用于气体传感器的绝热陶瓷基板的制作方法

专利名称：用于气体传感器的绝热陶瓷基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体传感器。更具体地，本发明涉及这样的传感器，其装入了具有低热 导率的陶瓷基板。
背景技术：
加热催化珠的抗毒催化燃烧式传感器(pellistor)类型的设备已经在各种类型 的可燃气体检测器内被用作传感器元件。这样的设备通过测量由气体燃烧产生的热量而进 行操作。某些气体可以在设备的外部区域内快速燃烧。其它的气体则可以在设备内部更加 均匀地燃烧。无论是哪种情况，由这样的燃烧产生的热量都能够被感知和测量。
—种已知形式的抗毒催化燃烧式传感器包含绕线式加热器。这样的传感器能够被 加工成相对较小的尺寸并表现出相对较低的功耗。但是，所涉及的成本和工作量都很大并 将随着尺寸的减小而增加。另一种形式的抗毒催化燃烧式传感器已经在2002年5月28日 授权的、发明名称为"抗毒催化燃烧式传感器"的美国专利6，395，230B1中公开。'230专 利已被转让给本申请的受让人并通过引用被并入本文。 已经有多种方法被用于尝试降低抗毒催化燃烧式传感器的功耗和/或加工成本。 一个例子是使用能够被制成为具有小加热面积并因此功耗较低的硅微机械"加热板"。这些 设备具有很多缺点。硅微机械设备的研发/再设计成本很高。在所需的升高了的操作温度 下(例如550摄氏度)并且特别是在加工抗毒催化燃烧式传感器期间所需的更加高得多的 温度下，加热基板的长期稳定性很差。基板不够坚固，使得难于设置感应材料。还存在材料 不兼容的问题_例如通常在抗毒催化燃烧式传感器中使用的陶瓷材料(氧化铝/氧化锆) 具有与基板材料例如硅或氮化硅明显不同的热膨胀系数，这可能会导致粘附不良和/或在 热循环下破裂。 —种用于微加热板的替代硅的材料是碳化硅，其具有比硅好得多的热稳定性，但 是可能难于蚀刻。碳化硅的另一个主要缺点是其高热导率，导致与硅/氮化硅相比增大了 加热板接线柱下方的热损失，对于相同类型的结构引起更高功耗。 通常被用于加热金属氧化物式气体传感器的基板材料是氧化铝(A1203)。氧化铝 具有的优点在于它是比硅更加耐火的材料，并且成本低也易于获得。氧化铝也是用于丝网 印刷的常用基板，并且可丝网印刷的涂镀金属商用成品以及与氧化铝相容的其他材料都很 容易获得。与硅和碳化硅不同，由于氧化铝需要被机械加工而不是光蚀刻加工，因此氧化铝 难于以生产微加热板所需的小比例进行微机械加工。所以氧化铝通常以几毫米尺寸的芯片 形式被使用，并且通常被使用金属导线或引线框连接至合适的管座。 氧化铝具有高热导率-这就导致无论加热器的尺寸如何，设备上的温度都相当均匀。因此这种设备的功耗很高，并且与常规绕线式的抗毒催化燃烧式传感器设备相比功耗 是无法接受地过高。另一个不利的结果是连接至传感设备的悬置导线或引线框的末端均处 于高温下，这就限制了能够被用于制造所述导线或引线框的材料范围，并且还会导致导线 内或导线和基板之间的触点内的热相关故障模式的增加。除了具有高热导率以外，氧化铝 基板通常需要相对较厚，例如250微米或更厚，目的是为了足够坚固。这样就导致更多的侧 面热损失并因此导致更高的功耗。已经研发出多种方法用于允许在氧化铝基板上制造绝热 的加热结构。例如绝热的玻璃层能够被印刷在氧化铝基板以及加热器+检测层之间。这种 方法有其缺点。由于玻璃层相对较薄并且覆盖了相对较大的面积，因此热损失仍然明显。玻 璃层可能比下层氧化铝基板的热稳定性更差并且可能具有不同的热膨胀系数。加热器/电 极/检测材料与玻璃层的粘附可能比氧化铝更差。成形方法例如光蚀刻法或激光微调法可 能会由于附加层的存在而被复杂化。 希望针对这样的气体传感器进一步降低功耗。优选地能够避免已知的绕线加热型 抗毒催化燃烧式传感器方面的费用。还希望最小化传感器的中毒。 如上所述，现有的商用催化珠式可燃气体传感器(抗毒催化燃烧式传感器)经常 是通过巻出细铂线的线圈并在其上方设置相对较厚(几百微米到几毫米)的多孔催化剂/ 陶瓷材料而制成。较大的设备与较小的设备相比通常具有更好的抗毒性，这可能是由于中 毒会从外向内地逐步破坏传感器的活性。还有可能中毒只在薄膜内以均匀速率产生但是目 标气体所具有的浓度分布的陡度会随着传感器的催化活性因中毒下降而下降。在此情况 下，较大的催化珠将由于目标气体能够在被燃烧之前进一步渗入传感器内而表现出更好的 抗毒性。无论是什么样的机构，公知的是较大直径的催化珠通常具有更好的抗毒性，不过要
