具有多气体入口的电化学气体传感器的制作方法

本申请要求2016年9月16日提交的美国临时专利申请号62/395,499和2017年8月24日提交的美国专利申请号15/685,432的优先权，其公开内容通过引用的方式并入本文。

背景技术：

提供以下信息以帮助读者理解本发明所公开的技术以及这些技术可能在其中被典型地使用的环境。除非文中另有明确说明，否则本文中所使用的术语并非旨在局限于任何具体的狭义阐释。本文阐述的参考文献可以帮助理解本发明的技术或背景。本文引用的所有参考文献的公开内容均以引用方式并入本文。

电化学传感器的性能(包括灵敏度和响应时间)随着诸如温度和相对湿度等环境条件的变化而波动。由于这种波动，建议频繁校准电化学传感器。此外，效果在某种程度上是可预测的，并且可以使用各种技术对传感器输出进行补偿。然而，希望减小由例如环境条件等变化引起的波动幅度和速度，以降低频繁校准需求，并为传感器响应提供更精确的校正。

技术实现要素：

在一个方面，一种电化学气体传感器包括具有多个入口通路的传感器壳体，其中多个入口通路中的每个入口通路具有不大于11,309μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于120μm的平均直径的入口通路)。电化学气体传感器进一步包括壳体内的工作电极，工作电极响应分析物气体，以及传感器壳体内的电解质，电解质与工作电极离子接触。在许多实施例中，多个入口通路中的每个入口通路具有不大于2827μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于60μm的平均直径的入口通路)或不大于1257μm²的横截面积(例如，对应于具有不大于40μm的平均直径的入口通路)。

在许多实施例中，多个入口通路的累积几何面积(即多个入口通路中的每个入口通路的横截面积或几何面积的累积总和)在0.25mm²-2.25mm²的范围内。传感器可以，例如，适于检测5000ppm及以下，1000ppm及以下，或100ppm及以下的分析物气体的浓度变化。

在许多实施例中，传感器适于检测除氧气之外的分析物气体的浓度变化。电解质可以，例如，是吸湿性电解质(例如，含水电解质)。在许多实施例中，电解质包括酸性水溶液。如本文中所使用的，术语“吸湿性”是指倾向于从周围环境吸收水分的材料。

在另一方面，一种检测分析物气体的方法包括提供电化学气体传感器，电化学气体传感器包括具有多个入口通路的传感器壳体，多个入口通路中的每个入口通路具有不大于11,309μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于120μm的平均直径的入口通路)，壳体内的工作电极，工作电极响应分析物气体，以及传感器壳体内的电解质，电解质与工作电极离子接触；以及测量传感器的响应。在许多实施例中，电化学气体传感器可以，例如，进一步具有上述属性。

在另一方面，一种制造电化学气体传感器的方法包括提供具有多个入口通路的传感器壳体，多个入口通路中的每个入口通路具有不大于11,309μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于120μm的平均直径的入口通路)，提供壳体内的工作电极，工作电极响应分析物气体；以及提供传感器壳体内的电解质，电解质与工作电极离子接触。在许多实施例中，电化学气体传感器可以，例如，进一步具有上述属性。

在另一方面，一种减少或限制环境变化(如气体必须进入的壳体内的湿度变化)的影响的方法，包括形成穿过壳体的多个入口通路，其中多个入口通路中的每个入口通路具有不大于11,309μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于120μm的平均直径的入口通路)。壳体中可以，例如，包括吸湿性材料，或者以其它方式包括对蒸汽、湿气和/或湿度变化敏感的一个或多个物质、设备或系统。

在又一方面，一种用于电化学气体传感器的壳体结构，电化学气体传感器具有多个入口通路，其中多个入口通路中的每个入口通路具有不大于11,309μm²的横截面积或几何面积(例如，对应于具有不大于120μm的平均直径的入口通路)。在许多实施例中，壳体结构可以，例如，进一步具有上述属性。

与传统电化学传感器(通常包括单个或几个相对大直径的入口通路)相比，本发明的设备、系统和方法提供与之相似或比之提高的灵敏度。此外，本发明的设备、系统和方法可以降低诸如传感器系统等系统内部湿度变化的影响。

