JP6873508B2 - 改良された精度および速度を有する電気化学ガスセンサシステム - Google Patents
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Description
本願は、2017年2月15日にJim Chih−Min Cheng et alによって出願され、本願の譲受人に譲渡された米国仮特許出願第62/459,597号に基づいており、該米国仮特許出願からの優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に援用される。
(項目1)
電気化学ガスセンサであって、
1つ以上の空洞を含む本体と、
上記1つ以上の空洞内に含まれる電解質と、
上記1つ以上の空洞の内側にある複数の電極であって、上記電極は、上記電解質と接触し、上記電極は、多孔性の第1の電極を含む、複数の電極と、
ガスが上記第1の電極に進入し、化学反応を生じさせることを可能にするための上記本体内のガス開口部と
を備え、
上記第1の電極は、上記空洞内で支持され、変化するガス圧力に起因する上記第1の電極の撓曲を実質的に防止する、電気化学ガスセンサ。
(項目2)
上記第1の電極を上記本体に堅く添着するためのガス入口面積を除いて上記第1の電極の第1の表面全体を実質的に被覆する接着剤をさらに備える、項目1に記載のセンサ。
(項目3)
ガス通路をさらに備え、上記ガス通路は、上記第1の電極の前面を介して上記第1の電極に進入する上記ガスが、上記空洞にも進入し、上記第1の電極の対向背面にガス圧力を提供し、上記前面および上記背面に印加されるガス圧力を実質的に均等化することを可能にする、項目1に記載のセンサ。
(項目4)
上記第1の電極を上記本体に添着する接着剤をさらに備え、上記接着剤は、上記空洞の中に上記ガス通路を提供するようにパターン化される、項目3に記載のセンサ。
(項目5)
上記第1の電極は、上記ガスが、上記第1の電極の側面から外に、かつ、上記空洞の中に拡散することを可能にするように構成される、項目3に記載のセンサ。
(項目6)
上記ガスは、上記第1の電極の前面に進入し、上記センサはさらに、上記第1の電極を機械的に支持するための上記第1の電極の背面と接触する実質的にリジッドな電解質層を備える、項目1に記載のセンサ。
(項目7)
上記第1の電極の側面は、上記ガスが上記第1の電極の側面から退出することを防止するためにシールされる、項目1に記載のセンサ。
(項目8)
上記空洞内に、多孔性の第2の電極をさらに備え、上記第2の電極の側面は、上記ガスが上記第2の電極の側面に進入することを防止するためにシールされる、項目1に記載のセンサ。
(項目9)
上記第1の電極は、作用電極であり、上記第2の電極は、カウンター電極である、項目8に記載のセンサ。
(項目10)
接着剤が、上記第1の電極の側面を通して注入され、上記第1の電極に機械的安定性を追加する、項目1に記載のセンサ。
(項目11)
上記第1の電極は、上記ガスを上記第1の電極の前面の中に受けるように、上記ガス開口部に対して位置付けられ、上記電解質は、上記第1の電極の背面と接触する電解質層を形成し、上記電解質層は、背面を有し、上記センサはさらに、
機械的支持部分であって、上記電解質層は、上記第1の電極と上記機械的支持部分との間にあり、上記機械的支持部分は、上記電解質層の背面に接触し、ひいては、上記第1の電極を機械的に支持する、機械的支持部分
を備える、項目1に記載のセンサ。
(項目11)
電極層は、固形またはゲル電解質層を形成する、項目10に記載のセンサ。
(項目12)
上記第1の電極から上記本体の外部にある金属パッドまで通じる導体をさらに備え、上記導体は、上記本体内に組み込まれる、項目1に記載のセンサ。
(項目13)
上記導体の少なくとも一部と上記本体の外部表面との間に、金属遮蔽層をさらに備え、上記金属遮蔽層は、上記本体内に組み込まれる、項目12に記載のセンサ。
(項目14)
