DE2737385A1

DE2737385A1 - GAS DETECTING ELEMENT FOR DETECTING FATS AND ODOR SUBSTANCES

Info

Publication number: DE2737385A1
Application number: DE19772737385
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Phil Boehm; Volker Dr Rer Nat Hartmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1979-03-22
Also published as: SE7808655L; GB2002907A; FR2400705B3; FR2400705A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasspürelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a gas detection element according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits ein als Halbleiteroxid ausgebildetes Gasspürelement bekannt, das bei Anwesenheit brennbarer Gase und Dämpfe seinen Widerstand ändert; wesentlich ist die Oxidation der Gase an der Oberfläche des Halbleiteroxids, wobei die erzielbare Nachweisempfindlichkeit von der Oxidierbarkeit der Gase abhängt (DT-PS 21 31 538).It is already a gas detection element designed as a semiconductor oxide known to change its resistance in the presence of flammable gases and vapors; oxidation is essential of the gases on the surface of the semiconductor oxide, the attainable detection sensitivity being dependent on the oxidizability depends on the gases (DT-PS 21 31 538).

Sollen Fette in Dünsten nachgewiesen werden, d. h. also Fette, die noch nicht verbrannt sind, so reicht die Empfindlichkeit des bekannten Gasspürelementes nicht aus.Should fats in vapors be detected, i. H. that is, fats that have not yet been burned, the sensitivity is sufficient of the known gas detection element does not work.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasspürelement zu schaffen, das einen empfindlichen Nachweis von Fetten ermöglicht und das ein elektrisches Signal abgibt, mit welchem Dunstabzughauben oder sontige Alarmanlagen schaltbar sind.The invention is based on the object of creating a gas detection element which enables the sensitive detection of fats and that emits an electrical signal with which extractor hoods or other alarm systems can be switched.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characteristics of claim 1 specified measures solved.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßenThe invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show it
Fig. 1 is a sectional view of the invention

Gasspürelementes, . 4 .Gas detection element,. 4th

909812/0008909812/0008

Fig. 2 eine temperaturstabilisierte Ausführung desFig. 2 shows a temperature-stabilized embodiment of the

Gasspürelementes, Fig. 3 eine weitere Art der TemperaturstabilisierungGas detection element, 3 shows a further type of temperature stabilization

des Gasspürelementes, Fig. 4 eine elektrische Schaltungsanordnung für dasof the gas detection element, Fig. 4 shows an electrical circuit arrangement for the

Gasspürelement.Gas detection element.

Um eine hohe TemperaturstabiIitat des Gasspürelementes 100 nach der Fig. 1 zu erzielen, ist auf eine gut wärmeleitende, jedoch elektrisch isolierende Schicht 1, beispielsweise Berylliumoxid, einseitig durch Aufdampfen oder im Siebdruckverfahren ein Heizleiter 2 mit Anschlüssen 2a, 2b aufgetragen, der mit einer auch die Schicht 1 umfassenden wärmeisolierenden Keramikschicht 3 abgedeckt ist. Auf der anderen Seite/der Berylliumoxidschicht 1 ist ein halbleitendes Oxid k aufgetragen; das Halbleiteroxid k ist partiell oder vollständig mit einer porösen Aluminiumoxidschicht 5 bedeckt, zu deren Herstellung Aluminiumoxid und Polystyrol als Porenbildner mit einer Korngröße zwischen etwa 1 und 10 μιη zusammen mit einem anorganischen Binder aufgetragen werden; die Al-O.-Schicht 5 festigt sich durch Kaltaushärtung und auf diese wird eine poröse Katalysatorschicht 6 in Form ihrer Verbindungen aufgetragen; vorteilhaft werden thermisch leicht zersetzbare Verbindungen wie Acetylacetonat u. ä. verwendet; durch Erhitzen wird dann der Porenbildner aus der Aluminiumoxidschicht 5 entfernt und der metallische Katalysator 6In order to achieve a high temperature stability of the gas detection element 100 according to FIG. 1, a heat conductor 2 with connections 2a, 2b is applied to one side of a highly thermally conductive, but electrically insulating layer 1, for example beryllium oxide, by vapor deposition or in a screen printing process the layer 1 comprising the heat insulating ceramic layer 3 is covered. On the other side / the beryllium oxide layer 1, a semiconducting oxide k is applied; the semiconductor oxide k is partially or completely covered with a porous aluminum oxide layer 5, for the production of which aluminum oxide and polystyrene are applied as pore formers with a grain size between approximately 1 and 10 μm together with an inorganic binder; the Al-O. layer 5 is strengthened by cold hardening and a porous catalyst layer 6 in the form of its compounds is applied to this; Compounds which are readily thermally decomposable, such as acetylacetonate and the like, are advantageously used; The pore former is then removed from the aluminum oxide layer 5 and the metallic catalyst 6 by heating auf dieser Schicht 5 abgeschieden.deposited on this layer 5.

