高灵敏度与高选择性气体传感器的制作方法

专利名称：高灵敏度与高选择性气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体传感器领域，更具体地说，涉及对被测气体具有高灵 敏度与高选择性检测性能的气体传感器。
背景技术：
环境与健康安全领域涉及的气体检测通常需要高灵敏度与高选择性气 体传感器。例如，为防止中毒或保证健康安全，生活或工作环境中苯与曱
醛的浓度规定不得超过90 ppb;而对于哮喘等呼吸病的呼气检测，呼气中 一氧化氮浓度的检测下限与精度必须低于5ppb。目前能够满足这种检测要 求的主要是难以现场使用的大型实验室分析仪器。而可以现场使用的便携 式传感器检测仪却满足不了灵敏度要求，通常只能检测到浓度高于1000ppb 或lppm的气体。当试图提高灵敏度用于较低浓度检测时，传感器选择性则 随之降低。此时，传感器检测信号中，环境与气体样品的温度、湿度、气
区分而失去选择性。解决灵敏度与选择性的矛盾问题一直是气体传感器检 测技术研究与应用开发的首要任务。
申请号为200510049517.0的中国专利公布了 一种便携式传感器气体 分析仪，用于环境中低浓度曱醛和苯系气体的检测。该发明在传感器之前 采用气体富集装置，提高被测气体的浓度，从而使本来只能检测高浓度的 传感器可以结合模拟计算的方法用于低浓度气体的分析。该发明使氧化物 半导体与碳纳米管传感器的检测下限从原来的lppm降低到10-100ppb。然
而这种方法必须精确的选择对气体富集的吸附材料与确定富集的程度，而 且还需要采用程序温控实现定量的气体吸附和脱附过程，用氮气等载气携 带富集的气体进行检测，分析仪结构与操作均十分复杂，其程度甚至超过 便携式气相色谱分析仪。
公开号为CN16814635的中国专利(对应的美国专利申请号
US20040082872 )公布了 一种便携式传感器气体检测仪，用于呼气中一氧化 氮的检测。该发明设计了特殊的流体气路，包括流量调节稳压稳流装置、 采用美国杜邦公司NAFI0N管与周围填充介质对气体样品进行湿度控制的
制的恒温装置。由于气流、压力、温度与湿度等得到精密定量的控制，结 合对干扰气体的过滤装置，对一氧化氮浓度的检测下限与精度达到5ppb。 然而这种方法必须依靠精心设计与加工的湿度、温度、压力、流量与气体 过滤等控制装置，使得检测仪结构十分复杂、成本显著增加，而且只能在 室内条件下实现有效的恒温与恒湿控制，限制了其应用范围或条件。
能够检测低浓度曱醛气体的检测仪产品主要是日本新宇宙公司的 xp-308检测仪，检测下限可以达到10ppb。该检测仪在传统的电化学曱醛 气敏元件之前配备了 2个过滤器。 一个过滤器仅除去甲醛，另一个过滤器 不除去曱醛，而是用于平衡扩散阻力。检测时对环境气体先后两次取样， 分别通过二个过滤器后由气敏元件分别进行检测。两个检测信号的差值即 为甲醛的浓度。该差值法一定程度上扣除了气体样品中干扰气体的影响， 因此提高了检测的灵敏度与选择性。但由于两次检测需要的两次取样条件 (温度、湿度、压力与千扰气体等)并不完全一致(相当于分析的是两个 样品)，因此作为差值的检测结果含有两个样品之间的差异，而这种差异 对高灵敏度检测的一致性要求是不容忽略的。此外，由于两次取样需要用 户人为的操作控制，也可能产生因人而异的测量误差等问题。

发明内容
本发明针对目前技术包括上述发明的不足开发了 一种高灵敏度与高选 择性气体传感器。与先前技术明显不同的是，在使用传统气敏元件的基础 上，该传感器不需要用来提高被测气体浓度的富集装置，不需要对气体样 品进行气流、温度、湿度、，压力等精密控制的装置，也不需要分别两次取 样。本发明提出的传感器仅需要一次取样的循环气路进行两次测量，便可 以有效地消除千扰气体、气流、温度、湿度与压力等影响，实现高灵敏度 与高选择性的检测。