承担更大的功耗。
附图简要说明

图1是实施本发明的传感器的顶部俯视图；图2是图1中传感器的侧面正视图；图3是图1中某区域的放大视图；图4是现有技术中传感器的侧视图；图5是实施本发明的另一传感器的侧面正视图；图6是实施本发明的另一传感器的侧面正视图；图7A，7B结合在一起示出了根据本发明的又一传感器；图8示出了实施本发明的又一传感器；图9A和9B示出了本发明的又一种变形；图10示出了催化剂材料的蛇管通道；图11和IIA示出了本发明的多加热器实施例；图12示出了可以在图11，11A的传感器内使用的多加热器类型的俯视13是浓度和相对于不同加热器的气体入口的示意性曲线图；禾口图14是传感器中毒的示意图。
具体实施例方式
尽管本发明的实施例可以采取多种不同形式，但是仍在附图中示出了本发明的具体实施例并将在本文中进行详细说明，应该理解本公开应被认为是本发明原理的示范性说
明和实践本发明的最佳方式，而不是为了将本发明限制为图示的具体实施例。 本发明的实施例表现为可以在催化式的"抗毒催化燃烧式传感器"设备、加热的半
导体金属氧化物传感器或使用常规的含有加热器的悬置陶瓷基板或微机械基板的任意其
他应用中使用的低成本、易于加工、低功耗、坚固耐用、可靠、可重复生产的平面加热式传感
器基板。在本发明的一种应用中，这样的基板具有低热导率但是与氧化铝类似的耐火性质。
因此并且有利地，这样的传感器可以使用常规的厚膜加工方法制成。 而在本发明的另一种应用中，小的加热检测区域可以被形成在相对较大的基板 上。基板上的侧面热损失被最小化，因此只有基板的局部区域变热。结果即可降低稳定状 态的功耗。 在本发明的另一种应用中，功耗的进一步降低可以通过间歇式加热实现。未加热 区域处于低温，为引线接合和组装提供更好的选择。在单决芯片上形成的独立加热区域使 得有可能构成多个气体检测元件，例如单块芯片上的抗毒催化燃烧式传感器的检测器和补 偿器元件。制造的成本和复杂性能够远低于绕线的抗毒催化燃烧式传感器。研发/生产准 备成本能够远低于硅微机械。热稳定性可以预见到将远好于硅微机械设备，并且由于更加 坚固耐用的基板因此也会好于常规的抗毒催化燃烧式传感器的热稳定性。本发明的实施例 并不局限于抗毒催化燃烧式传感器，而且也可以包括半导体金属氧化物气体检测设备、高 温固态电化学传感器、红外光源以及需要低功率低成本的局部热源的任意其他应用。
本发明的实施例可以加入氧化锆作为绝热基板的材料。优选地，可以使用能 够买至lj的并且由Marketech Ltd(Port Townsend， Washington, USA)生产的、商标名称
为'Ceraflex ' 的烧性形式的氧化锆(http://www.market.ech_ceramics.com/pages.
cereflex. html)。该材料具有的附加优点是与采用其他类型基板的情况相比，它能够被加 工得更薄。薄基板进一步降低了侧面热损失并因此降低了功耗。氧化锆还有一个优点是具 有与催化珠设备的催化剂层内经常使用的陶瓷材料相类似的热膨胀系数。更优选地，氧化 锆能够以部分稳定的形式被使用(包含3摩尔百分比的氧化钇)，因为这样给出了低热导率 和坚固性的最优组合。但是，对于高温电化学传感器，可能还希望将基板用作电解质-在此 情况下优选的是完全稳定的氧化锆(包含8摩尔百分比的氧化钇)。 可选的绝热基板材料也落在本发明的主旨和保护范围之内。例如铝硅酸盐或镁 硅酸盐，其具有与氧化锆类似的热导率，但是其热膨胀系数可能远低于氧化锆，这可能是一 个缺点。低热导率的可机械加工的玻璃陶瓷，例如由Corning Inc. ， New York, USA生产
的Macor⑧也可以被(http://www. corning, com/docs/specialtymaterials/pisheets.
