专利名称：监测气体的传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境监测及险情报警器材，具体的是一种监测环境气体的传感器。
目前市面上用作监测空气的报警器已有多种。典型代表为美国Firex公司生产的Smoke Alarm警报器，这种警报器是以空气中的烟雾浓度为指标主要发出火警警讯。另一种是美国KIDDE Safety公司生产的CarbonMonoxide Detector报警器，它是控制CO与一种泡沫材料反应后使透光度改变而发生警讯的。还有一种是First Alert公司生产的CarbonMonoxide Alarm报警器，也是检测Co的。它们所用的气体传感器体积都比较大，功耗较高，除Co外，不能分辨检测其它有害气体。
本实用新型的目的是采用传感器结合微电子技术克服上述缺点，提供一种体积小、功耗低、灵敏度高、可鉴别多种气体的传感器。它既可用作固定式的气体报警器，又可用作便携式(如钢笔)的气源搜寻器。
本实用新型的目的是这样实现的一种监测气体的传感器，由传感器主体和连接元件组成，传感器连接电路系统，其特征在于传感器主体呈实心柱状结构，它由连体的加热体、气体敏感元件和连接元件组成；加热体由加热元件和基体组成，加热元件可分布于基体表面，也可埋入基体之中；气体敏感元件包括覆盖在加热体表面的气体敏感材料膜和极板，该气体敏感材料膜可为薄膜或厚膜，可为单膜或复膜；极板可为微丝、薄膜或厚膜，气体敏感材料膜的数量为n，极板的数量为2n或(n+1)，n为自然数；加热体和气体敏感元件通过连接元件与电路系统连接，该连接元件为一多脚管状插头，由圆柱形插头座及其上设置的多脚接线柱构成，在该插头座上罩有顶部有丝网顶的壳罩，所述电热元件和气体敏感元件的极板通过细导电丝与相应的插头接线柱相连接，插头接线柱的数目为(2n+2)或(n+3)。
本实用新型的目的还可以通过以下措施实现所述加热体的形状可圆柱、椭圆柱、棱柱和板状中的任一种，加热元件的形状可为螺旋线、正弦，梯形曲线和方块状中的任一种。
所述气体敏感材料膜覆盖于加热体上，可为整体覆盖，也可为局部覆盖，所述极板的形状可为环绕加热体的环状，也可为直线段、曲线段、块状中的任一种。
所述加热体基体的材质为与加热元件相容的介电材料，主要为陶瓷或玻璃，它可以是Al2O3，SiO2，MgO，Al2Sio3，K2SiO3中的任一种及其间混合物的任一种；所述加热体的电热元件的材质为电热材料，它可以是pt金属、W金属、Cr-Ni合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Fe-Al-Mn合金及陶瓷中的任一种；所述气体敏感材料膜的材质为与相应检测气体敏感的金属、金属氧化物及陶瓷，它可以是Pt金属、pd金属、MgCr2O4、TiO2、Fe2O3、SnO2、Zno、Ga2O3、Y2O3、ZrO2、Cao、Al2O3、K2SiO3及其混合物中的任一种；所述气体敏感元件的极板的材质为金属、合金，它可以是Au金属、Ag金属、Cu金属、pt金属、pd金属、Ni金属及其合金中的任一种；所述连接元件的接线柱及导线的材质为导电良好的金属、合金，它可以是Ni金属、Cu金属、Ag金属、Au金属、Pt金属、Pd金属及其合金中的任一种。
本实用新型有以下积极有益的效果1.本产品同时具有体积小、功耗低、敏感度高的优点；2.可应用于多种对人体有害气体(如一氧化碳，煤气，氮气，氟里昂气体，硫化氢气体等)的监测警报和气源搜寻。
现以较佳实施例结合附图进行说明
图1为本实用新型实施例的结构外形示意图；图2是图1去罩后的结构示意图；图3是本实用新型的传感器主体一实施例的结构示意图；图4是图3的A-A轴向剖视图；图5同图3，为另一实例的结构示意图；图6是图5的B-B横向剖视图；图7同图3，为又一实施例的结构示意图；图8是图7的C-C横向剖视图；图9同图3，为又一实施例的结构示意图；附图编号1.(传感器)管罩插头101.带丝网顶的壳罩102.插头座103.接线柱(引线柱)104.连接导线2.传感器主体 201.(电热体)基体202.加热(电热)元件(丝/膜)203.(203a、203b、203c)气体敏感材料膜204(204a、204b、204c、204d).极板