本发明提供的气体传感器包括 一个用来取样并输送气体进行检测和
排放的气泵、 一个对气样进行检测的气敏元件、 一个能够除去被测气体的 过滤器、 一个临时存放气体样品的样品室与气流方向控制阀，以及由它们 在气体样品进出口之间构成的 一 个循环气路。
气体样品由进气口流经气敏元件进行第 一次检测，检测的信号除了含 有被测气体的贡献外，还可能含有其它气体组分以及环境或气体本身温度、 湿度、压力与气流状态的影响。该次检测后的气体然后通过过滤器除去被 测气体后回到气敏元件进行第二次检测，此时检测的信号不再含有被测气 体的贡献，而仅含有未除去的干扰气体以及温度、湿度、压力与气流速度 的影响。因此两次检测的差值仅含有被测气体的信号，减去了所有两次测 量保持相同的因素的影响。因此设置一个样品室，用来临时存放气体样品， 并利用气泵和控制阀的恒流作用，保持与一次测量相同的气流、温度、湿 度、压力以及干扰气体的条件，进行二次测量。为保证测量精度，样品室体
积应占循环气路总体积99°/。以上，而且必须保证在一次测量后样品室内的 气体被气体样品完全置换。
相比于采用气体富集或者采用恒流、恒压、恒温与恒湿装置的气体传 感器技术，本发明的优点是系统设计和操作的复杂程度与成本均显著降低、
的优点是避免了两次取样产生的检测误差以及结果的不一致性问题。与所 有先前技术相比，本发明提供的传感器便于集成化与模块化，适合于现有 传感器气体检测仪生产线生产，并保持了该类产品使用方便的特点。
本发明上述的以及其它的特征、性质和优势将通过下面结合附图、具 体实施说明以及实施例的描述而变得更加明显


将参照附图结合在下面的具体实施说明、实施例与权利要求更加详细 地描述本发明。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中 图1是本发明的高灵敏度与高选择性气体传感器结构图； 图2是本发明实施应用例一对呼气一氧化氮的检测结果；
图3是本发明实施应用例二对环境曱醛气体的检测结果； 图4是本发明实施应用例三对环境中苯蒸汽的检测结果 图5是本发明实施应用例四对呼气丙酮蒸汽的检测结果
具体实施例方式
常用的电化学、金属氧化物与碳纳米管半导体以及催化燃烧型气敏元
被测气体外，影响这一速率最主要的因素是温度、湿度、压力、气流状态 与可能参与反应或传质过程的其它气体(通称干扰气体)。对于ppm数量 级的检测，这些因素的影响大部分是可以接受的，而对于ppb数量级的检 测，这些因素的影响与响应信号相比已不可忽略，因此有必要进一步消除 或更精确的量化这些影响。本发明最主要的特征是由气敏元件，样品室与除 去被测气体的过滤器构成的循环气路，并利用气泵与控制阀实现气流状态 的控制，从而通过两次测量的差值方法消除各类千扰效应，实现高灵敏度 与高选择性的检测。
图1是本发明的高灵敏度与高选择性气体传感器的结构图。该传感器 包括进气口 1、三通阀2与7、出气口 8、气泵3、气敏元件4、样品室5 与过滤器6。它们在进出口之间形成一个循环气路。
第一次检测时，气体样品从进气口 1流经控制阀2到气泵3，进入气 敏元件4接受检测，检测信号包括被测气体与干扰因素两部分贡献。与传 统或其它发明提及的传感器设计最为不同的是，本发明的气敏元件串联了 一个样品室。按图1，经气敏元件4检测的气体连续的进入样品室5，并推 动内部原来存在的其它气体以活塞流的方式通过控制阀7经出口 8放空。 一次检测的气路为1234578。 一次检测的时间必须大于气敏元件完全的响 应时间。检测的气体容量为检测时间与气体流量的乘积。气路23457、主 要是样品室的容量必须小于样品气量以保证该检测气路中原来存在的其它 气体被气体样品完全置换，时该样品室全部充满气体样品而无其它气体。