结合以下详细描述和附图，可以更好地领会和理解本发明的设备、系统和方法及其属性和优势。

附图说明

图1示出传统单入口电化学气体传感器的横截面图。

图2示出本发明电化学气体传感器的横截面图，该传感器包括其上部或盖中的多个入口通路或孔。

图3a示出图2所示电化学气体传感器的盖的透视图。

图3b示出图2所示电化学气体传感器的盖的侧视图。

图3c示出图2所示电化学气体传感器的盖的顶视图。

图3d示出图2所示电化学气体传感器的盖的底视图。

图4示出图2所示电化学气体传感器的盖的另一实施例的顶视图，其包括比图3a的盖更大数量的孔。

图5a示出包括直径为36μm的44个入口通路或孔的传感器(包括pt/pt/pt电极)对60ppm的一氧化碳(co)的响应。

图5b示出包括直径为108μm的90个入口通路或孔的传感器对60ppm的co的响应。

图6示出结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为具有44个、64个和90个入口通路或孔的co传感器的入口通路的总几何面积(mm²)的函数，并与传统单入口co传感器(fgfdco传感器可从宾夕法尼亚州匹兹堡的minesafetyappliances公司获得)进行比较。

图7示出包括12个入口孔的h2s传感器的输出，每个入口孔具有约为0.508mm的直径。

图8a示出包括直径为36μm的44个入口通路或孔的传感器(包括pt/pt/pt电极)对20ppm的硫化氢(h2s)的响应。

图8b示出包括直径为108μm的90个入口通路或孔的传感器对20ppm的h2s的响应。

图9示出结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为具有44个、64个和90个入口通路或孔的h2s传感器的入口通路的总几何面积(mm²)的函数，并与传统单入口h2s传感器(fgfdh2s传感器可从minesafetyappliances公司获得)进行比较。

图10示出包括直径为36μm、72μm和108μm的90个入口通路或孔的传感器(包括ir/ir/ir电极)对20ppm的h2s的响应。

图11示出包括直径为36μm的不同数量(44个、64个、90个)入口通路的传感器对20ppm的h2s的平均响应，以及包括直径为约0.508mm的12个入口通路的h2s传感器的响应。

图12示出图11所示h2s传感器的结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为入口通路的总几何面积(mm²)的函数。

图13示出包括直径为36μm的不同数量(44个、64个、90个、200个、400个、600个)入口通路的传感器对20ppm的h2s的平均响应，以及包括直径为约0.508mm的12个入口通路的h2s传感器的响应

图14示出图13所示h2s传感器的结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为入口通路的总几何面积(mm²)的函数。

图15示出在10％相对湿度和85％相对湿度下随时间的两组传感器质量变化的研究，其中第一组传感器包括600个入口通路，其总几何面积为0.611mm²，第二组传感器包括18个入口通路，其总几何面积为2.857mm²。

图16示出10％相对湿度下的图15的数据，其中比例已经放大。

图17示出10％相对湿度和85％相对湿度下图15的两组传感器灵敏度随时间变化的研究。

具体实施方式

应当理解，除本文所描述的代表性实施例外，本发明附图中一般描绘和展示的实施例的各个部分可以布置和设计为许多不同的构成方式。因此，下文中对代表性实施例，如附图所示，的具体描述仅表示对代表性实施例的说明，并非旨在限定这些实施例的，如请求的，范围。

本说明书中所有的“一种实施例”或“实施例”(诸如此类)意为与所述实施例相关的某个具体特征、结构或特性存在于至少一种实施例中。因此，在本说明书中多处出现的“在一种实施例中”或“在实施例中”之类的短语均不一定表示同一种实施例。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以一种或多种实施例中的恰当方法进行组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以便充分理解各实施例。但是，相关领域技术人员应当理解，本发明的各种实施例可以在缺少一个或多个具体细节，或结合其他方法、部件、材料等的情况下实施。在其它情况下，未示出或未详细描述熟知的结构、材料或操作，以避免混淆。

在本发明说明书及权利要求中，除上下文另有明确说明外，单数形式“一”、“一个”和“所述”均包括复数。因此，例如，“一电极”包括多个此类电极及本领域技术人员熟知的同等替代物等，“所述电极”表示一个或多个此类电极及本领域技术人员熟知的同等替代物等。本文引用数值范围的目的仅在于作为避免逐个引用范围内各个数值的简略方法。除非另有明确说明，否则本说明书中包含的每个单独数值和中间范围视为逐个引用。除非另有说明或明显与本发明文本相悖，否则本发明中描述的所有方法都可以以任何恰当的顺序执行。

