓检测设备的响应时间。
这样，本发明也提供一种用于检测易燃气体的气体传感器，它包括壳体和位于壳内的活性元件。活性元件被表面积小于约200m2/cc的多孔材料围绕。多孔材料的表面积更好不大于100m2/cc。多孔材料的表面积再好不大于50m2/cc。多孔材料的表面积还要再好不大于约30m2/cc。多孔材料的表面积最好不大于约20m2/cc。
本发明人进一步发现较大的平均孔径有助于达到较快的响应或上升时间，尤其是对于较大的烃类如庚烷和甲苯。为此，本发明也提供一种气体传感器，其中活性元件被平均孔径较好至少约为100的多孔材料所围绕。平均孔径更好至少约为150。
关于气体传感器对毒害，尤其是对硅氧烷化合物引起的毒害的耐受性/抗性，业已发现材料表面的化学和物理性能起着重要的作用。通常，对毒物的耐受性取决于毒物和固体表面之间的相互作用。例如，毒物会保持其化学同一性，同时松散地或适度地粘合(“物理吸附”或“化学吸附”)到固体表面上。毒物也会在表面上的某一“处”发生化学反应(即在固体上的原子的特殊排列)。“活性”表面具有与毒物相互作用(通过化学吸附或反应点)的化学基团。
例如，二氧化硅具有对如硅毒物来说基本上惰性或非活性的表面。氧化铝表面是活性表面的一个例子。业已发现诸如氧化铝比二氧化硅表面能更有效地“俘获”硅氧烷化合物如六甲基二硅氧烷(HMDS，一种典型的硅氧烷化合物)。确信氧化铝表面具有与这种化合物微弱地结合的弱酸点、弱碱点、弱氧化点和弱还原点。确信在二氧化硅表面上不存在这些点。例如，沸石具有比氧化铝强得多的酸点，因而可以认为它比氧化铝“更活性”。
也发现多孔材料的孔体积对传感器对硅氧烷毒物的耐受性也有影响。对此，优选较大的孔体积。多孔材料的孔体积较好至少约为0.05cc/cc。多孔材料的孔体积更好至少约为0.10cc/cc。在本发明描述中阐明的表面积、平均孔径和孔体积可以采用已有技术中已知的氮吸附/解吸技术加以测定。
除了上面讨论的参数影响气体传感器对毒害的耐受性/抗性外，可以在气体样品到达气体传感器的活性元件之前使用化学化合物来“清除”来自气体样品的毒物。例如，含银化合物可以用作多孔材料的表面从非活性点转变成活性点时的掺杂剂。然而，含银化合物可以用作某些分析气体反应/燃烧的催化材料。含银化合物的这种催化活性会导致不精确，尤其是当含银化合物在补偿元件的附近或周围时。
本发明人发现含铜化合物能改进气体传感器对许多毒物的耐受性/抗性，所述含铜化合物例如包括含硫化合物。含铜化合物对许多分析气体来说一般不是催化活性化合物，含铜化合物不具有与上面讨论的含银化合物有关的问题。这样本发明也提供一种用于检测气体的气体传感器，它包括外壳和位于壳内的活性元件。该气体传感器还提供放置的含铜化合物，使得气体样品在与活性元件接触前与含铜化合物接触。铜化合物宜载于上述多孔材料上。铜化合物较好是硫酸铜。
本发明的气体传感器较好还包括位于壳内的补偿元件。补偿元件较好是与活性元件紧密匹配。为此，围绕或在活性元件附近的任何材料也宜围绕或在补偿元件的附近。
这样，本发明的气体传感器提供一个或多个下述优点：(1)低热量损失/能量消耗，(2)对硅氧烷基和其它毒物的高抗性，较长的传感器使用寿命，并且信号随时间更稳定，(3)传感器高的耐机械冲击性，和(4)流速对传感器输出的低依赖性。
附图的简要说明
图1A是表示本发明易燃气体传感器的一个例子的横截面图。
图1B是表示图1A中易燃气体传感器的活性元件的横截面分解图。
图1C是表示基本上由铂导线组成的活性元件的横截面分解图。
图2A表示对本发明易燃气体传感器的输出进行的研究结果，其中其活性元件被空气和各种绝热材料围绕。
图2B表示堆积密度对能量消耗的影响。
图3图示说明被空气围绕的活性元件的稳定性与被气凝胶围绕的活性元件的稳定性的比较。
图4说明被空气围绕的活性元件中与被气凝胶围绕的活性元件中的甲烷开始燃烧所需的能量输入的比较。
图5表示对正庚烷的响应时间随表面积变化的研究结果。
图6表示铜化合物掺杂剂对传感器活性元件在硫化氢存在下的去活化作用的影响的研究结果。
图7表示对于被空气围绕的图1B活性元件、被空气围绕的图1C活性元件和被几种多孔绝热材料围绕的图1C活性元件来说甲烷燃烧所需的能量消耗进行的研究结果。
图8表示说明可通过掺杂催化剂材料而将催化活性赋予本发明基本上非活性的多孔绝热材料的研究结果。
发明的详细描述