Macor. pdf)认为是可行的基板材料。具有适当的低热导率的能够适合用常规的厚膜加工方 法被成形为基板的任何材料都有可能被使用。 根据本发明的示范性设备可以例如被实施为10X10mm的芯片格式。蛇管加热器 可以被设置在基板上占据0. 5X0. 5， IX 1和2X2mm的面积。这些设备尺寸不是对本发 明的限制。其他的实施例可以更小-其中加热器尺寸可以减小至每侧几百微米。该设备 可以通过常规的厚膜丝网印刷使用例如DEK1760打印机进行加工。可以使用铂加热器涂 料例如能够买到的并且由Agmet/Electroscience Ltd. (Reading, Berkshire, UK)提供的
ESL5545(http://www. electroscience. com/pdf/5545. pdf)。
6
其他的包括有机金属型的厚膜涂料也可能是适合的，并且加热器也可以通过像在 硅微机械型的设备当中使用的其他方法例如喷射、弹射加工方法等进行设置。利用印刷厚 膜的涂料来生产尺寸足够小的加热器以获得与现有的绕线式的抗毒催化燃烧式传感器相 当或者更好的功耗，后者很可能需要通过激光微调、光蚀刻或其他方法对打印层进行后处理。 而且，根据本发明，基板的形状可以被优化以进一步降低功耗。基板可以被轻易地 加工出孔或槽。这些实施例能够提供热传导的进一步降低并因此提供功耗的进一步降低。
在本发明的其他实施例中，加热器的形状可以被设计为在重要的区域上产生相对 均匀的温度。可选地，更加导热的材料(例如基于氧化铝的绝缘层或金属层)可以被设置 在需要保持温度均匀的区域上。材料可以被设置在加热器和基板之间、加热器上方或基板 的相对侧或者基板的两侧。 本发明的实施例表现出相对较低的功率要求，而在本发明的另一种应用中，可以 在同一的基板上形成多个独立的加热区域。这种结构在实施催化式的"抗毒催化燃烧式传 感器"设备时是可取和有用的。这样的设备经常使用匹配的检测器和补偿器，两者都可以在 根据本发明的公共基板上成形。独立的加热区域可以被成形用于实现传感器阵列，每一个 传感器都在不同的温度下操作，或者用于需要在单种检测材料上有受控温度梯度的场合。
配备了本发明中的加热器的传感器由于氧化锆的低热导率的结果而表现出相对 较低的热损失，并因此表现出较低的功耗。另外，使用尽可能薄的基板，具有或者不具有热 量流动限制开口或穿孔，也都可以被预见到能够最小化热损失。这样的基板可以被粘附至 下方的支架。可选地，它们可以通过多条连接线被悬置。 对于加热器温度需要被精确控制和/或测量的应用，优选地使用铂作为加热器材 料，因为它能够兼作为铂电阻温度计。加热器管道优选地是某种形式的蛇管样式，因为简单 的实心块将具有过低的热阻而无法准确地测量/控制。加热器的热阻与通向加热器的连接 线路的热阻相比是高的，这也是优选的，以使加热效果集中在加热器内。激光微调可以被用 于通过实心的印刷块生产蛇管加热器轨道。这样的过程也可以被主动进行，目的是为了将 加热器的热阻调整为期望值。可选地，加热器可以被直接设置在基板上，被丝网印刷或者通 过光蚀刻法成形。 对于气体检测应用，通常要加入气体检测材料，并且对于某些类型的传感器，除了 加热器之外还要加入测量电极。这些也可以通过丝网印刷或任意上述的技术或任意其他已 知的用于设置检测材料的技术被设置和/或成形。材料可以被设置在基板的与加热器相同 或相对的表面上，或者两个表面上都设置。对于催化式的"抗毒催化燃烧式传感器"类型的 设备，其好处在于直接在加热器上设置催化材料，可能具有薄的分离阻挡层，特别是如果基 板具有低热导率的话，原因在于与如果加热器在基板的相对面上的情况相比，由催化剂产 生的热量将更加容易被加热器检测到。可以与常规的绕线式的抗毒催化燃烧式传感器进行 比较，其中加热器也是与催化剂密切的热接触。 