205.介电膜请参照图1、图2、图3、图4，本实用新型的监测气体的传感器，由传感器主体和连接元件组成；传感器连接电路系统，该电路系统为已有技术。
传感器主体呈实心柱状结构，它由连体的加热体、气体敏感元件和连接元件组成；加热体由加热元件202和基体201组成，加热元件202可分布于基体201的表面见图7、图8、图9，也可埋入基体201之中见图3、图4、图5、图6；气体敏感元件包括覆盖在加热体表面的气体敏感材料膜203和极板204，该气体敏感材料膜203可为薄膜或厚膜，可为单膜见图5、图6，用于单一气体的探测。也可为复膜见图3、图4，用于多种气体的探测。极板204可为微丝见图3、图4，可为薄膜或厚膜见图5、图6、图7、图8、图9，，气体敏感材料膜的数量为n，极板204的数量为2n或(n+1)，n为自然数；加热体和气体敏感元件通过连接元件与电路系统连接，该连接元件为一多脚管状插头，由圆柱形插头座102及其上设置的多脚接线柱103构成，在该插头座102上罩有顶部有丝网顶的壳罩101，所述电热元件和气体敏感元件的极板204通过细导电丝104与相应的插头接线柱103相连接，插头接线柱103的数目为(2n+2)或(n+3)，实施时，所述加热体的形状可圆柱、椭圆柱、棱柱和板状中的任一种，加热元件的形状可为螺旋线、正弦，梯形曲线和方块状中的任一种。
所述气体敏感材料膜203覆盖于加热体上，可为整体覆盖，也可为局部覆盖，所述极板204的形状可为环绕加热体的环状，也可为直线段、曲线段、块状中的任一种。
所述加热体基体的材质为与加热元件相容的介电材料，主要为陶瓷或玻璃，它可以是Al2O3，SiO2，MgO，Al2Sio3，K2SiO3中的任一种及其间混合物的任一种；所述加热体的电热元件202的材质为电热材料，它可以是pt金属、W金属、Cr-Ni合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Fe-Al-Mn合金及陶瓷中的任一种；所述气体敏感材料膜203的材质为与相应检测气体敏感的金属、金属氧化物及陶瓷，它可以是Pt金属、pd金属、MgCr2O4、TiO2、Fe2O3、SnO2、Zno、Ga2O3、Y203、ZrO2、Cao、Al2O3、K2SiO3及其混合物中的任一种；所述气体敏感元件的极板204的材质为金属、合金，它可以是Au金属、Ag金属、Cu金属、pt金属、pd金属、Ni金属及其合金中的任一种；所述连接元件的接线柱103及导线104的材质为导电良好的金属、合金，它可以是Ni金属、Cu金属、Ag金属、Au金属、Pt金属、Pd金属及其合金中的任一种。
本实用新型的结构特点本实用新型的气体传感器是由传感器主体2和管罩插头1两部分组成，具有以下三个方面的特征而区别于现有气体传感器1.传感器的加热元件202和气体敏感元件203为集成一体的实心结构，减小了体积，提高了热效率，降低了能耗。
2.气体敏感材料膜可为单膜和复膜，单膜用于单一气体的监测，复膜用于多种气体的辨别与监测。
3.引线极板数(亦即外接头数)为(n+3)或(2n+2)，n为气体敏感材料的数量，极板可为环绕加热体的环线，对于复膜的传感器，可有(n-1)个两种膜的共用极板，分别位于两种气体敏感材料膜的交接处。
本实用新型的传感器，根据用途可以做成不同的大小。在用作固定式的多种气体报警器中，可用复膜式的传感器，传感器主体尺寸约为Φ1×3(mm)，管罩尺寸约Φl0×l0，在用作便携式(如钢笔大小)的单一气体辨别与气源搜寻中，可用单膜式传感器，其主体尺寸约为Φ(0.5-1)×l(mm)，管罩尺寸约Φ(3-5)×8，上述的两种均未在市面上发现。
本实用新型传感器主体可以通过三种工艺途径去实施精细陶瓷烧结工艺、微电子厚膜工艺和微电子薄膜工艺。
