TWI607218B - 氣體偵測裝置及應用其之氣體偵測方法 - Google Patents

Description

氣體偵測裝置及應用其之氣體偵測方法

本發明是有關於一種氣體偵測裝置及應用其之氣體偵測方法，且特別是有關於一種具有強制排氣元件的氣體偵測裝置及應用其之氣體偵測方法。

傳統的氣體偵測裝置包括吹管及流量偵測器。使用者對著吹管送入氣體，此氣體通過流量偵測器偵測氣體流量。然而，傳統氣體偵測裝置只能測流量，使氣體偵測器的應用範圍受到限制。

因此，如何擴大氣體偵測裝置的應用範圍是本技術領域業者努力的目標之一。

本發明係有關於一種氣體偵測裝置及應用其之氣體偵測方法，可偵測待測氣體的組成。

根據本發明一實施例，提出一種氣體偵測裝置。氣體偵測裝置包括一殼體、一氣體偵測器、一第一閥門、一第二閥門及一強制排氣元件。殼體具有一空腔、一入口及一出口。氣體偵測器設於空腔內。第一閥門選擇性地關閉或開啟入口。第二閥門選擇性地關閉或開啟出口。強制排氣元件設於出口。

根據本發明另一實施例，提出一種氣體偵測方法。氣體偵測方法包括以下步驟。提供一氣體偵測裝置，其中氣體偵測裝置包括一殼體、一氣體偵測器、一第一閥門、一第二閥門及一強制排氣元件，其中殼體具有一空腔、一入口及一出口，氣體偵測器設於空腔內，第一閥門選擇性地開啟或關閉入口，第二閥門選擇性地開啟或關閉出口，以及強制排氣元件設於出口；強制排氣元件將一待測氣體吸進氣體偵測裝置的空腔內；控制第一閥門關閉入口；控制第二閥門關閉出口；以及，氣體偵測器偵測待測氣體。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10‧‧‧集氣元件

10a‧‧‧開口

20‧‧‧氣管

30‧‧‧固定元件

100‧‧‧氣體偵測裝置

110‧‧‧殼體

110a‧‧‧入口

110b‧‧‧出口

110c‧‧‧空腔

120‧‧‧氣體偵測器

121‧‧‧第一接腳

122‧‧‧第二接腳

130‧‧‧第一閥門

140‧‧‧第二閥門

150‧‧‧強制排氣元件

160‧‧‧加熱器

170‧‧‧過濾元件

180‧‧‧控制器

190‧‧‧指示器

G1‧‧‧待測氣體

L1‧‧‧下限值

L2‧‧‧上限值

S‧‧‧訊號

S110至S195‧‧‧步驟

X‧‧‧穩定值

t1、t2、t3、t4‧‧‧時間點

T1‧‧‧預設時間區間

第1圖繪示依照本發明一實施例之氣體偵測裝置的剖面圖。

第2圖繪示依照本發明一實施例之氣體偵測方法的流程圖。

第3圖繪示第1圖之氣體偵測器的第二接腳的訊號輸出圖

第4圖繪示第1圖之氣體偵測裝置與集氣元件連通的示意圖。

第5圖繪示依照本發明實施例之氣體偵測器偵測氣體的示意圖。

第6圖繪示依照本發明實施例之強制排氣元件強制排氣的示意圖。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之氣體偵測裝置的剖面圖。

第1圖繪示依照本發明一實施例之氣體偵測裝置 100的剖面圖。氣體偵測裝置100包括殼體110、至少一氣體偵測器120、第一閥門130、第二閥門140、強制排氣元件150、加熱器160、過濾元件170、控制器180及指示器190。

殼體110具有空腔110c、入口110a及出口110b，其中空腔110c、入口110a及出口110b皆位於殼體110的內部。

氣體偵測器120設於空腔110c內，用以偵測一待測氣體G1的成分。本實施例中，氣體偵測器120的數量係多個，其分別偵測待測氣體的數種特定成分。控制器180可分析此些特定成分判斷受測者是否具有特定的疾病，如慢性阻塞性肺病(COPD)、流行性感冒、酒精濃度、癌症等。