在一个实施方案中，本发明描述了使用宜具有低热导率和低密度的多孔固体绝热材料来围绕气体传感器(如易燃气体传感器)中的热活性元件。一般来说，与被空气围绕的活性元件相比，确信这种绝热材料能减小通过对流和辐射的热量损失，从而保存或减少来自活性元件的能量损失。多孔材料的整体热导率应低得足以不使热传导能量损失将对流能量损失和辐射能量损失的减小抵消掉。
多孔固体绝热材料也宜具有低的表面积。而且，多孔绝热材料对待检测的易燃气体和空气较好都是惰性的。
本发明的绝热材料较好包含金属或准金属的氧化物(如二氧化硅、氧化铝或氧化锆)或这些氧化物的混合物。
在一个实施方案中，本发明的绝热材料可通过溶胶-凝胶化学法来制备，以制得一种气凝胶。气凝胶的制备方法在Ko，E.著的“气凝胶作为催化剂和催化剂载体”，
Chemtech(1993年4月)中有描述，此文献披露的内容在此参考引用。凝胶宜在超临界条件(对反应溶剂来说是超临界的或对替换溶剂来说是超临界的)下进行干燥。
本发明的绝热材料可用于任何构造的易燃气体传感器，所述构造包括但不局限于那些采用元件在传导柱中的悬浮体构造和那些采用将元件“表面贴装”到带有轨道的基材上的构造。绝热材料较好包住或围绕至少部分活性元件。补偿元件(若存在的话)较好也被绝热材料所围绕。
本发明所用的绝热材料较好是粉末状，但绝热材料也可以是薄片状，(毯状)，或甚至可以是整块状的形式。可以用掺杂剂处理绝热材料，以提高传感器其它方面的性能。例如，可以用含银和/或含铜化合物来掺杂绝热材料，以用作毒害化合物的清除剂。宜使用含铜化合物。
参看图1A和1B，它们表示本发明的一个实施方案。如图1B最佳图示，传感器10的活性元件20较好包含包住铂导线24的催化珠粒22。催化珠粒22例如可以包含已有技术中已知的含有钯或铂催化剂的陶瓷基体。活性元件20和较好还有补偿元件30(若存在的话)被一定体积的多孔绝热材料40所围绕，与活性元件20和补偿元件30各自的体积相比，所述多孔绝热材料的体积是大的。如图1所示，当活性元件20和补偿元件30安装在传导柱50上时，绝热材料40较好是粉末状或薄片状，它较好被钻孔或模制到壳体15(例如塑料或金属壳体)上的圆柱形井或容器60和60′包住。在一种典型的情况中，活性元件20的体积较好小于0.1mm3，而围绕活性元件20的绝热材料40的体积较好大于100mm3。易燃气体传感器10较好也包括回火制止器70，如已有技术中已知的多孔玻璃料。
在采用安装到“带有轨道的基材”上的元件的情况中，绝热材料较好并更方便地以毯状或整块状的形式来施加。在这两种安装方式中，绝热材料能缓冲活性元件和补偿元件受到的物理冲击，使活性元件和补偿元件绝热，并保护活性元件和补偿元件免受各种环境毒物的毒害(最显著的是硅氧烷)。
实施例
实施例1
使用带有空井的、图1A和1B所示的催化易燃气体传感器来检测2.5体积％的甲烷在空气中的混合物。测量活性元件的输出随供入活性元件的能量输入变化的情况。将被空气围绕的活性元件的所得工作曲线标注为图2A中的A。在各试验中使用不同的粉末来对被几种粉末填充的活性元件并重复该试验。将购自Degussa Corp.的SIP22ls沉淀二氧化硅(堆积密度约为0.067g/cc)、购自Aspen Systems的气凝胶(堆积密度约为0.056g/cc)、购自Atomergic的氧化铝(堆积密度约为0.19g/cc)、购自UOP的UOPLZY64沸石(堆积密度约为0.34g/cc)和购自Davison的645二氧化硅凝胶的所得工作曲线分别标注为图2A中的B-F。将各样品在静止空气中在约500-860℃的温度范围内“热处理”约2小时。
与空井(没有绝热体，曲线A)相比，Degussa SIP22LS沉淀二氧化硅(曲线B)、Aspen Systems二氧化硅气凝胶(曲线C)和Atomergic氧化铝(曲线D)意想不到地降低了活性元件达到甲烷燃烧温度所需的能量输入(即工作曲线向较低能量处移动)。当用UOP LZY64沸石填充井(曲线E；沸石如欧洲专利申请No.EP0094863中所述)时，能量输入提高了空井情况时的约10％。常规致密的二氧化硅凝胶、Davison 645二氧化硅凝胶(曲线F)显著提高了活性元件的能量消耗。
与其它绝热材料一样，本发明的材料改进了易碎的、高阻抗元件的耐机械冲击性。然而，这种材料能够保存或平稳降低能量消耗又能较小衰减输出信号的能力是一个非常意想不到的结果，它表现出对易燃气体传感器领域目前状态的显著改进。