在本发明的另一种应用中，如果平面的催化剂层被设计为使得气体仅从平面层的 末端或边缘进入而不是从顶部进入，那么中毒就必须通过较长的距离进行下去以破坏给定 量的催化剂的活性和/或存在更长的可用长度以容纳目标气体的浓度梯度。因此得到的传 感器可以比简单的平面设备更加抗中毒，并且能够有可能被制成为比常规的类似尺寸的珠式设备更加抗毒_因为它可能会生成比类似外部尺寸的球形珠的半径更大长度的蛇形通 道。封装催化材料的附加的好处可能是改善了机械弹性。 在本发明的另一种应用中，所述层可以被不透气的涂层覆盖，由此气体通过涂层 的部分或全部周边具有入口 ，在此情况下，设备的有效"半径"即为涂层的半径。可选地，材 料可以被设置为长的蛇形通道的形式。 在一个不同的实施例中，整个气体检测催化层除了中心处的入口或孔以外都可以 被封装。有利地，对于本实施例，反向的径向形状导致随着中毒的发展，仍然可以有用于气 体燃烧的较大的可用面积。这种设计能够被用于补偿与灵敏度随着中毒的程度而降低有关 的任何残余时间。另一个实施例可以包括相对较长的直的或蛇形通道，其截面积随着从气 体入口到通道的距离的增加而增加。厚膜丝网印刷能够被用于设置上述的催化材料和不透 气涂层。 厚膜丝网印刷技术非常适合用于实施上述的各种实施例。厚膜加工方法最好结合 陶瓷基板一起使用，特别是当设备需要在升高的和/或循环的温度下操作时。本发明的实 施例可以如上所述的低热导率的陶瓷基板相结合。将具有较低热导率的基板与长通道类型 的设计相结合的附加好处在于能够沿基板横向地产生受控的温度梯度。 在本发明其他的实施例中，多个加热器可以被沿着具有低热导率的基板上的通道 长度形成。在这样的实施例中，由每一个加热器附近区域内的气体反应产生的热量而产生 的温度能够被独立测量。有利地，不同的气体可以被加以区分。如下所述，中毒的效果也可 以是可检测的。 而且，在包括足够长的通道以及多个间隔开的加热器的实施例中，能够产生与由 包含暴露于气体中的补偿器元件的设备产生的效果相类似的效果。在这些实施例中，通道 的长度使得在气体与位于沿通道距离气体输入或进入端口设置最远的一个或多个加热器 相关联的催化材料形成接触之前，周围的气体就已发生了完全燃烧。这样一来，在该催化 材料/加热器的组合处就没有对于气体的响应，不过该组合能够被用于响应其他的环境条 件。 图1至3示出了表示本发明第一种应用的催化式的气体传感器"抗毒催化燃烧式 传感器"的一种可行的实施方式。基板12是绝热的。加热器16被限制在基板12的一个小 区域18内，以使加热只在局部进行。连接线路14和连接粘合片15是用于电连接至加热器 16所必需的。连接线路14的设计和/或材料使得热量主要在加热器16内产生而不是在连 接线路14内产生。在基板的"冷"端12a连接至连接片15的电连接可以通过合适的接线 方法例如焊接或软焊，或通过连接到"边缘连接器"类型的插座内，或通过任意其他的方式 实现。基板可以可选地例如通过管芯连接或粘合剂被机械连接在连接片区域内的"冷"端 12a。可选地，设备可以通过接线悬置。对于抗毒催化燃烧式传感器类型的传感器，催化剂 20可以被设置在基板到加热区域18的相对表面上或两个表面上或者靠近其设置。对于其 他类型的传感器例如半导体金属氧化物传感器或高温电化学传感器，可能需要的附加部分 例如电极和附加的连接线路和连接片未在此示出。图3示出了图1中的区域18的放大视 图，示出了一种可行的蛇管加热器轨道16的布局。区域18除加热器外还可以包含独立的 温度测量元件或者加热器自身即可用作温度测量元件。 图4是现有技术中的平面类型的催化式气体传感器30的示意图，其中催化材料32的相对薄(例如100微米或更薄)的A-B层被设置在具有整体加热器的基板34上。合适 的基板包括硅微机械/碳化硅或陶瓷。图4中的实施例如果对于相对较薄的层32有直接 的气体入口则可能会遇到催化剂中毒的问题。 图5示出了本发明的一种实施方式。在传感器40中，不透气层42被设置在加热 基板46上设置的多孔催化材料44上方。 