909812/0008909812/0008

Nach Auftragung der Katalysatorschicht 6 auf die Al₀O₀-Schicht 5 werden beispielsweise durch Bonden oder galvanische Abscheidung die elektrischen Kontakte k&, kb des Halbleiteroxides k aufgebracht.After the catalyst layer 6 has been applied to the Al ₀ O ₀ layer 5, the electrical contacts k &, kb of the semiconductor oxide k are applied, for example, by bonding or galvanic deposition.

Das Gasspürelement ist in einem Gehäuse 21 angeordnet, das mit den Kontakten 2a, 2b des Heizleiters 2 und den Kontakten 4a, Vb des Halbleiteroxides k versehen ist.The gas detection element is arranged in a housing 21 which is provided with the contacts 2a, 2b of the heating conductor 2 and the contacts 4a, Vb of the semiconductor oxide k .

Die Katalysatorschicht 6 kann aus bleidotierten Edelmetallen, wie Platin, Palladium sowie Silber oder Nickel, bestehen.The catalyst layer 6 can consist of lead-doped noble metals such as platinum, palladium and silver or nickel.

Der verwendete Katalysator 6 ist in seinen Eigenschaften derart abgestimmt, daß die partielle Oxidation der Fette zu Aldehyden und Ketonen bei der zum Betrieb des Halbleiteroxides k erforderlichen Temperatur erfolgt.The properties of the catalyst 6 used are matched in such a way that the partial oxidation of the fats to aldehydes and ketones takes place at the temperature required for operating the semiconductor oxide k.

Der Katalysator 6 hat die Aufgabe, das Fett partiell anzuoxidieren und die hochporöse, den Katalysator 6 tragende Al₀O -Schicht 5 gewährleistet, daß die anoxidierten Fettkomponenten zum Halbleiteroxid (ι gelangen und dessen Widerstandsänderung bewirken.The task of the catalytic converter 6 is to partially oxidize the fat and the highly porous Al ₀ O layer 5 carrying the catalytic converter 6 ensures that the partially oxidized fat components reach the semiconductor oxide and cause a change in resistance.

Die hochporöse Struktur des Gasspürelementes ergibt kurze Diffusionswege des Oxidationsprodukts zum Halbleiteroxid k und damit ein schnelles Ansprechen des Elementes.The highly porous structure of the gas detection element results in short diffusion paths of the oxidation product to the semiconductor oxide k and thus a quick response of the element.

909812/0008909812/0008

Durch den gewählten Schichtaufbau des Elements ist eine weitgehend homogene Temperaturverteilung im Element bei geringer zugeführter elektrischer Leistung erreicht; die Katalysatorschicht 6 ist praktisch auf die Temperatur des Halbleiteroxids 4 aufgeheizt und die Fette werden bei dieser Temperatur partiell anoxidiert zu den vorstehend erwähnten Aldehyd- und Ketongruppen, auf die das Element sehr empfindlich reagiert, so daß dieses ein relativ großes elektrisches Signal abgibt, das weiter verarbeitet wird. By the chosen layer structure of the element has a largely homogenous temperature distribution is achieved in the element at a low electrical power supplied; the catalyst layer 6 is practically heated to the temperature of the semiconductor oxide 4 and the fats are partially oxidized at this temperature to the aforementioned aldehyde and ketone groups, to which the element reacts very sensitively, so that it emits a relatively large electrical signal that continues is processed.