确信用本发明绝热材料产生的能量消耗的减少是本发明绝热材料的密度比已有技术绝热材料的密度低的结果。为此，将粉末的堆积密度对本发明易燃气体传感器的能量消耗的影响研究结果示于图2B中。
实施例2
使用带有空井(即在元件的周围没有绝热材料)的催化易燃气体传感器来检测2.5体积％的甲烷在含15ppm六甲基二硅氧烷(HMDS)硅氧烷毒物的空气中的混合物。监测在恒定输入能量下活性元件的输出随时间变化的情况。当活性元件的输出下降到其初始值的一半时所花费的时间记为“在15ppm HMDS中的半衰期”。对填有二氧化硅气凝胶粉末的活性元件井重复此试验。对两种明确设计成硅氧烷耐受型的商购传感器的每一种也重复此试验。结果列于表1中。
表1
| 绝热体/样品 | 在15ppm HMDS中的半衰期 |
| 无(空井) | 25分钟 |
| 二氧化硅气凝胶 | 4.5小时 |
| 商购传感器#1 | 23分钟 |
| 商购传感器#2 | 1小时 |
商购传感器#1是购自City Technology Limited，Portsmouth，England的CiTipel 4P-50易燃气体传感器。商购传感器#2是购自EEV，Essex，England的EEV VQ542ZD易燃气体传感器。
如表1所示，可以看出二氧化硅气凝胶能延长在含硅氧烷的周围环境中的活性元件的寿命达大于没有绝热材料包围的活性元件寿命的10倍。也可以看出气凝胶绝热材料比测试的商购硅氧烷耐受型的传感器好。
实施例3
将图1A和1B所示的催化易燃气体活性元件放在填有气凝胶的井中，在不加入硅氧烷的环境空气中供以动力。按实施例1所述取得2.5体积％甲烷在空气中的在0、7和49天时的工作曲线。将第二个活性元件放在空井中，对其进行同样的试验过程。对于两个活性元件，记录最大传感器间距和达到最大间距的50％所需的能量输入随时间变化的情况。
图3说明了当检测器或活性元件被气凝胶围绕时，传感器的间距较为稳定。图4说明了当活性元件被气凝胶围绕时，甲烷开始燃烧所需的能量输入(工作曲线的定位)也较为稳定。这些结果表明本发明的多孔绝热材料具有保护活性元件免受环境空气中存在的少量毒物毒害的能力，从而提高元件的使用寿命。
实施例4
本试验中没有绝热材料会显著影响甲烷的响应时间。然而，对高级烃的响应时间会有重大影响。在一个试验中，采用位于空井中的催化易燃活性元件来检测0.7体积％正庚烷在空气中的混合物。监测在恒定输入能量下活性元件的输出随时间变化的情况。在传感器首先暴露在庚烷中的时间与活性元件的输出上升到其最终值一半时的时间之间所花费的时间记为“对正庚烷的T50”。对填有几种多孔粉末的活性元件井重复此试验。这些研究的结果列于表2中。
表2
| 绝热体 | 表面积(m2/cc) | 对正庚烷的T50 |
| 无(空井) | n.a. | 30秒钟 |
| Degussa SIP22LS二氧化硅 | 14.5 | 2.0分钟 |
| Atomergic氧化铝 | 20.3 | 2.2分钟 |
| Aspen二氧化硅气凝胶 | 36.1 | 8.0分钟 |
| Degussa FK500LS二氧化硅 | 47.7 | 9.5分钟 |
| UOPLZY64沸石 | 200 | ＞35分钟 |
表2的结果表明低的表面积对快速庚烷响应时间是适宜的。表2进一步表明UOPLZY64沸石能有效地防止庚烷被活性元件检测到。确信被沸石围绕的活性元件的不灵敏性主要是由于沸石的平均孔径较小的缘故。
实施例5
为了进一步研究表面积对响应时间的影响，将催化易燃气体传感器的活性元件放在填有多种不同二氧化硅绝热材料的井中。绝热体的化学组成保持不变。使用空井作为对比。将各活性元件暴露在50％ LEL正庚烷(0.75％)中，记录达到最大间距的50％所需的时间(T50)。T50对粉末表面积的依赖关系示于图5中。这个实施例表明低表面积对快速响应时间是适宜的。
SIP22LS和FK500LS是Degussa制造的沉淀二氧化硅。在图5的括号中列出其热处理温度。Degussa SIP22LS和FK500LS沉淀二氧化硅的若干物理性能列于表3中。
表3
| 堆积密度(g/cc) | 最大孔径() | 孔体积(cc/g) | 孔体积(cc/cc) | 表面积(m2/g) | 表面积(m2/cc) | 平均孔径() | T50正庚烷(分钟) | |
| SIP22LS(800) | 0.0811 | 250 | 0.3353 | 0.02719283 | 115.78 | 9.389758 | 115.83 | 1.5 |