不透气层42可以是例如在厚膜技术中使用的常规绝缘或玻璃材料。由于气体入 口现在是通过催化材料的暴露边缘形成的，因此A-B的尺寸现在被沿基板46以水平尺寸定 向而不是像图4中的情况那样以垂直尺寸定向。该水平尺寸可以被利用例如标准厚膜加工 技术而制成为比垂直尺寸长得多。如果催化材料44被设置为圆形、圆柱形的样式，那么气 体就可以绕其周围进入。 图6示出了本发明的另一种可行的实施方式，其中在传感器40-l中，尺寸A-B大 约为图5中的两倍，原因在于由于层42-1的隔断形状气体入口只在催化层44的一端存在。 如果催化层是狭长通道的形式，那么尺寸A-B就比图5中传感器的情况更长。在图5和图 6的结构之间还存在多种可行的实施方式-例如绕周边具有多个入口位置。所有这样的变 形都落在本发明的实质和保护范围之内。 图7A，7B示出了本发明又一实施例的侧视图和俯视图。这里，气体入口位于设备 50的中心52处而不在周边。不透气的环形层54限定端口52。设备50被设置在加热基板 58上。图7A，7B中的端口结构在可用于气体反应的截面积随着气体进一步扩散到设备的催 化层56内而增大，而不是像常规的珠式抗毒催化燃烧式传感器的情况那样减小这方面可 能是有利的。更多的在抗中毒、温度/压力相关和可重复性方面的好处可以通过将本实施 例或其他实施例中的入口或开口 52制作得足够小以用作限制扩散的毛细孔而获得。
图8示出了图7A，7B中所示结构的变形，由此可用于气体反应的截面积随着气体 进一步扩散到设备内而增大。在图8的传感器60中，催化层62从最窄的入口区域62向较 宽的内部区域呈锥形。不透气层64通常重复该锥形的几何形状。传感器60如上所述被设 置在加热基板68上。这样的实施例可以允许通过最大化曲线的平坦区域而进一步优化中 毒曲线。 图9A，9B示出了两个不同的实施例70，70-1，其包括保护层78,78-1。在图9A中， 保护材料78被有效地添加作为催化剂通道76的延伸。层74是不透气层。传感器70,70-1 被携带在加热基板70a上。 在图9B中，保护层78-1应该具有大的外表面面积以最小化堵塞的风险，由例如暴 露给灰尘或短时间高浓度的有机硅烷造成的堵塞可能会物理地堵塞气体入口而不是以常 规方式使反应活性部位"中毒"。可选地，这样的施加保护层的方法也可以与本文中示出的 任意其他的实施例一起使用。保护层甚至可以完全覆盖设备。加热区域18-1可以与图3 中的加热区域18和加热器16相比较。 在图9A中，催化式的"抗毒催化燃烧式传感器"的材料76被设置在基板70a上。 催化材料76的气体入口被不透气材料74限制。在该实施方式中只需要单个的加热区域 18-1。 可选的保护性不透气材料78可以被包括在内以保护催化材料76免于中毒或污染 或者用于以与常规的珠状抗毒催化燃烧式传感器上使用的保护层类似的方式去除干扰气
9体。保护材料78也可以可选地像图9B中那样部分地覆盖不透气材料74。
图10示出了例如图6， 8或9A， 9B中所示的催化材料的狭长气体扩散通道86如何 被成形为具有大于传感器基板88的物理尺寸的特征长度A-B，原因在于特征长度A-B是蛇 形通道的长度而不是简单的线性尺寸。通道86被不透气层84覆盖并且被携带在加热基板 88上。 本发明的一个可行的实施例被示出在图11中。催化式的"抗毒催化燃烧式传感 器"材料的长通道被封装为使得气体入口仅来自于一端，如上所述，参见图6。设备还是如 上所述被加工在具有低热导率的基板46上。多个加热器16a， 16b，. . . ， 16d被沿通道44的 长度设置，如图12中的顶视图所示。多个加热器16a， 16b，. . . ， 16d的元件可以被独立地监 测/控制并优选地被保持在已知温度下同时测量其各自的功耗。催化材料的通道并不必须 为直线而可以是图5至10中介绍的任意结构形式。 图11，11A示出了从基板46的低热导率性质中可以获得哪些优点。