用于再生氢传感器的方法和装置的制作方法

文档序号:6026042阅读:81来源:国知局
专利名称:用于再生氢传感器的方法和装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种方法,该方法用于在使用在低压下操作的检测器通过氢进行检漏之后的氢传感器的再生。
背景技术
在每次检漏测量之后,必须再生氢气传感器以确保再次测量的可信度并且保持检漏的高灵敏度。氢传感器的再生包括中和被俘获在传感器包含的晶体管的栅极上的H+。在自然过程期间,这些氢离子H+与来自空气中的氧分子&结合。氢离子H+与氧分子&的化学反应使氢离子脱离晶体管的栅极并进入大气。因此氢传感器被中和从而可以进行下次检漏。然而,通过此自然过程进行的氢传感器的再生需要太长的时间,从而增加了检测操作的持续时间,降低了检漏循环的频率。因此生产效率很低。所以,急需一种加快氢传感器再生的方法以提高循环次数。然而,当试图在1001 到5000Pa,例如10001 的低压下进行测量时,会出现问题。这是因为低压下没有足够的氧分子A与氢离子H+发生反应。因此,氢传感器的再生比自然过程需要的时间更长,两次测量之间的时间间隔也相应的增加了。因此,生产效率将会更低。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于再生在低压下进行检漏的氢传感器的方法。该方法可以在短时间内完成传感器的中和,所需时间比现有技术公知的自然过程短。本发明涉及一种用于再生氢传感器的方法,所述传感器包括栅极被钯催化剂覆盖的MOS型晶体管并被置入低压腔(enclosure)内,S卩,压力低于50001^。根据此方法,在检测到泄漏后,通过电子电路向述晶体管的所述栅极施加电压,从而再生所述催化剂。根据本发明的一个方面,将所述电压以脉冲模式施加到所述晶体管的所述栅极。根据本发明的另一个方面,将所述晶体管加热到100°C到250°C之间的温度。根据本发明的另一个方面,所述电子电路包括用于进行“测量”模式与“再生”模式的互相转换的开关。此问题的另一种解决方案是提供氧,但是这种解决方案很昂贵并且相应增加了检漏器的重量。通过电子电路施加电压的解决方案具有经济、小型化和可靠度高的优点。这种电子电路易于开发并且易于安装到检漏器中。本方法适用的泄漏速率从几I^.m7S到l(T6Pa. m3/s.本发明还涉及一种用于实施再生氢传感器的方法的检漏模块,包括氢传感器,包括MOS型晶体管,所述晶体管的栅极被钯催化剂覆盖,以及再生装置,包括电子电路,包括低频DC发生器,
开关,安置在所述低频DC发生器和所述MOS型晶体管的所述栅极之间,在所述开关闭合时,所述开关用于向所述晶体管的所述栅极施加电压,以及控制模块,用于控制所述开关的闭合和打开。根据本发明的一个变形,其中所述开关选自继电器和晶体管。


考虑到下面对实施例的描述,本发明的特征和优点将更加显而易见,本发明的附图是用于说明目的而不是限制。在附图中图1示出了氢传感器的一个实施例;图2示出了检漏模块的一个实施例,该检漏模块包括氢传感器和用于氢传感器再生的装置;图3示出了在通过电子电路再生氢传感器期间的电压V(以伏特为单位)与时间t (以秒为单位)的关系;图4示出了对于不同的泄漏速率,在测量期间和通过自然过程再生期间的氢传感器的输出电压V(以伏特为单位)与时间t (以秒为单位)的关系。