本文使用的术语“电子电路”、“线路”或“电路”包括但不限于硬件、固件、软件或其各自的组合以执行功能或动作。例如，基于特征或需要，电路可以包括软件控制微处理器、诸如专用集成电路(asic)等离散逻辑，或其它编程逻辑设备。电路也可以完全用软件实现。如本文所使用的，“电路”被认为是“逻辑”的同义词。本文使用的术语“逻辑”包括但不限于硬件、固件、软件或其各自的组合以执行功能或动作，或引起其它构件的功能或动作。例如，基于期望的应用或需要，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如专用集成电路(asic)等离散逻辑，或其它编程逻辑设备。逻辑也可以完全用软件实现。

本文使用的术语“处理器”包括但不限于几乎任意数量的处理器系统或独立处理器(如微处理器、微控制器、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)及其任意组合)中的一个或多个。处理器可以与支持处理器操作的各种其它电路相关联，如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、时钟、解码器、内存控制器或中断控制器等。这些支持电路可以位于处理器及其相关电子封装的内部或外部。支持电路与处理器可操作地通信。在框图或其它附图中，支持电路不一定与处理器分开示出。

本文使用的术语“软件”包括但不限于使得计算机或其它电子设备以期望方式执行功能、动作或行为的一个或多个计算机可读或可执行指令。指令可以以各种形式体现，例如包括单独的应用程序或来自动态链接库的代码的例程、算法、模块或程序。软件还可以以各种形式实现，如独立程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、存储在存储器中的指令、部分操作系统或其它类型的可执行指令。本领域普通技术人员将理解，软件的形式取决于，例如，期望应用的要求、其运行环境，或设计者/程序员等的期望。

许多气体检测设备、仪器或系统(例如，便携式气体检测仪器)包括电流型电化学气体传感器。这些传感器通常称为“燃料电池”型传感器，其指的是主要操作原理。这种电化学气体传感器通常组合或集成到具有电池或其它电源、适当电子驱动电路(例如，包括恒电位器)、显示器和一个或多个警报器(或向用户传达存在危险水平的有害或有毒气体，或缺氧或富氧的危险情况的其它装置)的设备、系统或仪器中。传感器、电路和显示器通常包含在坚固的密封壳体中。与这种仪器一起使用时，术语“密封”是指保护传感器、电路和显示器免受有害环境危害(例如，灰尘、冷凝蒸汽，如油漆或涂料，以及水和/或其它液体)。密封壳体必须连续提供目标或分析物气体从仪器壳体外部到传感器本身的壳体内的有效转移。通常，该结果通过一个或多个多孔扩散膜实现，多孔扩散膜将灰尘、蒸汽和液体保持在仪器壳体之外，但允许将一个或多个感兴趣的分析物气体输送至传感器本身中。这种传输通常通过气体扩散或通过将分析物气流泵入传感器的面或穿过传感器的面来实现。

电流型或燃料电池型气体传感器通常包括至少两个电催化电极(阳极和阴极)，其中至少一个是气体扩散电极或工作电极。在任意给定传感器中，工作电极可以是阳极或阴极。气体扩散电极通常包括粘附至多孔或透气膜一侧的电催化材料的细颗粒。

工作电极的电催化侧经由电解质(例如，液体电解质、固体电解质、准固态电解质或离子液体)与第二电极(对电极，无论是阳极还是阴极)离子接触。液体电解质通常是溶解在合适溶剂(例如水)中的强电解质盐溶液。也可以使用有机溶剂。准固态电解质可以，例如，包括由高比表面积、高孔隙体积的固体固定的液体电解质。工作电极和对电极也经由外部电路电接触，该外部电路用于测量流过传感器的电流。

另外，虽然完全没有必要，但通常包括第三或参考电极。参考电极构造为下述方式：其电位在常见环境条件下保持相对不变。参考电极用作电位空间中的固定点，工作电极的工作电位可以固定在该固定点上。以这种方式，通常不可接近的电化学反应可以用于检测感兴趣的分析物气体。该结果可以经由控制和驱动电路来实现，该控制和驱动电路可以，例如，包括恒电位器。

电化学传感器的灵敏度受其电解质含水量的影响。电化学传感器中的电解质通常是吸湿性的。当电解质调节以恢复电解质浓度与周围环境条件之间的平衡时，水蒸气在传感器界面上来回蒸发。随着时间的推移，传感器的电解质浓度会随着平均湿度的变化而变化，从而导致传感器灵敏度的波动。一般地，随着传感器内部变干，其灵敏度降低。相反地，随着传感器内部变湿，其灵敏度提高。更实际地说，在干燥季节观察到较低的灵敏度，在湿润季节观察到较高的灵敏度。为了补偿这些灵敏度变化，通常必须用目标气体频繁校准传感器。然而，这些频繁的校准导致传感器的持有成本更高。如果传感器的灵敏度可以设计为在年度环境季节变化期间更加稳定，则可以延长校准之间的时间间隔并降低持有成本。