多个加热器 16a， 16b， . . . ， 16d使得能够借助催化材料44沿其长度独立地测量通过气体反应产生的热 量，并且还可以可选地被用于沿该材料的长度改变温度。 上述实施例能够以多种方式被使用。图13示出了暴露给两种具有不同燃烧速率 的气体的预期效果。在图13的示例中，实线示出了更加活跃的气体，其主要在加热器H1的 区域内燃烧并给出响应。虚线示出了比较不活跃的气体，其比较难于燃烧，在加热器H2以 及H1上给出一些响应。 图13也可以代表单种目标气体的中毒效果，假定模型为中毒均匀地在通道内发 生但是引起的催化活性方面的损失造成气体的浓度梯度变得比较缓和。设备能够分辨由于 气体浓度的改变而响应的改变或由于气体响应的中毒而响应的改变之间的变化差异_中 毒导致气体达到相对较高的馏分并在内部加热器上反应。 图14示出了在单种目标气体上中毒的预期效果，假定另一模型为中毒从通道的 外端向内发生，但是并不是必须存在目标气体明显的浓度梯度。这里，气体灵敏度在外部区 域中倾向于丢失-用阴影区域表示假定为中毒。气体灵敏度在尚未中毒的内部区域仍然可 以观察到(假定中毒不会物理地阻塞到内部区域的气体入口-这在实际条件下未必成立)。 同样，设备能够从气体浓度的改变中辨别中毒。在实践中，实际的传感器性能可以是图13 和图14所示的两种极端情况之间的某种程度，但是设备将仍然能够借助适当的信号处理 从气体响应中辨别中毒。 由于能够使用该方法测量中毒的程度，因此就能够例如向信号施加校正以补偿因 中毒造成的信号损失和/或提供将要发生故障的早期报警_这样具有的优点是在连续冲击 试验期间，可以实际地测量中毒程度而不是再简单地检查气体响应是否超过某数值。这种 测量不需要准确的气体浓度而只是简单地需要存在正确的目标气体。有效地，可以辨别由 于低气体浓度的低响应和由于中毒的低响应之间的差异。 在本发明的另一种应用中，加热器能够被设置得距离通道的气体入口端足够远以 使可燃气体无法到达。该加热区域能够因此起到类似于常规补偿器的作用。
在实践中可以通过沿长度设置多个加热器以沿单条通道产生中毒检测、气体辨识 和/或补偿-例如图13中的加热器H3即可是"补偿器"区域而组合上述效果。还可以有 利地将设备的不同区域设置为不同的温度，调节不同气体的燃烧动力学。在气体测量期间改变一个或多个温度即可基于不同的浓度曲线生成更多信息，因为不同的Arrhenius温度与不同气体的燃烧速率有关，进一步增强了选择性和气体辨识度。瞬变温度的改变能够被用于辨识燃烧和扩散速率。 本发明并不局限于抗毒催化燃烧式传感器而是可以结合其他类型的传感器使用。所有这样的变形都落在本发明的实质和保护范围之内。 根据前述内容，可以看出多种变形和修改都可以是有效的而并不背离本发明的实质和保护范围。应该理解对于本文中示出的具体装置并不是为了限制也不应被认为是限制。当然，所有这样的修改都应该由所附的权利要求涵盖并落入权利要求的保护范围之内。
权利要求
一种设备，包括由具有热导率小于10Wm-1K-1的材料构成的陶瓷基板；和由所述基板支承的加热器。
2. 如权利要求1所述的设备，其中所述基板主要由氧化锆构成。
3. 如权利要求1所述的设备，其中所述基板是从包括氧化锆、铝硅酸盐、镁硅酸盐和可机械加工的玻璃陶瓷的组中选出的。
4. 如权利要求1所述的设备，其中所述基板包括局部稳定的氧化锆。
5. 如权利要求4所述的设备，其中所述基板包括小于4摩尔％的预定百分比的氧化钇。
6. 如权利要求2所述的设备，其中所述基板包括超过7摩尔％的百分比的氧化钇。
7. 如权利要求1所述的设备，其中所述基板支承有气体传感器。
8. 如权利要求7所述的设备，其中所述气体传感器被至少部分地设置为邻近所述加热器。
9. 如权利要求7所述的设备，其中所述气体传感器覆盖至少部分所述加热器。
