气体传感器、用于气体传感器的测量元件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种根据权利要求1的前序部分所述的气体传感器、W及一种根据权 利要求9所述的用于气体传感器的测量元件和一种按照权利要求12的用于制造测量元件的 方法。
【背景技术】
[0002] 气体传感器典型地在监控工业过程时被采用，在所述工业过程中可燃烧的气体和 蒸气可能已经在正常运行时W较高的浓度存在。在运个上下文中，在监控有爆炸危险的大 气时，尤其是所谓的热效应传感器(W紅met&iungssensor)广泛流行。运种热效应传感器通 常具有也被称为载体催化元件(Pellistor)的测量元件，并且可例如在便携式气体测量仪 器中被采用。借助于所述热效应传感器，在一定的环境中可执行对爆炸危险的直接确定。在 此，所包含的可燃烧的物质W催化方式在测量元件上可能被转化成环境气体混合物。在此， 发生氧化反应，所述氧化反应最后导致了热效应信号。在所述反应中，所有可燃烧的气体或 多或少均匀地被热效应传感器转化，使得可W可靠地被警告不仅提防已知的可燃烧的物质 而且提防未知的可燃烧的物质W及不同的可燃烧的物质的混合物。因此，运些传感器的大 的优点在于宽带探测(Breitbanddetekt ion)。其他优点是低的能量需求量、成本低的结构 类型W及对环境影响的良好补偿。然而，与运些传感器相联系的问题是运些传感器的对于 有些应用来说不一定足够的机械稳健性(Robustheit)。运样，所述测量元件（载体催化元 件)通常由缠绕成线圈的销丝构成，所述销丝被涂层有催化活性的或者催化非活性的陶瓷。 在此，催化活性的或者非活性的陶瓷形成所谓的载体催化元件珠状体(PelIistorperle)， 所述载体催化元件珠状体被固定在触针上并由管座保持。在载体催化元件珠状体的被涂层 有催化活性的陶瓷的表面上，对要检出的气体进行相对应的催化转化。如果传感器遭受了 大的机械负载，那么所述载体催化元件珠状体被损坏的问题可能出现，使得可靠的测量不 再是可能的。
[0003] 为了应对所述问题，例如DE 10 2005 050914 B4设置了运种气体传感器在气体测 量仪器中的振荡式悬挂装置。如果所述气体测量仪器在运行期间遭受撞击或者坠落，那么 冲撞可通过所述悬挂装置减轻并且破坏所述载体催化元件珠状体的危险可被预防。然而在 运种情况下有缺陷的可能是，尤其是在小的结构类型的气体测量仪器的情况下只有少量的 移动自由空间供相对应地被安装的传感器支配。此外，运种结构类型可阻碍所述气体测量 仪器的内部的严密密封。W后，来自所述气体测量仪器的内部的干扰气体可被证明是有问 题的。
[0004] 在运个上下文中，WO 2011/053866 Al设置了通过附加的支撑线对所述测量元件、 也就是载体催化元件珠状体的支撑，而不是整个气体传感器的振荡式悬挂装置。在运种情 况下，虽然所述测量元件相对于机械影响足够好地被保护，但是该设计结构相对昂贵并且 通过附加的支撑线可出现不期望的散热。
[000引 EP 1 151 285 Bl和DE 10 2007 032700 B4建议，利用减震材料包围载体催化元 件珠状体。此处，虽然珠状体也被保护，但是将要分析的气体供给到载体催化元件珠状体、 尤其是到所述珠状体的催化活性表面可被绝缘材料(Dammmaterial)阻止，使得所述传感器 必要时只适合于有限地选出气体和环境。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，克服现有技术的所述W及其他缺点，并且提供一种被改善的 气体传感器、尤其是一种用于气体传感器的被改善的测量元件。例如值得期望的是，所述气 体传感器或所述测量元件具有较高的机械稳健性、较低的能量需求量W及尽管如此相对于 许多气体仍具有高灵敏度。此外，所述气体传感器或所述测量元件应该是简单地且成本低 地可制造的。
[0007] 为了解决该任务，本发明建议一种按照权利要求1的气体传感器、一种按照权利要 求9的用于运种气体传感器的测量元件W及一种按照权利要求12的用于制造测量元件的方 法。构造方案分别是从属权利要求的主题。
[0008] 在具有外壳和测量元件的气体传感器中，其中所述测量元件具有加热螺旋丝 (化izwendel)，所述加热螺旋丝被涂层有催化活性的或者非活性的陶瓷，本发明设置，所述 陶瓷包含纤维状材料。