Zur weiteren Temperaturstabilisierung kann nach Fig. 2 mit
dem Heizleiter 2 in Reihe ein beispielsweise unmittelbar auf die wärmeleitende Schicht 1 aufgebrachter Widerstand 20 mit
positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) geschaltet werden, wodurch eine Selbstregelung der Temperatur des Elementes erreicht ist. Der Kontakt 20a des Widerstandes 20 und der Kontakt 2a des Heizleiters 2 sind mit einer nicht weiter dargestellten Heizspannungsquelle verbunden.For further temperature stabilization, according to FIG. 2, with
the heating conductor 2 in series with a resistor 20 applied, for example, directly to the thermally conductive layer 1
positive temperature coefficient (PTC resistor), whereby a self-regulation of the temperature of the element is achieved. The contact 20a of the resistor 20 and the contact 2a of the heating conductor 2 are connected to a heating voltage source, not shown.

Nach Fig. 3 ist die wärmeleitende Berylliumoxidschicht 1 mit einemaufgedampften oder galvanisch aufgebrachten Thermoelement 9 mit Zuführungen 9a, 9b versehen, dessen Thermospannung zur Regelung der Temperatur des Elementes herangezogen ist.According to Fig. 3, the thermally conductive beryllium oxide layer 1 is with a vapor-deposited or galvanically applied thermocouple 9 provided with leads 9a, 9b, the thermal voltage is used to regulate the temperature of the element.

Auch die Elemente 100 nach den Fig. 2, 3 sind, wie nichtThe elements 100 according to FIGS. 2, 3 are also not, as they are

weiter dargestellt, in einem Schutzgehäuse angeordnet.further shown, arranged in a protective housing.

— 7 —- 7 -

909812/0008909812/0008

In der Fig. k ist das Halbleiteroxid k des Gasspürelementes 100 der Zweig einer Brückenanordnung ^O mit den Festwiderständen R , R₀ und einem Brücken-Abgleichwiderstand R,; die Brückenanordnung liegt an einer Gleichspannung (+ 0), an die auch der Heizleiter 2 des Gasspürelementes geschaltet ist. Die Diagonalpunkte a, b der Brückenanordnung kO sind an die + und -Eingänge eines Operationsverstärkers 4l geführt, durch den beispielsweise ein Triac k2 mit einer Last kj gesteuert wird.In FIG. K , the semiconductor oxide k of the gas detection element 100 is the branch of a bridge arrangement ^ O with the fixed resistors R, R ₀ and a bridge balancing resistor R i; the bridge arrangement is connected to a direct voltage (+ 0) to which the heating conductor 2 of the gas detection element is also connected. The diagonal points a, b of the bridge arrangement kO are led to the + and - inputs of an operational amplifier 4l, by means of which, for example, a triac k2 with a load kj is controlled.

909812/0008909812/0008

LeerseiteBlank page

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt 7O, Theodor-Stern-Kai 1 F 77Al patent claims

1.I gas detection element for the detection of fats and odorous substances in vapors, consisting of a semi-conductor oxide that is at a high temperature, which is flammable in the presence of Gases and vapors experience a change in resistance, characterized in that the semiconductor oxide (4) wholly or is partially covered by a porous, catalytically active layer (6).

2. Gasspürelernent according to claim 1, characterized in that that the element consists of a highly thermally conductive, electrically non-conductive layer (l), one side of which has a heating conductor (2) which is covered with a heat-insulating ceramic layer (3), while on the other side, a semiconductor oxide (4) is applied, which is partially or completely covered with a porous

909812/0008

Keramikschicht (5) bedeckt ist, auf der sich eine poröse Katalysatorschicht (6) befindet.Ceramic layer (5) is covered, on which a porous catalyst layer (6) is located.

3· Gasspürelement nach Anspruchl und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Heizleiter (2) ein Widerstand (20) mit positivem Temperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet ist.3 · Gas detection element according to claims 1 and 2, characterized in that a resistor (20) is connected to the heating conductor (2) positive temperature coefficient is connected in series.

(t. Gasspürelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Schicht (l) ein Thermoelement (9) trägt.(t. Gas detection element according to claims 1 and 2, characterized in that the heat-conducting layer (1) is a thermocouple (9) carries.

909812/0008