一次检测结束时，由控制阀2与7分别关闭进、出气口 1与8,开通 循环气路576234。此时气泵2继续驱动样品气体由样品室5到过滤器6除
去被测气体，然后到气敏元件4进行检测。将样品室5种气体全部经过过 滤器6与气敏元件4的时间为样品室容积除以气体流量。二次检测的时间 必须大于气敏元件对除去被测气体的样品的完全响应时间。取决于这些时 间数值，二次检测可能需要多次循环，直至获得稳定的检测数值。
为保证检测结果的可靠性，必须避免气体样品与气路中原来存在的气 体的混合效应。本发明提出的一种方法是保持整个气路、主要使样品室中 的气流状态均为活塞流或气流速度呈平坦分布的湍流状态。该状态下，按 流体力学原理，气体沿流动方向将不产生显著的混合(称为返混或轴向混 合)。其一种方式是对固定的流速采用细长的管道。当气体样品由进气口 1进入气路后，便以活塞流的方式推动原来存在于气路与样品室中的气体， 并经出气口 8排空，而气体样品则占据气路与样品室所有的空间。也可以 使用其它活塞流装置、包括设有挡板的流动装置与列管流动装置。
按本发明，必须将气敏元件4与气泵3放置在气体阀门2与7分隔的 气路一侧，而过滤器6放置在另外一侧。除此之外，气泵3、气敏元件4 与样品室5可以相互调换位置。样品室5也可以放在过滤器6的一侧或甚 至一个连接部分或全部部件的细长管路，包括接管。样品室的位置变动会 反映到气敏元件输出信号的时间曲线上。图1提供的传感器开始的输出信 号主要是对被测气体样品的响应。如果将图1中气泵3与样品室5的位置 互换，则开始的输出信号首先是对原来存放在样品室5中气体的响应，其 后才是对被测的气体样品的响应。样品室的位置的选择将视具体的应用要 求而定。优选为样品室在传感器上游。
本发明描述的气泵3主要是传感器气体检测仪通常采用的气体采样 泵。使用时除了满足供货商要求的安装条件、例如在进气口采用进气过滤 器除去灰尘等影响气泵输送性能的有害物质外，还必须考虑该传感器结构 对气泵流量大小与稳流的要求。这种要求主要体现在气流通过样品室压降 以及当两次检测切换时可能引起的气流状态的脉动。按本发明，其它气体 输送方式、例如微型电扇或风机、微型电机通过齿轮或轮盘驱动的活塞充 气(抽气)装置也可代替微型气泵使用。
本发明描述的气体阀门2与7可以是手动、气动、电磁与机械调节的
方向与流量或压力的控制阀。考虑到自动化程度，优选的是电磁阀。图1
中两个二位三通电^f兹阀也可以用简单的开关式二通电》兹阀:f又代。例如，三
通阀门2可以用两个二通阀取代，分别安装在进口 1与气体过滤器6的一
侧，并分别处在常通和常闭的状态。从一次检测切换到二次检测时，这两
个阀门同时通电动作，分别切换到闭和通的状态。类似的三通阀门7也可 以用两个二通阀、甚至一个安装在出口 8处的常通型二通阀取代。 一次测 量时，由于过滤器6—侧的气路被关闭，气体仍然只能通过该阀门从出口 8放空。二次测量时，该电石兹阀被通电关闭。此外， 一个三通阀也可以被 一个二通阀与 一个或两个单向阀取代。
本发明描述的传感器中除气体过滤器外，其余所有部件的材质对被测 气体都是惰性的，不产生对被测气体有任何增浓或稀释的作用。而过滤器 6则是由对被测气体能够通过吸附或反应去处气体样品中被测气体的吸附 剂与催化剂构成，具体的选用将根据具体的应用而定，去除的效率也可以 通过多次循环而提高。如果选择的气敏元件消耗被测气体，该气体过滤器 甚至可以省去，由该气敏元件通过本发明描述的循环测量的方式有效的去 除被测气体。 .