氣體偵測器120包括數根接腳(pin)，如第一接腳121及第二接腳122。第一接腳121為加熱接腳，用以提高氣體偵測器120的溫度，以形成氧的負離子，以產生吸附作用，致使內部半導體中的電子密度減少而使得電阻值升高；詳細來說，當吸附還原性氣體，如天然氣、一氧化碳等，可將還原性氣體取代吸附的氧氣，進而造成半導體的電子密度增加，使電阻值上升。以上為半導體氣體偵測器的原理。此外，第一接腳121可升溫至一預設溫度(如攝氏300度)。第二接腳122為訊號接腳，用以輸出一訊號S(繪示於第3圖)給控制器180。訊號S可隨溫度而變；當訊號S達到一穩定值時，此穩定值可做為氣體偵測訊號的參考基準。

此外，殼體110具有絕熱性或低熱傳導率，可減少空腔110c與殼體110之外表面之間的熱傳導。另一實施例中，殼體110可以由熱傳導率高的材質製成，在此設計下，氣體偵測裝置100更包括一包覆層(未繪示)，其熱傳導率低於殼體110的熱傳 導率，同樣可減少空腔110c與殼體110之外表面之間的熱傳導。

第一閥門130設於入口110a。第一閥門130可依據抽氣、氣體偵測、排氣等不同時機，選擇性地關閉或開啟入口110a。此外，第二閥門140設於出口110b；相似地，第二閥門140可依據抽氣、氣體偵測、排氣等不同時機，選擇性地關閉或開啟出口110b。

強制排氣元件150設於出口110b，以將待測氣體G1抽進空腔110c內，或將待測氣體G1排出殼體110外。一實施例中，強制排氣元件150例如是風扇(fan)。此外，雖然本實施例之強制排氣元件150比第二閥門140遠離空腔110c，然本發明實施例不受此限，另一實施例之強制排氣元件150可比第二閥門140更靠近空腔110c。

加熱器160設於空腔110c內，用以提高空腔110c的溫度，以縮短氣體偵測器120的第一接腳121升溫至預設溫度的時間。進一步地說，由於加熱器160與第一接腳121同時加熱，因此可減少空腔110c與氣體偵測器120之間的溫差，進而可減少第一接腳121的溫度升高至預設溫度的時間。另一實施例中，也可省略加熱器160。

本實施例中，過濾元件170設於入口110a。過濾元件170例如是生物過濾薄膜。待測氣體G1在進入空腔110c前會先經過過濾元件170，以濾除待測氣體G1的細菌、病毒或其它可能影響偵測準確度的顆粒。此外，雖然本實施例之過濾元件170比第一閥門130更靠近空腔110c，然本發明實施例不受此限，另一實施例之第一閥門130可比過濾元件170更靠近空腔110c。

控制器180用以依據氣體偵測器120的訊號S控制加熱器160與強制排氣元件150至少一者運作，且可控制第一閥門130及/或第二閥門140開啟或關閉。

第2圖繪示依照本發明一實施例之氣體偵測方法的流程圖。

於步驟S110中，提供如第1圖所示之氣體偵測裝置100。

於步驟S120中，控制器180可控制第一閥門130關閉入口110a，如第1圖所示。

於步驟S130中，控制器180可控制第二閥門140關閉出口110b，如第1圖所示。

於步驟S140中，控制器180控制加熱器160加熱空腔110c且控制氣體偵測器120的第一接腳121升溫。由於加熱器160同時加熱空腔110c，因此可減少空腔110c與氣體偵測器120之間的溫差，進而縮短氣體偵測器120加熱至預設溫度的所需時間。如此一來，可縮短氣體偵測的準備時間。

於步驟S150中，如第3圖所示，其繪示第1圖之氣體偵測裝置100的第二接腳122的訊號輸出圖。控制器180判斷氣體偵測器120的第二接腳122的輸出訊號S(如電壓或電流訊號)是否低於一下限值L1；若是，進入步驟S155；若否，進入步驟S160。以進入步驟S155舉例來說，當時間點t1時，訊號S低於下限值L1，表示氣體偵測器120的溫度不足以讓訊號S達到一穩定值X的容許範圍內(如L1至L2範圍內)，則控制器180控制加熱器160升高空腔110c溫度(步驟S155)，然後回到步驟S150，繼 續判斷訊號S是否低於下限值L1。