上記第1の電極は、伝導性接着剤によって上記本体に添着され、上記伝導性接着剤はまた、上記第1の電極の少なくとも一部のまわりにガスシールを形成し、上記伝導性接着剤は、上記第1の電極を上記導体に電気的に接続する、項目12に記載のセンサ。
(項目15)
電気化学ガスセンサであって、
1つ以上の空洞を含む本体と、
上記1つ以上の空洞内に含まれる電解質と、
上記1つ以上の空洞の内側にある複数の電極であって、上記電極は、上記電解質と接触し、上記電極は、多孔性の第1の電極を含む、複数の電極と、
ガスが上記第1の電極に進入し、化学反応を生じさせることを可能にする上記本体内のガス開口部と
を備え、
上記本体は、外部回路に接続するための金属パッドを支持し、上記金属パッドは、上記金属パッドを上記複数の電極に電気的に結合する導体に結合され、上記導体は、上記本体の壁の中に完全に封入される、電気化学ガスセンサ。
(項目16)
上記本体の壁の中に封入される金属遮蔽層をさらに備え、上記金属遮蔽層は、上記導体と上記本体の少なくとも1つの外壁との間に位置する、項目16に記載のセンサ。
(項目17)
センサシステムであって、
電気化学セルであって、上記電気化学セルは、作用電極と、カウンター電極と、基準電極とを有し、上記基準電極は、電気的にバイアスされ、上記作用電極と上記カウンター電極との間の電流は、上記作用電極に行き渡る標的ガスに依存する、電気化学セルと、
上記セルに結合されるバイアス回路であって、上記バイアス回路は、
制御可能な電流を出力するように構成される制御可能な電流源と、
上記制御可能な電流源の出力に結合される積分器と、
上記積分器の出力に結合されるフィードバック回路であって、上記フィードバック回路は、第1の電圧を上記カウンター電極に供給し、上記基準電極のバイアス電圧を設定する、フィードバック回路と
を備える、バイアス回路と
を備える、センサシステム。
(項目18)
電気化学ガスセンサを使用して実施される方法であって、
約1分以内で、公称上制御されていない環境内の電気化学ガスセンサ上でボルタンメトリを実施することであって、それによって、上記電気化学ガスセンサ内の1つ以上の電極へのバイアス信号が、電圧の範囲を通して掃引され、少なくとも上記環境内の1つ以上の標的ガスを検出する、ことと、
上記ボルタンメトリの間に収集されたデータから、相対空気湿度、空気温度、および上記電気化学セルのイオン状態のうちの1つ以上のものを決定することと、
検出されたデータを補償することであって、上記検出されたデータは、同一の単一のボルタンメトリ動作において決定されるような、上記相対空気湿度、空気温度、および上記セルのイオン状態のうちの1つ以上のものに関する、上記ボルタンメトリからの上記標的ガスに関連する、ことと
を含む、方法。
(項目19)
電気化学ガスセンサを使用して実施される方法であって、
約1分以内で、公称上制御されていない環境内の電気化学ガスセンサ上でボルタンメトリを実施することであって、それによって、上記電気化学ガスセンサ内の1つ以上の電極へのバイアス信号が、電圧の範囲を通して掃引され、少なくとも上記環境内の1つ以上の標的ガスを検出する、ことと、
上記環境内の上記標的ガスの検出に対応する波形を記憶することと、
上記波形を波形のデータベースと比較し、存在する上記標的ガスを同定することと
を含む、方法。
(項目20)
上記環境内の標的ガスの上記検出に対応する上記波形は、重複するガス信号を含み、上記方法はさらに、上記重複するガス信号に対応する異なるガスを区別することを含む、項目19に記載の方法。
(項目21)
存在するガスを同定する一連の方程式を伴う推論エンジンを使用して、上記ガスセンサによって収集されるデータを評価することをさらに含む、項目19に記載の方法。
(項目22)
上記1つ以上の電極への上記バイアス信号は、連続波形として上記電圧の範囲を通して掃引される、項目19に記載の方法。
Claims (14)
- 電気化学ガスセンサであって、
1つ以上の空洞を含む本体と、
前記1つ以上の空洞内に含まれる電解質と、
前記1つ以上の空洞の内側にある複数の電極であって、前記電極は、前記電解質と接触し、前記電極は、多孔性の第1の電極を含む、複数の電極と、