本发明描述的高灵敏度与高选择性传感器对其中的气敏元件、气泵、 样品室、控制阀等均提供了较为灵活与广泛的选择和设计空间，既能满足 不同的应用要求、又便于具体实施。而以往的发明则仅是提出一个特定的 气敏元件或传感器高灵敏度或高选择性的检测一 中或两种特定的气体。下 面的应用实施例将进一步体现本发明应用面广并且便于具体实施的优势。
应用实施例一
本例用来说明本发明如何检测呼气中ppb范围内的一氧化氮浓度。呼
病。欧美国家还制定了标准鼓励和推荐这种无浸入性诊断技术，对检测精 度与下限的要求不得高于5 ppb。
本例选用的是一 氧化氮电化学气敏元件。该气敏元件目前广泛用于工 业安全与环境的气体检测。由于空气或呼气中许多气体、例如C0、 C02、 N02、
氧气等可以产生10到100ppb范围内的响应贡献，该气敏元件的检测下限 与精度在0.1-1 ppm左右。但在实验室内采用无任何干扰气体的配气、并 严格控制配气温度(22度)与湿度(70%)以及气敏元件的温度(22度)， 该气敏元件的检测下限与精度可以达到5 -10 ppb。
本实施例测试装置参见图1。过滤器6采用的是高锰酸钾等多孔填料 压制而成，可以过滤一氧化氮到低于5 ppb的浓度。气泵3采用的是市场 上供应的GrainiP型号的国产微型气泵，18克重，最大尺寸为20毫米。控 制阀是2与7是市场上供应的常通式微型两位三通电磁阀。样品室5采用 内径为6毫米、长度为70厘米的聚四氟乙烯管，容量为20毫升。各部件 的连接均使用聚四氟乙烯接口与接管。
本实施例利用按图1形成的传感器测试装置进行了两组实验。 一组是 利用实验室已知浓度的配气进行。另一组是对志愿者进行呼气检测。呼气 样品按照欧美2005年标准推荐的呼气一氧化氮检测程序中的气袋取样获 得。采用的是市场上供应的有进、出口阀门控制的500毫升的聚四氟乙烯 取样袋。作为对比，还使用了被称为一氧化氮分析金标的化学发光光谱仪 (美国通用电气仪器，型号NOA280i )进行了测试。所有检测在室内条件 进行。本发明测试装置的气体流量为3毫升/秒，全部检测时间为2分钟。 图2分别给出了两组结果 一组是两种测试方法对已知浓度的一氧化氮(氮 气作为载气)的检测对比(上图)，另一组是分别对三个呼气样品的检测 结果(下图，分别为左右两組三条响应曲线)。第一组试验表明在0到300 卯b的浓度范围内，本发明的测试装置与化学发光方法均与已知的配气浓 度基本吻合，两种方法平均值的误差不超过1 ppb,在化学法光光谱仪的 分辨率与精度之内。本发明的测试装置可以达到的检测下限与精度为2-3 ppb，接近化学发光方法的数值。比较图2下图中分别对三个呼气样品的检 测结果可以看出，本发明的传感器测试装置显示了较高的噪音(脉动)。 其原因是测量电路电子信号与气路气流状态可能存在的波动的影响。
此外顺便提及根据欧美推荐标准本.应用实例图2表示的诊断意义。图 2中志愿者1的呼气浓度14 ppb冊，表明无气道炎症问题；志愿者2的 呼气浓度为23 ppb N()，表明可能有轻微的气道炎症或者呈现呼吸病的早
期症状；志愿者3的呼气浓度为44 ppb N0，表明气道炎症导致的支气管 嗜喘(25-50 ppb之间)。继续升高的呼气一氧化氮浓度预示着更严重的 呼吸病。
应用实施例二
本例用来说明本发明如何检测空气中ppb量级的甲醛浓度。环境法规 要求的最高浓度不得高于80 ppb，实行检测分析的精度至少10 ppb。目前 该项环境检测存在的问题是标准的化学分光光度仪与气相色谱仪能满足 分析要求，但难以携带到现场使用；而可以携带到现场的传感器检测仪不 能满足分析要求，只能用于环境污染定性的报警安全监控。