以進入步驟S160舉例來說，當輸出訊號S不低於下限值L1，控制器180進一步判斷訊號S是否高於上限值L2；若是，則進入步驟S165；若否，進入步驟S170。以進入步驟S165舉例來說，當時間點t2(如第3圖所示)時，訊號S高於上限值L2，表示氣體偵測器120的溫度過高，致使訊號S超過穩定值X的容許範圍，則控制器180控制強制排氣元件150運轉，以降低空腔110c溫度，然後回到步驟S160，繼續判斷訊號S是否高於上限值L2。

以進入步驟S170舉例來說，當訊號S未高於上限值L2，控制器180進一步判斷訊號S位於上限值L2與下限值L1的時間是否超過一預設時間區T1(如第3圖所示)；若是，進入步驟S180；若否，回到步驟S150。例如，如第3圖所示，在時間點t3至t4的預設時間區間T1內，訊號S穩定地位於上限值L2與下限值L1之間，表示訊號S已趨於穩定，此時的訊號S可做為氣體偵測訊號的參考基準。

在步驟S180中，當訊號S趨於穩定時，表示氣體偵測的準備已完成(即，可以開始進行氣體偵測)，控制器180據以控制指示器190發出指示訊號。一實施例中，指示訊號可以是色光、聲音或其它具有指示功能的訊號。

在步驟S185中，如第1圖所示，提供一集氣元件10、氣管20及固定元件30。集氣元件10用以收集一待測氣體G1。氣管20連接於集氣元件10的開口10a。固定元件30可緊密地固定氣管20與集氣元件10，避免待測氣體G1透過氣管20與集氣元件10的連接處外逸。

一實施例中，集氣元件10例如是氣囊。氣管20例如是硬質管件，因此可推動氣體偵測裝置100的第一閥門130，以開啟入口110a，使集氣元件10的內部與入口110a相通。以材質來說，氣管20可由塑膠、金屬或其它合適材料製成，而固定元件30例如是扣環、橡皮筋或其它合適種類的固定器。

第4圖繪示第1圖之氣體偵測裝置100與集氣元件10連通的示意圖。使用者可透過氣管20呼出待測氣體G1進入集氣元件10內部，然後再將氣管20連接於氣體偵測裝置100，使集氣元件10的內部與氣體偵測裝置100連通。由於氣管20具有足夠硬度或強度，因此可輕易推動第一閥門130，使第一閥門130開啟入口110a。

在步驟S190中，當集氣元件10與氣體偵測裝置100連通後，控制器180可控制強制排氣元件150將集氣元件10內的待測氣體G1抽進空腔110c內。一實施例中，可觸發一按鍵，以啟動控制器180的控制功能。另一實施例中，當控制器180偵測(例如透過適合的感測器)集氣元件10與氣體偵測裝置100連通，自動控制強制排氣元件150將集氣元件10內的待測氣體G1抽進空腔110c內。

在抽氣前或後，控制器180可控制第二閥門140開啟；或者，控制器180也可不控制第二閥門140開啟，藉由控制強制排氣元件150的吸力，可強制第二閥門140開啟。此外，在抽氣過程中，集氣元件10內的待測氣體G1先經過過濾元件170，以濾除待測氣體G1的細菌、病毒或其它不必要的顆粒等，以提高氣體偵測的準確度。另一實施例中，過濾元件170可於吹入待 測氣體G1於集氣元件10內部後，再設置氣管20內，如此仍可達到相似的過濾效果。只要在待測氣體G1進入到空腔110c前先經過過濾元件170即可，本發明實施例並不限定過濾元件170的設置位置。