[0009] 在此，运种气体传感器的外壳例如用作所述测量元件的容纳装置。就运点而言，所 述外壳可W是防爆式的。有利的是，所述外壳是至少部分可透气的，使得要检验的气体混合 物可推进直至所述测量元件。在所述外壳中优选地布置至少一个测量元件，所述至少一个 测量元件与接触部(Kontakt)连接，所述接触部可W通过接触部套管（Kontaktdurchfii hrung)而从外壳被引出来。所述测量元件优选地是载体催化元件(载体催化元件珠状体）。 也可想象的是，在所述外壳中布置多个测量元件。例如，具有催化活性的陶瓷的第一测量元 件可被布置在具有催化非活性的陶瓷的第二测量元件的旁边。要检出的分析物可在具有催 化活性的陶瓷的测量元件的表面上被转化，使得在其存在的情况下发出相对应的测量信 号。具有催化非活性的陶瓷的测量元件可用作所谓的补偿元件或者补偿器元件(概念"补偿 元件"和"补偿器元件"在运种情况下是同义的）。借助于运种补偿器元件，振动可在相应的 环境条件下被补偿，所述振动否则会影响所述测量信号。
[0010] 如果在相应的测量元件的表面上所述分析物的反应是所期望的，那么就运点而言 认识到，所述陶瓷接着可W是催化活性的陶瓷。如果所述测量元件是补偿器元件，那么当所 述陶瓷是催化非活性的时候，运是有利的。
[0011] 所述加热螺旋丝是加热和测量线(Heiz- und Messdraht),所述加热和测量线的 电阻显著地根据溫度而变化。如果现在在所述陶瓷的表面上发生要检出的分析物的催化转 化，那么通过氧化反应在所述测量元件上发生溫度升高并且W后发生所述加热螺旋丝的电 阻变化。然后，所述电阻变化可相对应地被测量。
[0012] 依据本发明的气体传感器的大的优点在于，所述测量元件的陶瓷包含纤维状材 料。如果所述纤维状材料耐高溫，那么运是有利的。如果所述纤维状材料在机械上是稳定 的，那么运也是有利的。如果所述纤维状材料相对于催化剂和分析物是惰性的，那么运是特 别有利的。在完全特别优选的实施变型方案中，所述纤维状材料可具有所有运=种特性，也 就是说，所述纤维状材料优选地在机械上是稳定的、是耐高溫的并且相对于催化剂和分析 物是惰性的。在此，在机械上稳定的纤维状材料被理解成不仅易弯曲的而且硬的纤维。已令 人感到意外地表明：通过将已经微量的运种纤维状材料引进到所述测量元件的陶瓷中，所 述测量元件的机械强度可被明显改善，但是不损害所述测量元件W及因此所述气体传感器 的测量特性。在第一实施变型方案中，所述纤维状材料可W随机分布的纤维的形式被包含 在所述陶瓷中。也可考虑的是，所述纤维形成环绕所述加热螺旋丝的线圈的格栅。在运个上 下文中，例如可想象的是，随机分布的纤维更确切地说是易弯曲的，而形成环绕所述加热螺 旋丝的线圈的格栅的纤维更确切地说是硬的，如还从随后的对实施形式的描述中也可认识 到的那样。
[0013] 在特别优选的实施形式中，所述纤维状材料从包含玻璃纤维、微纤维和/或纳米纤 维或者运一类的组中被选出，优选地是玻璃纤维，特别优选地是由石英玻璃、棚娃酸盐、碱 金属娃酸盐或者运一类的构成的纤维。在此，如果所述纤维状材料不导电，则在任何情况下 运都是有利的。此外，尤其是玻璃纤维可W是易弯曲的和/或可移动的，例如如果所述纤维 在所述陶瓷中应该随机分布地存在，则运在制造所述测量元件的情况下可能是优点。如果 与此相反，所述纤维环绕加热螺旋丝形成支架化erilst)，那么，如果尽可能硬的玻璃纤维被 用作纤维状材料，则运是有利的。此外，玻璃纤维可W提供如下优点：所述玻璃纤维即使在 例如550° C的工作溫度的情况下相对于同样可被包含在所述陶瓷中的被使用的催化剂W及 载体材料也是惰性的。就运点而言认识到，如果所述纤维状材料由玻璃纤维构成，优选地由 特别是溫度稳定的（temperaturbestaendig)材料、诸如石英玻璃或者棚娃酸盐构成的玻璃 纤维构成，那么运是有利的。可替换地，诸如碱金属娃酸盐的材料在低于500°C的工作溫度 的情况下也是可考虑的。
[0014] 在任何情况下有利的是，所述加热螺旋丝是由贵金属或者贵金属合金构成的线； 所述加热螺旋丝优选地是从包含销、钮、锭、银、钉、饿、鹤、铜、银、儀和运一类的W及由运些 元素构成的合金的组中被选出的线;所述加热螺旋丝特别优选地是从包含销、销合金、锭合 金和运一类的组中被选出的线。如果所使用的被用来制成所述线的材料具有电阻的高溫度 系数，那么在此，运在任何情况下都是有利的。有利地，所述系数在大溫度范围上是恒定的。 就运点而言认识到，尤其是使用销是有利的。就运点而言可考虑的是，所述加热螺旋丝是由 销构成的线。然而也可想象的是，所述加热螺旋丝是由销合金和/或锭合金、例如销锭合金 构成的线。运可提供线的较高的强度W及因此提供线的被改善的机械稳健性。W后，所述测 量元件也可具有被改善的机械稳健性。如果所述线具有不大于60WI1的直径，那么在任何情 况下运都是有利的。例如，所述线可具有从大约IOwii到大约50WI1的直径。在此，不仅具有从 大约IOwii到大约3