如果可以减少电解质含水量的波动，则传感器的灵敏度波动将不那么剧烈。本文假定进入和离开传感器的水蒸发速率受其入口通路的几何面积控制。较大通路允许水在传感器界面上更快地移动，而较小通路导致较低的蒸发速率。因此，设计具有较小入口通路的传感器应该会减少水蒸发。然而，由于目标气体进入传感器，这也将减少传感器信号。入口通路的尺寸与传感器的灵敏度直接相关。这种关系在等式中描述：

ilim＝nfdac/d

当ilim是极限电流时，n是反应中涉及的电子数，f是法拉第常数，d是扩散系数，c是目标气体浓度，d是扩散路径长度，a是电极有效面积。有效面积定义为积极参与电化学反应的部分电极。对于直径>1mm的入口通路，该面积基本上等于入口通路直径。当气体通过入口扩散至传感器中时，大部分气体垂直进入电极，基本上限定了活性电极区域。虽然在入口通路的边缘处可以在径向方向上发生一些扩散，但与入口通路内部的垂直移动相比，这种移动的幅度非常小。然而，随着入口通路的直径变小，即<0.5mm，气体这种径向运动的贡献变得更加显著。现在，电极活性区域不仅由入口通路的直径限定，而且还由入口通路边缘处的径向移动限定，导致更大的活性区域。然而，将单个入口通路的直径减小至对信号的径向贡献变得明显的区域中也会导致可能不可用的低得多的整体信号。在本发明的许多实施例中，通过用许多更小的入口通路或孔替换大的单个入口通路或孔(或几个大的通路或孔)来克服该缺点。在不受任何机构限制的情况下，仍然可以保持可用的信号，但是，由于每个单独入口通路处的径向扩散贡献，总入口通路几何面积要小得多。实际上，使用多个小入口通路甚至可以增加灵敏度，同时这种小入口通路的总几何面积明显小于传统传感器的入口通路的总几何面积。在本发明的传感器中，有效电极面积增加，同时入口通路的总几何面积减小。

图1示出当前可用或传统的电化学传感器110的示例，其包括壳体120，壳体120具有气体入口130(形成在传感器壳体120的盖122中)，用于分析物气体进入传感器110。在所示实施例中，入口130与气体扩散容积或空间118流体连接。电解质饱和芯吸材料140、142和144将传感器110中的工作电极150或多个工作电极(响应分析物气体的存在)与参考电极170和对电极180分开，并经由其中吸收的电解质在这些电极之间提供离子传导。提供本领域已知的电子电路190，例如，以维持工作电极150和参考电极170之间的期望电位，从而处理(例如，经由一个或多个处理器)来自传感器110的输出信号，并与系统的其它组件(包括，例如，一个或多个显示器、通信系统、电源等)连接/通信。

工作电极150可以，例如，通过在扩散膜152上沉积第一催化剂层154(使用，例如，传感器领域已知的催化剂沉积技术)形成。在扩散膜上制造电极的方法，例如，在美国专利申请公开号2011/0100813中进行了描述。

图2示出本发明电化学传感器110a的代表性实施例，其包括壳体120a，壳体120a具有多个气体入口通路130a(形成在传感器壳体120a的盖122a中)，用于气体进入传感器110a。盖122a的实施例在图3a-3d中进一步示出。图4示出具有更大数量入口通路130b(600个入口通路130b，在所示实施例中，每个入口通路具有0.036mm或36μm的直径)的盖122b的另一实施例。在其它方面，电化学气体传感器110a在结构和操作上类似于传感器110。传感器110a的部件与传感器110的相应部件类似地编号，并添加了标记“a”。与传感器110相似，电解质饱和芯吸材料140a、142a和144a将传感器110a中的一个或多个工作电极150a与参考电极170a和对电极180a分开，并通过其中吸收的电解质在这些电极之间提供离子传导。电子电路190a在工作电极150a和参考电极170a之间保持期望电位。电子电路190a还可以处理来自传感器110a的输出信号，并且与系统100a的其它部件(包括，例如，一个或多个显示器、通信系统、电源等)连接/通信。如上所述，工作电极150a可以，例如，通过在扩散膜152a上沉积第一催化剂层154a(使用，例如，传感器领域已知的催化剂沉积技术)形成。