本例选用的是曱醛电化学气敏元件。如同应用实施例一中的一氧化氮 气敏元件 一 样，该气敏元件在严格控制的实验室配气与检测环境下的检测 下限可以达到10ppb。但对于通常的室内外空气环境进行实地检测，可靠 稳定的浓度检测范围则在iOG ppb以上。目前所有甲醛电化学气敏元件的 另一个显著问题是灵敏度的快速衰减及湿度，温度与干扰气体对气敏元件 响应信号的影响不可忽略。该实施例表明本发明不仅能够提高检测的灵敏 度与选择性，而且还能够提高检测的稳定性与可靠性。
本实施例测试装置参见图1。本应用实例中仍然采用应用实例一中的 气泵、样品室、控制阀与接管设置。选用的甲醛过滤器为亚硫酸氩钠与碱 石灰混合物构成的多孔材料构成，能够将甲醛过滤到低于10 ppb的浓度。 甲醛配气按照国家标准《公共场所空气中甲醛测定方法》 (GB/T18204. 26-2000 )的方法进行。同时采用该标准描述的气相色镨仪 (Agilent7890)方法进行分析。图3的测试数据以气相色谱分析值作为 浓度标准(图中横坐标)，比较了本发明测试装置在0-1000ppb甲醛浓度 范围的测试性能。可以看出本发明的测试装置基本上接近或达到气相色谱 的分析性能，在试验室条件下能够达到的检测下限与分辨率基本上为10
目前曱醛电化学检测仪的 一 个突出问题是快速的零点和灵敏度漂移。 本发明的测试装置在这方面的优势更为突出。例如，对同一浓度样品进行
连续7天、每天同一时间检测一次，而本发明装置的响应信号累计变化小
于3%。随着使用次数的增加，传统的气体检测仪中电化学气敏元件电极活
性下降结合湿度以及干扰气体的影响，造成了零点和灵敏度漂移，需要频 繁及时的标定。但由于本发明传感器对每次检测都有效的消除了这些影响， 因此仍然能够保持较高的灵敏度并且不再需要零点校正。
应用实施例三
本例用来说明本发明如何检测环境空气中ppb范围内的苯蒸汽的浓 度。环境法规要求的最高浓度不得高于90 ppb,实行检测分析的下限与精 度为10卯b。目前仅气相色谱等实验室分析仪器能满足分析要求。几乎所 有的传感器检测仪由于较差的灵敏度或选择性而尚未用于该项环境检测。
本实施例选用的是发明者自己制备的单壁碳纳米管半导体气敏元件， 由钯铱金属修饰的碳纳米管分散在铂金电极上构成。在室温下，该气敏元 件对氮气中笨的检测的线性范围为100 - 5000ppb。 进一步的实验评价表 明，空气中湿度、氧气与氧化氮浓度的变化对该气敏元件的影响是显著的， 可以造成10 - 100 ppb量级以及更大的干扰，湿度的影响还使零点或基线 严重漂移。碳纳米管半导体气敏元件的低选择性、尤其是对湿度的敏感效 应是许多文献公开报道的显著问题，也是它们目前还处在试验室开发阶段 的主要原因。本实施例表明对该问题的 一 个解决方案。
本实施例测试装置参见图1。本应用实例中仍然采用应用实例一中的 气泵、控制阀与接管设置。相比于电化学气敏元件，碳纳米管半导体气敏 元件的响应时间与恢复时间均比较长，分别接近30与60秒。过滤器填料 为用来吸附苯系有机物的TENAX气相色谱柱填料，为2, 6-二苯基对笨醚 多孔聚合物担体。在室内环境检测标准中，规定使用TENAX吸附管采集 空气中苯系有机物蒸汽，然后带回试验室加热脱附后由气相色语仪确定苯 系有机物含量。
苯蒸汽的配气按照按照国家标准《空气质量曱苯、二曱苯、苯乙烯 的测定气相色谱法》(GB14677 )进行。同时，并采用该标准描述的气相 色谱仪(Agilent7890 )方法进行分析。图4的测试数据以气相色谱分析
值作为浓度标准(图中横坐标)，比较了本发明测试装置在0-1000ppb笨
浓度范围的测试性能。可以看出本发明的测试装置基本上接近或达到气相 色谱的分析性能，在试验室条件下能够达到的检测下限与分辨率基本上为