此外，在抽氣過程中，控制器180可持續控制加熱器160與/或強制排氣元件150運轉，以將訊號S(如第3圖所示)控制在穩定值X的容許範圍內。

在步驟S195中，如第5圖所示，其繪示依照本發明實施例之氣體偵測器偵測氣體的示意圖。當大部分或足夠的待測氣體G1進入空腔110c後，氣體偵測器120開始偵測待測氣體G1的成分。在偵測前，可先分離集氣元件10與氣體偵測裝置100；然後控制器180控制第一閥門130及第二閥門140關閉，避免待測氣體G1從第一閥門130及第二閥門140外逸。另一實施例中，第一閥門130具有自動回復功能(可由彈性元件實現)，使當集氣元件10與氣體偵測裝置100分離後，第一閥門130自動關閉；在此設計下，控制器180可不特別控制第一閥門130關閉。

另一實施例中，在偵測待測氣體G1過程中，也可保留集氣元件10於氣體偵測裝置100上(即維持如第4圖所示之集氣元件10與氣體偵測裝置100的連接狀態)；在此設計下，第一閥門130呈開啟狀態，而第二閥門140呈關閉狀態。

第6圖繪示依照本發明實施例之強制排氣元件強制排氣的示意圖。在氣體偵測結束後，控制器180可控制第二閥門140開啟，且控制強制排氣元件150運轉，以將空腔110c內的待測氣體G1排出殼體110外。如此，可避免待測氣體G1殘留於空 腔110c內而負面地影響下一次的氣體偵測準確度。另一實施例中，控制器180可控制第一閥門130及第二閥門140同時開啟，以將空腔110c內的待測氣體G1排出殼體110外。

雖然上述實施例係以先加熱空腔110c再將待測氣體G1抽進空腔110c為例說明；然另一實施例中，也可以先將待測氣體G1抽進空腔110c內後，再控制加熱器160及/或第二接腳112加熱空腔110c。以第2圖的流程來說，可將步驟S185及S190於步驟S140之前執行。

另一實施例中，也可省略第2圖之步驟S150、S155、S160、S165及S170；在此設計下，透過步驟S180的指示訊號同樣可得知氣體偵測的準備是否已完成。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之氣體偵測裝置200的剖面圖。氣體偵測裝置200包括殼體110、至少一氣體偵測器120、第一閥門130、第二閥門140、強制排氣元件150、加熱器160、過濾元件170、控制器180、指示器190及氣管20。

本實施例中，氣管20可拆卸地拔插設於殼體110的入口110a；如此，當要進行氣體偵測時，可直接對氣體偵測裝置200的氣管20吹氣即可。由於氣管20設於殼體110上，因此可選擇性省略集氣元件10。此外，過濾元件170可設於氣管20內，使過濾元件170與氣管20共同成為一可拋棄式元件；如此一來，在氣體偵測完成後，可同時拋棄使用過的過濾元件170與氣管20，這樣可避免殘留於過濾元件170的待測氣體G1負面地影響下次氣體偵測的準確度。

綜合上述，本發明實施例的氣體偵測裝置及應用其 之氣體偵測方法，可偵測氣體特性，如氣體成份。一實施例中，氣體偵測裝置的加熱器可加熱空腔，以縮短氣體偵測的準備時間。另一實施例中，氣體偵測裝置的加熱器及/或強制排氣元件可同時或交替運作，以加速氣體偵測器的訊號達到一穩定狀態，進而提升氣體偵測準確性。此外，氣體偵測裝置的第一閥門及/或第二閥門可依據抽氣、氣體偵測及/或排氣等時機選擇性地開啟或關閉，以輔助氣體偵測裝置的抽氣、偵測及/或排氣。另一實施例中，可先將待測氣體集中於集氣元件，待氣體偵測裝置的氣體偵測準備完成(如氣體偵測器的訊號達到一穩定值)時，再將集氣元件與氣體偵測裝置相連接，以進行氣體偵測。其它實施例中，過濾元件與氣管可共同組成一可拋棄式元件，當氣體偵測完成後，可拋棄此可拋棄式元件，以避免殘留在過濾元件的待測氣體負面地影響下次氣體偵測準確度。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧集氣元件