10. 如权利要求7所述的设备，其中所述气体传感器是从包括催化可燃气体传感器、半 导体金属氧化物气体传感器和电化学气体传感器的组中选出的。
11. 如权利要求10所述的设备，其中所述基板起到电解质的作用。
12. 如权利要求7所述的设备，其中所述气体传感器是被支承在第二基板上或者是被 直接支承在所述基板上当中的一种情况，所述第二基板离开所述基板并由其支撑。
13. 如权利要求12所述的设备，其中所述加热器是被直接设置在所述基板上、丝网印 刷在所述基板上或通过光蚀刻法成形在所述基板上当中的一种情况。
14. 如权利要求13所述的设备，其中所述加热器表现为激光微调的蛇管形状。
15. —种气体传感器，包括 平面基板；由所述基板承载的催化剂，所述催化剂表现为预定的第一面积；禾口邻近所述催化剂形成的不透气层，所述层在所述催化剂上限定预定的气体流入区域， 其中所述流入区域具有小于所述第一面积的预定数值的第二面积。
16. 如权利要求15所述的传感器，其中所述层覆盖所述催化剂并限定环形气体流入区 域、形成为细长的催化剂边缘上的一块面积的气体流入区域或形成为催化剂的选定表面上 的一块面积的气体流入区域中的一种。
17. 如权利要求15所述的传感器，其中所述催化剂具有圆柱形截面或大致多边形截面 中的一种。
18. 如权利要求16所述的传感器，其中所述基板由相对低热导率的材料构成，其支承 有邻近所述催化剂的加热器。
19. 如权利要求18所述的传感器，其中所述基板由氧化锆构成。
20. 如权利要求16所述的传感器，其中至少一部分所述流入区域由选定的保护层覆圭
21. 如权利要求16所述的传感器，其中所述催化剂表现为细长的蛇管主体部分。
22. 如权利要求21所述的传感器，其中所述流入区域被限定为所述蛇管主体部分的末 端表面。
23. 如权利要求22所述的传感器，其中所述蛇管主体部分具有大于所述基板长度参数的预定长度。
24. —种气体检测器，包括具有热导率小于lOWm—1的基板；在所述基板上彼此间隔开的多个加热器；禾口至少部分地覆盖每一个所述加热器的催化材料。
25. 如权利要求24所述的检测器，其包括多个温度传感器， 一个温度传感器与各自的加热器相关联。
26. 如权利要求24所述的检测器，其包括覆盖至少一部分所述催化材料的不透气涂层。
27. 如权利要求26所述的检测器，其中所述不透气涂层在一部分所述催化材料上限定气体进入端口。
28. 如权利要求24所述的检测器，其中所述基板具有长度参数以使流入的气体在到达选定的一个加热器之前就已基本上完全燃烧。
29. 如权利要求24所述的检测器，其中所述基板具有预定的长度并且所述多个加热器的元件被沿着所述基板长度彼此间隔开，以使与相应的多个加热器相关的基板的多个加热面积不会彼此重叠。
30. 如权利要求29所述的检测器，其中至少一个加热面积生成指示非气体浓度状态的信号，而其他的加热面积生成各自的指示气体浓度的信号。
31. 如权利要求29所述的检测器，其中一个加热器产生第一局部温度而另一个加热器产生不同的局部温度，其中所述第一局部温度与至少一种第一可燃气体相关而所述不同的局部温度与至少一种不同的可燃气体相关。
全文摘要
一种气体传感器，包括具有低热导率的基板。可以利用由基板携带的蛇管加热器进行局部加热。基板的低热导率充分地限制了加热器的局部区域内产生的热量，由此降低了用于操作传感器所需的功率。多个检测元件可以被设置在邻近各自加热器的基板上并且可以因为由基板提供的绝热而相对地彼此靠近。在一个实施例中，传感器可以包括陶瓷基板、加热器、覆盖加热器的催化材料以及至少部分地覆盖催化材料的不透气层。
文档编号G01N27/16GK101784889SQ200880025076
公开日2010年7月21日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月18日
发明者F·E·普拉特基思 申请人:生命安全销售股份公司