10 ppb。本发明测试装置与气相色谱仪的平均误差(5ppb左右)基本上在 色谱仪本身的精度范围之内。
应用实施例四
本例用来说明本发明如何检测呼气中ppb范围内的丙酮的浓度。呼气 中丙酮作为一种糖尿病的标志物而一直引起关注，其浓度高低表明了患病 的程度，通常糖尿病患者呼气中丙酮的浓度高于1 ppm或1000 ppb,而用 来糖尿病早期诊断需要检测的浓度必须远远小于这个数值，例如达到100
ppb的检测下限与100 ppb的检测精度。此外，丙酮和苯等有机蒸汽也是
为480 ppb。而这样的要求通常只有试验室分析仪器才能满足。 一些包括 氧化物半导体与光离子化气敏元件可以检测到低浓度的丙酮，但它们的选 择性极差，测量的信号包含来自于类似结构或性质的气体几乎量级相同的 贡献，因此根本不能用于选择性与可靠性要求非常严格的气体尤其是呼气 检测。本应用实施例表明了一个解决方案。
本实施例选用的单壁碳纳米管半导体气敏元件与实施例三描述的基本 相同。但是用来修饰碳纳米管的钯铱合金与气敏元件的老化热处理过程有 所不同，目的是对丙酮获得更高的选择性。该气敏元件在丙酮浓度0 - 5 ppm(即5000 ppb)范围内的电压或电流输出基本是线性的，湿度与干扰 气体的贡献也是显著的，湿度的变化引起检测零点或基线的显著漂移。
本实施例的实施也基本与实施例三相同。除了采用试验室配气方法外， 还检测了发明者吸入含有丙酮空气后的呼气样品。检测按照中国卫生部行 业标准《呼出气中丙酮的气相色谱测定方法》(标准号WS/T175 1999 ) 规定的取样与分析方法进行。对不采用取样袋的直接的呼气检测，本实施 例在进气口处设置了过滤呼气中微生物细菌和微粒的过滤器以及适当降低 呼气中饱和湿度、对水分子吸附的3A活性炭构成的过滤器。检测的结果表
明在图5中。可以看出，在试验检测0-5 ppm的浓度范围内，气相色谱和 本发明的传感器检测装置对丙酮蒸汽的浓度检测结果是一致的。两者之间 的平均差异位于气相色谱仪本身具有的精度范围之内。本实施例的传感器 测试装置的检测下限可以达到200 ppb或0.2 ppm。顺便提及的是图5中 志愿者呼气的浓度均在lppm之下，表明无糖尿病问题。
通过上面详细描述的具体实施方案与.实施应用例，可以清楚的看出本 发明提供的许多优点。根据本发明，目前现有的气敏元件、气体传感器与 气体检测仪可以极大程度的提高灵敏度与选择性，接近、甚至超过包括气 相色谱在内的试验室分析仪器的检测性能，并且保持了其本身具有的携带 方便、操作简单的应用特点。而这种显著、甚至本质上的改进不仅能够满 足工业环境安全对气体传感器不断提高的检测应用要求外，还可以使气体
传感器进入例如上面实施应用例描述的生活环境安全与健康检测的应用领 域。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟 悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例进 行种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应 该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.一种高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于，包括进气口，气体样品由此进入传感器；气泵，该气泵用来输送所述气体样品；气敏元件，该气敏元件对所述气体样品检测，检测信号主要包括被测气体的贡献；过滤器，该过滤器除去所述气体样品中的被测气体；样品室用于存储部分所述气体样品；控制阀，控制所述气体样品的气流方向与压力等流动状态；出气口，所述气体样品由此离开传感器。