具体实施例方式在图1和2示出的实施例中,氢传感器1包括二极管2,电阻器3和晶体管4。晶体管4是MOSFET型(“金属氧化物半导体场效应晶体管”)场效应晶体管。晶体管4为“N”型并具有三个有源电极栅极5,漏极6和源极7。晶体管4通过施加到栅极5上的信号调制流过其的电流,从而控制漏极6和源极7之间的电压V。栅极5被对氢敏感的钯基催化剂覆盖。向氢传感器1的晶体管4的漏极6提供稳恒电流,以便将晶体管4偏置。俘获在栅极5上的氢离子H+的量修改晶体管的偏置,从而可以评估进入并与栅极5接触的氢分子H2的流量。当没有氢分子H2存在时,晶体管4的输出电压稳定在其最大值。电压V的值取决于施加到漏极6的电流。氢分子H2到达并与栅极5的钯催化剂接触时发生分裂,以产生H+离子。H+离子扩散穿过钯催化剂并被俘获在晶体管4的栅极5上。这引起了晶体管4漏极6-源极7电阻的变化,从而导致与氢离子H+的浓度成比例的栅极5的电压V的下降。基于计算根据时间的电压V的下降的导数,可以计算泄漏速率。因此晶体管4的漏极6-源极7电阻构成了传感器1的敏感部分,以实现测量泄漏的功能。通过向晶体管4的漏极6注入稳恒电流,获得电压V的值,该电压值表示被栅极5俘获的氢离子H+的量,从而使获得与栅极5接触的氢的流量成为可能。图2示出了一种检漏模块,该模块用于进行再现氢传感器1的方法。检漏模块包括氢传感器1和再生装置20。再生装置20包括电子电路和电子控制模块23。电子电路包括低频发生器21和开关22。控制模块23适于在检测模式下打开开关22和在再生模式下关闭开关22。控制模块23包括用于计算泄漏速率的数学模型,该模型基于作为时间的函数的晶体管4的漏极6-源极7电压V的变化。因为撞击到晶体管4的栅极5的活性表面上的氢分子H2的数目与压力成比例,因此漏极6-源极7电阻与晶体管4周围的绝对氢压力成比例。在1000 的剩余压力下,在约25 μ S内将形成氢原子的单层。加热电阻器3可以将传感器1加热到例如130°C的温度,这有利地增加了氢传感器1的灵敏度。但是,受晶体管4中硅的限制,温度不能超过250°C。测试显示,在180°C的温度下使用不会受损坏。例如,氢传感器1的加热电阻器的电阻值可以在70Ω到80Ω之间;在大气压力下,加热电流可以为从60到80mA,即加热功率约为0. 4W。二极管2和相关加热电阻器3用于调节氢传感器1的温度。考虑到安全原因,使用由95%的氮气和5%的氢气构成的混合气体,在温度没有达到130°C前不让气体与氢传感器1接触,以避免催化剂的任何退化。在很低的压力下使用氢传感器1以便仅与少量的氢接触,同样是为了保护氢传感器1。电子电路在氢传感器1的晶体管4的栅极5上施加电压U。通过与ON-OFF开关22关联的低频DC发生器21施加电压U。开关22可以是例如继电器、晶体管或相同类型的系统。开关22安置在低频DC发生器21和晶体管4的栅极5之间。在此配置下,传感器1可以在可以检漏的“测量”模式(开关置于关(OFF))下操作,或者在能够中和传感器的“再生”模式(开关置于开(ON))下操作。因此,当开关22闭合时,开关22适于向晶体管4的栅极5施加电压。此装置使氢传感器1在极短的响应时间内再生成为可能。因为此装置仅需要外部电子驱动电路,所以很经济。一旦已进行测量,就必须移除由晶体管4的栅极5俘获的氢离子H+,以便氢传感器1可以进行下次检漏。为了传感器再生,控制模块操控开关闭合,从而在电子电路的帮助下施加电压U。电压U通过与开关22关联的低频DC发生器21施加。图3示出了晶体管4的输出电压V随时间t的变化。在开始检漏时,晶体管4的栅极5通过加热电阻器3而加热到要求的温度。然后向晶体管4的栅极5提供稳恒电流,这产生代表其状态的(曲线部分30)电压V。没有氢分子H2存在时,输出电压V稳定在其最大值31。一旦氢分子H2到达栅极5并且被吸收在钯催化剂中,作为对吸收的氢离子H+浓度的函数,电压V开始下降(曲线部分32)。