在图3图4所示实施例中，电热体基体201的材料为K2O-SiO2-Al2O3陶瓷，电热元件202的材料为Cr-Ni电热丝，螺旋线状；三段气体敏感材料膜203a、203b、203c分别为SnO2，K2SiO3和ZnO-Ga2O3；四块极板204a、204b、204c、204d分别用pd金属和pt金属制成。可以用作监测Co、H2、煤气、氟里昂气体等。
图5图6所示实施例中，电热体基体201的材料为Al2O3，电热元件202为pt厚膜，用层压烧结工艺隐埋在基体中心；上下气体敏感材料膜203分别为K2SiO3-Al2O3和MgCr2O4-TiO2；三块极板204a、204b、204c以pt厚膜制成，可以用作监测氟里昂，H2S、NH3等。
图7图8所示实施例中，电热体基体201的材料为Si，电热元件pt薄膜，介电膜SiO2，气体敏感材料膜203为SnO2，极板204为pd金属。整个制造过程基本为薄膜工艺，主要用作监测Co等。
图9所示实施例中，基体201的材料为MgO，电热元件202为HeraeuxR915厚膜，其极板204为Au或pd金属厚膜，气体敏感材料膜203为SnO2。
权利要求1.一种监测气体的传感器，由传感器主体和连接元件组成，传感器连接电路系统，其特征在于传感器主体呈实心柱状结构，它由连体的加热体、气体敏感元件和连接元件组成；加热体由加热元件和基体组成，加热元件可分布于基体表面，也可埋入基体之中；气体敏感元件包括覆盖在加热体表面的气体敏感材料膜和极板，该气体敏感材料膜可为薄膜或厚膜，可为单膜或复膜；极板可为微丝、薄膜或厚膜，气体敏感材料膜的数量为n，极板的数量为2n或(n+1)，n为自然数；加热体和气体敏感元件通过连接元件与电路系统连接，该连接元件为一多脚管状插头，由圆柱形插头座及其上设置的多脚接线柱构成，在该插头座上罩有顶部有丝网顶的壳罩，所述电热元件和气体敏感元件的极板通过细导电丝与相应的插头接线柱相连接，插头接线柱的数目为(2n+2)或(n+3)。
2.如权利要求1所述的监测气体的传感器，其特征在于所述加热体的形状可圆柱、椭圆柱、棱柱和板状中的任一种，加热元件的形状可为螺旋线、正弦，梯形曲线和方块状中的任一种。
3.如权利要求1所述的监测气体的传感器，其特征在于所述气体敏感材料膜覆盖于加热体上，可为整体覆盖，也可为局部覆盖，所述极板的形状可为环绕加热体的环状，也可为直线段、曲线段、块状中的任一种。
4.如权利要求1所述的监测气体的传感器，其特征在于所述加热体基体的材质为与加热元件相容的介电材料，主要为陶瓷或玻璃，它可以是Al2O3，SiO2，MgO，Al2Sio3，K2SiO3中的任一种及其间混合物的任一种；所述加热体的电热元件的材质为电热材料，它可以是pt金属、W金属、Cr-Ni合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Fe-Al-Mn合金及陶瓷中的任一种；所述气体敏感材料膜的材质为与相应检测气体敏感的金属、金属氧化物及陶瓷，它可以是Pt金属、pd金属、MgCr204、TiO2、Fe2O3、SnO2、Zno、Ga2O3、Y2O3、ZrO2、Cao、Al2O3、K2SiO3及其混合物中的任一种；所述气体敏感元件的极板的材质为金属、合金，它可以是Au金属、Ag金属、Cu金属、pt金属、pd金属、Ni金属及其合金中的任一种；所述连接元件的接线柱及导线的材质为导电良好的金属、合金，它可以是Ni金属、Cu金属、Ag金属、Au金属、Pt金属、Pd金属及其合金中的任一种。
专利摘要一种探测气体并分辨其性质的传感器,由传感器主体和连接元件组成,传感器主体呈实心柱状结构,它由烧结一体的电热体、气体敏感元件和连接元件组成;气体敏感元件包括覆盖在电热体上的气体敏感材料膜和极板,气体敏感材料膜可为单一膜和复膜,以分别用于单一气体和多种气体,连接元件是一个把电热体和气体敏感元件与电路系统连接的多脚管状插头。本实用新型具有体积小、功耗低、灵敏度高、分辨力强,可应用于生活环境中多种气体和温度的监测与气源的搜寻。
文档编号G01N27/12GK2390205SQ9924386
公开日2000年8月2日 申请日期1999年8月30日 优先权日1999年8月30日
发明者刘彦庆, 蒲忠杰 申请人:刘彦庆, 蒲忠杰