2. 如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于， 所述气泵、气敏元件、样品室、过滤器和控制阀在进气口与出气口之间形成循环气路，对同一气体样品在相同的温度、湿度、压力、气流等条件下进行两次测量一次测量气敏元件对含有被测气体的气体样品的测量； 二次测量气敏元件对除去被测气体的气体样品的测量； 对被测气体的检测结果是两次测量的差值。
3. 如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于， 所述进气口为气体样品进入传感器的管路、包括进气过滤器，用来除去对传感器中气泵、控制阀、样品室、过滤器、气敏元件等有损坏或影响 性能的有害物质。气体样品包括环境气体、呼吸气体、工业或机动车辆排 放气体、工业处理以及加工气体等，其中的有害物质包括气体微细颗粒、 病毒细菌、腐蚀性气体以及冷凝水等。
4. 如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于，泵为流量或压力恒定或稳定的装置，该装置的材质是惰性的，对被测气体 无任何吸附与反应。
5. 如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于，所述气敏元件为电化学、半导体、催化燃烧、光学、热导等气体检测 元件，主要对被测气体响应，但检测的信号可能包括环境或气体样品温度、湿度、压力、气流以及干扰气体的次要贡献；优选的气敏元件为电信号输 出的电化学与半导体气敏元件。
6. 如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于， 所述过滤器用来去除被测气体，去除的效率保证其残余量不足以引起气敏元件可检测的信号；也允许去除其它对气敏元件'无信号贡献的气体； 优选的过滤器由固态或液态的吸附剂或催化剂构成；如果被测气体在气敏 元件中通过反应或吸附所消耗，所述过滤器可以省去。
7.如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于， 所述样品室用来存储所述部分气体样品，其内部与气体样品接触的材 料对被测气体无任何化学或物理作用，包括各类化学反应和吸附过程；其 结构优选为能够避免气体沿流动方向混合的活塞流装置，包括细长管道、 设有挡板的流动装置、列管流动装置或者所述传感器内部的所有气体空间。
8.如权利要求1所述的高灵敏度与高选择性气体传感器，其特征在于， 所述控制阀用来控制气流方向，包括各种类型的气体阀，优选的是可以自动控制的微型电磁阀，包括单向阀、二通阀、三通阀、四通阀与它们之间等效的组合。
全文摘要
本发明揭示了一种高灵敏度与高选择性气体传感器。该传感器包括气泵、气敏元件、样品室、过滤器、控制阀与进、出气口。气体样品首先通过进气口经气泵送至气敏元件进行一次测量，测量值包括被测气体与干扰因素的贡献。干扰因素包括环境以及气体样品温度、湿度、压力、气流以及干扰气体等。经过一次测量的气体经过滤器除去被测气体后回到相同的气敏元件进行二次测量，测量值包括了除被测气体以外其它干扰因素的贡献。两次测量的差值作为对被测气体的检测结果，仅保留了被测气体的贡献，消除了干扰气体、气流、温度、湿度与压力等因素的影响，因此实现了高灵敏度与高选择性的检测。
文档编号G01N1/34GK101368921SQ200810196520
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者沈立军, 杰 韩 申请人:无锡尚沃生物科技有限公司