基于根据时间t的电压V的曲线的斜率(导数)计算泄漏速率,进而显示测量结果。泄漏检测完成时,氢分子不再到达晶体管4的栅极5,电压V开始缓慢上升并回到其初始值,这表明传感器1已经再生。如前面所解释的,在低压下的自然过程需要长时间。现在,通过电子电路向晶体管4的栅极5施加电压U,这促进了氢离子H+的中和也促进了回归到传感器的平衡电压31。施加的电压U使得氢离子H+反应而中和氢传感器1的晶体管4的栅极5。一旦氢传感器1被完全再生,控制模块23促使开关22打开,停止施加电压U。现在氢传感器1可以准备下一次检漏测试。在泄漏测量期间,开关22可以使电子电路20与晶体管4的栅极5完全隔离。为了获得更快速的强制再生,以脉冲模式向晶体管4的栅极5施加电压U。施加的电压U的水平和两次施加之间的时间间隔取决于泄漏的类型和客户希望的应用。此方法可以通过中和使氢传感器1可重复并可靠地再生。图4示出了对于泄漏速率的不同值,通过自然过程再生的测试期间获得的结果。通过实例,对于以下泄漏速率进行测试1.13.10 2Pa.m3.s曲线406.08.10 3Pa.m3.s曲线414.02.10 3Pa.m3.s曲线423.31.10 3Pa.m3.s曲线433.04.10 3Pa.m3.s曲线442.30.10 3Pa.m3.s曲线45图4示出了曲线的对应于测量的泄漏速率的基本垂直的第一部分40a_45a和曲线的对应于通过自然过程进行的再生步骤的导角的第二部分40b-45b。通过自然过程进行的再生花费的时间在1000秒的量级。通过电子电路20的强制再生,如图3所示,可以将该时长缩小200倍。当然,本发明并不局限于描述的实施例,应该认识到本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神下进行多种变化。
权利要求
1.一种用于再生氢传感器的方法,所述传感器包括栅极被钯催化剂覆盖的MOS型晶体管并被置入具有低于5000 的压力的腔内,在检测到泄漏后,通过电子电路向所述晶体管的所述栅极施加电压,从而再生所述催化剂。
2.根据权利要求1的方法,其中将所述电压以脉冲模式施加到所述晶体管的所述栅极。
3.根据权利要求1或2的方法,其中将所述晶体管加热到100°C和250°C之间的温度。
4.根据权利要求1或2的方法,其中所述电子电路包括用于进行“测量”模式与“再生”模式的互相转换的开关。
5.一种用于实施再生氢传感器的方法的检漏模块,包括氢传感器,包括MOS型晶体管,所述晶体管的栅极被钯催化剂覆盖,以及再生装置,包括电子电路,包括低频DC发生器,开关,安置在所述低频DC发生器和所述MOS型晶体管的所述栅极之间,在所述开关闭合时,所述开关用于向所述晶体管的所述栅极施加电压,以及控制模块,用于控制所述开关的闭合和打开。
6.根据权利要求5的装置,其中所述开关选自继电器和晶体管。
全文摘要
本发明涉及用于再生氢传感器的方法和装置。再生方法涉及氢传感器,所述传感器包括栅极被钯催化剂覆盖的MOS型晶体管并被置入低压腔内。在检测到泄漏后,通过电子电路向述晶体管的所述栅极上施加电压,从而再生催化剂。所述电子电路包括低频DC发生器和用于进行“测量”模式与“再生”模式的互相转换的开关。
文档编号G01N27/414GK102565166SQ201110425258
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者D·皮埃尔让, K·帕特尔 申请人:阿迪森真空产品公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1