| SIP22LS(500) | 0.0675 | 430 | 0.67169 | 0.045339075 | 215.16 | 14.5233 | 124.87 | 2 |
| FK500LS(800) | 0.111 | 260 | 0.52045 | 0.05776995 | 153.42 | 17.02962 | 135.69 | 2.6 |
| FK500LS(500) | 0.104 | 170 | 1.258739 | 0.130908856 | 454.166 | 47.233264 | 110.86 | 8 |
| Aspen pilot气凝胶 | 0.0556 | 190 | 1.2803 | 0.07118468 | 649.75 | 36.1261 | 78.818 | 9.5 |
| 空井 | 0 | 0 | 0.5 |
实施例6
在另一个试验中，采用已有技术中已知的初期润湿法用硝酸银溶液掺杂SIP22LS二氧化硅。在不用硝酸银掺杂的情况下，当暴露在50％ LEL甲烷背景中的1500ppm H2S中时，被SIP22LS二氧化硅围绕的检测器元件的半衰期约为4分钟。当用硝酸银掺杂SIP22LS二氧化硅粉末时，在H2S中的半衰期提高到大于90分钟。这个试验表明用“清除”化合物如银化合物和/或铜化合物掺杂本发明的多孔绝热材料以从分析气体中除去不希望有的毒物的适用性。
实施例7
将催化易燃气体传感器的活性元件放在填有SIP22LS二氧化硅和用铜化合物(CuSO4)掺杂的SIP22LS二氧化硅的井中；使用空井作为对比。在常规的工作能量下，将元件暴露在50％ LEL甲烷背景中的1600ppm H2S(硫化氢，一种典型的硫化合物)中。图6说明了各输出信号如何随时间变化。在空井中的元件迅速钝化，在5分钟内就下降到其初始间距的约20％。陷在SIP22LS中的元件略微较慢地钝化，在约10分钟内下降到其初始间距的20％。用CuSO4掺杂的SIP22LS在1小时内保持其初始间距的90％；在约100分钟内达到初始间距的20％。
在850℃时煅烧“未掺杂”的SIP22LS。SIP22LS/CuSO4是同样的二氧化硅(热处理到850℃)，用CuS04的饱和溶液对其进行掺杂(0.8mL溶液/1.0g二氧化硅)，而后在400℃时干燥。
实施例8
在上述所有的试验实施例中，活性元件包含图1A和1B所示的“pelement”或“pellister”。本发明人发现本发明气体检测设备中的活性元件也可以包含裸露的导线(例如在其上没有载有催化剂的珠粒的铂导线)。尽管在过去曾使用过包含裸露的铂导线作为活性元件的气体检测设备，但考虑到机械耐用性而要求铂导线的直径较厚。细直径的导线一般太脆，尤其是在便携式设备中使用时。然而，使用较粗的导线会明显提高使导线处于期望工作温度所需的能量。
本发明人发现本发明的多孔绝热材料适用于机械稳定主要由较细的导线(如铂导线)组成的活性元件。而且，这种多孔绝热材料的热保存性有助于将这种活性元件的能量需求保持较低。图7说明了使用带有空井的图1A和1B所示的催化易燃气体传感器来检测2.5体积％的甲烷在空气中的混合物的研究结果。测量了图1A和1B的活性元件的输出随供入活性元件的能量输入变化的情况。将被空气围绕的活性元件的所得工作曲线标注为图7中的在空气中的检测器的。对带有空井的图1C所示的催化易燃气体传感器(即具有主要由载于传导柱150上的铂导线124组成的活性元件120)重复此试验。对填有SIP22LS二氧化硅、填有用四胺硝酸钯(TAPN)掺杂的SIP22LS二氧化硅的图1C的活性元件井(在图7中称为“加热器”)重复此试验。
图7的结果表明被本发明多孔绝热材料围绕的包含裸露铂导线的传感器的能量需求与被空气围绕的常规“pelement”的能量需求非常接近。使用被本发明多孔绝热材料围绕的裸露铂导线作为活性元件能显著节约制造成本，其机械稳定性的损失较少，并且能量消耗的变化也较小。
实施例9
将催化易燃气体传感器补偿器元件(非活性)放在填有Atomergic氧化铝和用四胺硝酸钯(TAPN)掺杂的Atomergic氧化铝的井中；使用空井作为对比。将补偿器元件暴露在50％LEL甲烷中，记录信号随能量输入变化的情况。结果示于图8中。无论是在空井中的补偿器元件还是在Atomergic氧化铝中的补偿器元件都不能使甲烷燃烧(负向斜线是补偿器元件的一种典型的热导率响应)。甲烷在填有用Pd掺杂的Atomergic氧化铝(钯原子在氧化铝上)的井中发生燃烧，在靠近热补偿器元件处变成催化活性了。这个实施例表明除了加热和毒物耐受性外，可以将催化功能赋予绝热材料。用10％TAPN溶液掺杂氧化铝(0.8mL溶液/1.0g氧化铝)后在500℃时干燥，就可以制得催化粉末状的绝热材料。