与具有单个入口通路的传统电化学气体传感器相比，本发明的入口通路130a具有非常小的(平均)直径和/或横截面积。在许多实施例中，入口通路130a具有不大于120μm的直径(或不大于11,309μm²的横截面积)，不大于60μm的直径(或不大于2827μm²的横截面积或几何面积)，不大于40μm的直径(或不大于1257μm²的横截面积)，不大于30μm的直径(或不大于787μm²的横截面积)，不大于20μm的直径(或不大于314μm²的横截面积)，不大于10μm的直径(或不大于79μm²的横截面积)，或不大于5μm的直径(或不大于20μm²的横截面积)。本发明的入口通路不一定是圆的。

传感器的灵敏度取决于传感器入口的大小。一般地，入口通路或孔越大，灵敏度越高。需要高灵敏度是因为这样可以产生传感器更高的信噪比和分辨率。然而，水分进出传感器的运动也取决于传感器入口的尺寸。较大入口产生更快的水分转移速率，从而使传感器更快地响应环境条件的变化。在本发明的传感器中，用多个较小入口通路代替单个相对较大入口通路或孔。在许多实施例中，本发明的小入口通路的几何面积之和设计为小于当前可用传感器的单个较大入口通路。典型的传统电化学传感器具有0.058英寸或1473μm的入口直径(或1.7×10⁶μm²的横截面积)。水分进出传感器的运动不会像现有可用电化学气体传感器那样快。

虽然本发明传感器的入口通路具有明显小于设计为感测ppb或ppm级分析物浓度的传统单入口通路电化学气体传感器的横截面积，由于气体在整个工作电极表面上扩散的性质，本发明传感器的灵敏度可以保持在足够高的水平以提供合适的信噪比。与传统电化学传感器中单个大面积电极被目标或分析物气体淹没的情况不同，本发明传感器的毛细管级孔将工作电极的多个非常小的区域暴露给分析物气体。与传统大入口电化学传感器相比，使用了更多工作电极催化剂。电化学检测反应的效率提高，从而使得电流更大，灵敏度更高。因此，可以生产灵敏度与那些传统单入口传感器相似或比之改进的本发明传感器，同时传感器中多个入口通路的总几何面积明显小于传统电化学气体传感器中单个入口的几何面积。

在对本发明传感器的许多研究中，传感器盖制造为具有通路/孔尺寸和入口通路/孔数量的不同组合。在许多使用一氧化碳(co)和硫化氢(h2s)传感器(其中所有电极都是铂电极)的代表性研究中，研究了入口通路直径为36、72和108μm的情况。研究中激光钻孔入口通路的数量分别为44个、64个和90个。这些研究中使用了激光钻孔，但也可以使用能够产生已知直径的可重复小入口通路或毛细管的任意技术(如机械钻孔)。图5a示出包括直径为36μm-60ppm的44个入口通路的代表性传感器对60ppm的co的响应，而图4c示出包括直径为108μm的90个入口通路的代表性传感器对60ppm的co的响应。图6示出结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为入口通路的总几何面积(mm²)的函数。如图所示，灵敏度随着几何面积的增加而增加。为了比较，还提供了传统单入口co传感器的响应。本发明的传感器可以容易地制造以接近或超过传统单入口co电化学传感器的灵敏度。

图7示出以传感器110a的方式形成(但具有相对大入口通路)，并且包括设计为用于检测硫化氢(h2s)的工作电极的传感器的输出。在所研究的实施例中，工作电极通过在扩散膜上沉积铱催化剂形成，参考电极通过在扩散膜上沉积铱催化剂形成，并且对电极通过在扩散膜上沉积铱催化剂形成。在图7的研究中，在本研究中用于参考或比较的用作“典型”或“传统”大入口直径传感器的传感器包括12个入口孔，每个入口孔具有约为0.508mm的直径。。所有12个入口通路/孔的总几何面积约为2.43mm²。图7中的实验程序是在零空气中收集基线2分钟，然后施加20ppm的h2s5分钟，随后再次施加零空气5分钟。稳态电流(在施加20ppm的h2s期间传感器处于稳态时产生的电流)为9,377毫微安。该结果使得传感器的灵敏度为469毫微安/ppm。在许多实施例中，包括多个小毛细管入口通路的本发明传感器优选地提供相当的灵敏度。