10a‧‧‧開口

20‧‧‧氣管

30‧‧‧固定元件

100‧‧‧氣體偵測裝置

110‧‧‧殼體

110a‧‧‧入口

110b‧‧‧出口

110c‧‧‧空腔

120‧‧‧氣體偵測器

121‧‧‧第一接腳

122‧‧‧第二接腳

130‧‧‧第一閥門

140‧‧‧第二閥門

150‧‧‧強制排氣元件

160‧‧‧加熱器

170‧‧‧過濾元件

180‧‧‧控制器

190‧‧‧指示器

G1‧‧‧待測氣體

Claims (14)

1. 一種氣體偵測裝置，包括：一殼體，具有一空腔、一入口及一出口；一氣體偵測器，設於該空腔內；一第一閥門，選擇性地關閉或開啟該入口；一第二閥門，選擇性地關閉或開啟該出口；一強制排氣元件，設於該出口；一加熱器，設於該空腔內；以及一控制器，用以操作在：依據該氣體偵測器的一訊號控制該加熱器與該強制排氣元件至少一者運作，該訊號隨該氣體偵測器的溫度而變。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，更包括：一過濾元件，設於該入口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之氣體偵測裝置，其中該過濾元件係一生物過濾薄膜。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，更包括：一集氣元件，用以收集一待測氣體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之氣體偵測裝置，更包括：一氣管，連接於該集氣元件的一開口；以及一固定元件，固定該氣管與該集氣元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之氣體偵測裝置，更包括：一過濾元件，設於該氣管內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，其中該控制更用以操作在：判斷該氣體偵測器的該訊號是否高於一上限值；若該氣體偵測器的該訊號高於該上限值，控制該強制排氣元件運轉，以降低該空腔的一溫度；判斷該氣體偵測器的該訊號是否低於一下限值；以及若該氣體偵測器的該訊號低於該下限值，控制該加熱器升高該空腔的該溫度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之氣體偵測裝置，其中該控制更用以操作在：判斷該氣體偵測器的該訊號位於該上限值與該下限值的時間是否超過一預設時間區間；以及若該氣體偵測器的該訊號位於該上限值與該下限值的時間 超過該預設時間區間，發出一指示訊號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體偵測裝置，更包括：一控制器，用以操作在：控制該強制排氣元件將一待測氣體抽進該空腔內。
10. 一種氣體偵測方法，包括：提供一氣體偵測裝置，其中該氣體偵測裝置包括一殼體、一氣體偵測器、一第一閥門、一第二閥門及一強制排氣元件，其中該殼體具有一空腔、一入口及一出口，該氣體偵測器設於該空腔內，該第一閥門選擇性地開啟或關閉該入口，該第二閥門選擇性地開啟或關閉該出口，以及該強制排氣元件設於該出口；該強制排氣元件將一待測氣體吸進該氣體偵測裝置的該空腔內；控制該第一閥門關閉該入口；控制該第二閥門關閉該出口；以及該氣體偵測器偵測該待測氣體；其中，該氣體偵測裝置更包括一加熱器，該加熱器設於該空腔內；該氣體偵測方法更包括：依據該氣體偵測器的一訊號控制該加熱器與該強制排氣元件至少一者運作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之氣體偵測方法，更包括：加熱該空腔。
12. 如申請專利範圍第10項所述之氣體偵測方法，其中依據該氣體偵測器的該訊號控制該加熱器與該強制排氣元件至少一者運作之步驟包括：判斷該氣體偵測器的一訊號是否高於一上限值；若該氣體偵測器的該訊號高於該上限值，控制該強制排氣元件降低該空腔的一溫度；判斷該氣體偵測器的該訊號是否低於一下限值；以及若該氣體偵測器的該訊號低於該下限值，控制該加熱器升高該空腔的該溫度。
13. 如申請專利範圍第12項所述之氣體偵測方法，其中依據判斷該氣體偵測器的該訊號位於該上限值與該下限值的時間是否超過一預設時間區間；以及若該氣體偵測器的該訊號位於該上限值與該下限值的時間超過該預設時間區間，發出一指示訊號。
14. 如申請專利範圍第10項所述之氣體偵測方法，更包括： 控制該強制排氣元件將一待測氣體抽進該空腔內。