尽管结合了上述实施例对本发明作了详细描述，但应明白的是：这种细节仅仅为了描述目的，并且除了下述权利要求书所限定的内容外，在不偏离本发明精髓的情况下，本领域的技术熟练者还可作出各种改变。
Claims (27)
1.一种气体传感器，它包括壳体和位于壳内的活性元件，该活性元件被位于壳内的多孔绝热材料所围绕，所述多孔绝热材料的堆积密度不大于0.3g/cc。
2.如权利要求1所述的气体传感器，其中堆积密度不大于0.15g/cc。
3.如权利要求1所述的气体传感器，其中堆积密度不大于0.1g/cc。
4.如权利要求1所述的气体传感器，它还包括位于壳内的补偿元件，该补偿元件被多孔绝热材料所围绕。
5.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的平均孔径至少为100。
6.如权利要求4所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的平均孔径至少为150。
7.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积小于200m2/cc。
8.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于100m2/cc。
9.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于50m2/cc。
10.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于30m2/cc。
11.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于20m2/cc。
12.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的孔体积至少为0.05cc/cc。
13.如权利要求8所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的孔体积至少为0.10cc/cc。
14.如权利要求1所述的气体传感器，其中多孔绝热材料包含金属氧化物或准金属氧化物。
15.如权利要求14所述的气体传感器，其中多孔绝热材料包含二氧化硅、氧化铝或氧化锆。
16.如权利要求1所述的气体传感器，其中活性元件包含包在耐火珠粒中的铂导线，载于耐火珠粒上的催化剂。
17.如权利要求1所述的气体传感器，其中活性元件由铂导线组成。
18.如权利要求1所述的气体传感器，其中用至少一种用于除去毒物的化合物对多孔绝热材料进行掺杂。
19.如权利要求18所述的气体传感器，其中化合物是铜化合物。
20.如权利要求19所述的气体传感器，其中化合物是硫酸铜。
21.一种用于检测易燃气体的气体传感器，它包括壳体和位于壳内的活性元件，该活性元件被位于壳内的多孔绝热材料所围绕，所述多孔绝热材料的表面积不大于200m2/cc。
22.如权利要求21所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于100m2/cc。
23.如权利要求21所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于50m2/cc。
24.如权利要求21所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于30m2/cc。
25.如权利要求21所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的表面积不大于20m2/cc。
26.一种用于检测气体的气体传感器，它包括壳体和位于壳内的活性元件，该活性元件被位于壳内的多孔绝热材料所围绕，所述多孔绝热材料的平均孔径至少为100。
27.如权利要求17所述的气体传感器，其中多孔绝热材料的平均孔径至少为150。
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