ガスが前記第1の電極に進入し、化学反応を生じさせることを可能にするための前記本体内のガス開口部であって、前記ガス開口部は、径を有し、前記第1の電極は、前記空洞内で支持されている、ガス開口部と、
前記ガス開口部と前記第1の電極との間のガス空洞であって、前記ガス空洞は、前記ガス開口部よりも大きい、ガス空洞と、
前記第1の電極と前記本体の外部表面上の第1の金属パッドとの間に電気的に接続された第1の導体と、
電気的伝導性接着剤であって、前記電気的伝導性接着剤は、前記第1の電極を前記本体に添着し、前記第1の電極と前記第1の導体との間に電気的コネクタを形成し、さらに、前記第1の電極の少なくとも一部分のまわりにガスシールを形成し、前記ガスシールは、前記ガス空洞の周縁を形成し、前記ガス空洞は、ガスが、前記ガス開口部に進入し、かつ、前記ガス開口部の前記径を超えて前記第1の電極の表面にわたって側方に広がることを可能にする、電気的伝導性接着剤と
を備える、電気化学ガスセンサ。 - 前記伝導性接着剤は、前記第1の電極を前記本体に堅く添着するためのガス入口面積を除いて前記第1の電極の第1の表面全体を実質的に被覆する、請求項1に記載のセンサ。
- ガス通路をさらに備え、前記ガス通路は、前記第1の電極の前面を介して前記第1の電極に進入する前記ガスが、前記空洞にも進入し、前記第1の電極の対向背面にガス圧力を提供し、前記前面および前記背面に印加されるガス圧力を実質的に均等化することを可能にする、請求項1に記載のセンサ。
- 前記伝導性接着剤は、前記空洞の中に前記ガス通路を提供するようにパターン化される、請求項3に記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、前記ガスが、前記第1の電極の側面から外に、かつ、前記空洞の中に拡散することを可能にするように構成される、請求項3に記載のセンサ。
- 前記ガスは、前記第1の電極の前面に進入し、前記センサはさらに、前記第1の電極を機械的に支持するための前記第1の電極の背面と接触する実質的にリジッドな電解質層を備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記第1の電極の側面は、前記ガスが前記第1の電極の側面から退出することを防止するためにシールされる、請求項1に記載のセンサ。
- 前記空洞内に、多孔性の第2の電極をさらに備え、前記第2の電極の側面は、前記ガスが前記第2の電極の側面に進入することを防止するためにシールされる、請求項1に記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、作用電極であり、前記第2の電極は、カウンター電極である、請求項8に記載のセンサ。
- 第1の接着剤が、前記第1の電極の側面を通して注入され、前記第1の電極に機械的安定性を追加する、請求項1に記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、前記ガスを前記第1の電極の前面の中に受けるように、前記ガス開口部に対して位置付けられ、前記電解質は、前記第1の電極の背面と接触する電解質層を形成し、前記電解質層は、背面を有し、前記センサはさらに、
機械的支持部分であって、前記電解質層は、前記第1の電極と前記機械的支持部分との間にあり、前記機械的支持部分は、前記電解質層の背面に接触し、ひいては、前記第1の電極を機械的に支持する、機械的支持部分
を備える、請求項1に記載のセンサ。 - 前記第1の導体は、前記本体内に組み込まれる、請求項1に記載のセンサ。
- 前記第1の導体の少なくとも一部と前記本体の外部表面との間に、金属遮蔽層をさらに備え、前記金属遮蔽層は、前記本体内に組み込まれる、請求項12に記載のセンサ。
- 前記第1の電極の側面は、ポリマーによってシールされる、請求項1に記載のセンサ。
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