图8a示出包括直径为36μm的44个入口通路的代表性传感器对20ppm的h2s的响应，而图8b示出包括直径为108μm的90个入口通路的代表性传感器对20ppm的h2s的响应。图9示出结果的总结，其中灵敏度(na/ppm)绘制为入口通路的总几何面积(mm²)的函数。如图所示，灵敏度随着几何面积的增加而增加。为了比较，还提供了传统单入口h2s传感器的响应。本发明的传感器可以容易地制造以接近或超过传统单入口h2s电化学传感器的灵敏度。

用h2s传感器进行进一步的实验，其中所有电极均包括ir催化剂(ir/ir/ir电极)。共研究了9个传感器，其中每个传感器具有90个入口通路。对于每种类型的三个传感器，入口通路的直径为36、72或108μm。传感器对20ppm的h2s的响应被示出在图10中。

对具有更多36μm直径的入口通路的ir/ir/ir电极h2s传感器进行了进一步研究。为了进一步探索小的或毛细管入口通路而进行了研究，其中使用激光技术钻传感器盖以使其具有不同数量的36μm直径的入口通路(例如，44个、64个和90个入口通路)。这些研究中使用了激光钻孔。然而，如上所述，也可以使用能够产生可控直径的可重复入口通路的任意技术(如机械钻孔)。构造了每种类型的三个传感器(即入口通路的数量)。对20ppm的h2s的平均响应被示出在图11中。包括12个入口通路，每个通路直径约为0.508mm的h2s传感器的响应包含在图11中，以用于比较。虽然具有多个36μm直径的入口通路的传感器表现出快速的h2s响应，但其灵敏度明显低于具有12个入口通路，每个通路直径约为0.508mm的h2s传感器。然而，具有多个36μm直径的入口通路的传感器的灵敏度作为总几何面积的函数的图示出线性响应(参见图12)。使用数据的回归预测产生与参考传感器相当的灵敏度所需的总几何面积和36μm直径的孔的数量，如下所示：0.504mm²，495个孔。

构造另外的h2s传感器，除入口通路的数量增加外，其与上述具有36μm直径的入口通路的传感器相同。对此，研究了三组传感器，每组包括三个传感器(总共九个传感器)并且包括具有直径为36μm的200个、400个和600个入口通路的盖。这些传感器的平均电流响应以及上述研究的平均电流响应被示出在图13中。图14示出作为总几何面积函数的图14的传感器的灵敏度图。具有200个和400个入口通路的传感器的结果显示出与回归预测结果的良好一致性，而具有600个入口通路的传感器显示出与回归分析的一些差异。具有400个入口通路的传感器产生的灵敏度在适合用于分析传感器的范围内。然而，具有600个孔的传感器产生的灵敏度几乎与上文描述的参考h2s传感器相同，同时600个入口通路传感器的总几何面积比参考或典型传感器小75％。这些研究证明，在包括多个毛细管级入口通路或孔的本发明电化学传感器中，可以获得与传统电化学传感器(通常包括单个入口通路)所获得的灵敏度相同或比之改进的灵敏度。此外，多个毛细管级入口通路可以用于设置有入口以允许气体进入，从而降低系统内部的湿度变化影响的任意系统。

在关于相对湿度(rh)对本发明传感器的影响的许多研究中，建立了两组十个h2s传感器，其具有相当的灵敏度，但入口孔的总几何面积相差很大。所有传感器均用相同体积的电解质填充。传感器盖的入口孔设计总结在下表1中。虽然两组传感器具有相似的灵敏度，但1组以2组入口孔总几何面积的约1/5实现了这种高灵敏度。

为了评估这些传感器对变化的环境条件的相对稳定性，每组的一半储存在25℃、10％rh的恒定环境中，而每组的另一半储存在25℃、85％rh的恒定环境中。对传感器进行称重并在21天的周期内进行气体测试。两种rh条件下传感器质量的变化总结在图15中。图16示出传感器质量在10％rh下的变化放大图。

在85％rh储存期间，1组(总几何面积较小)以比2组更慢的速率获得水质量，并且在21天测试期间从未获得与2组一样多的水质量。另外，在10％rh储存期间，1组以比2组更慢的速率失水。因此，1组盖设计中降低了进出传感器的水蒸发速率。

同一时间段内传感器灵敏度的变化被示出在图17中。将灵敏度绘制为从最初的第0天测试开始灵敏度的百分比变化。这模拟了第0天仪器中传感器的校准，然后暴露在不断变化的环境条件下。

在85％rh下，1组传感器以低于2组传感器的速率改变灵敏度。虽然两组的灵敏度确实趋同，但直到第18天才出现这种情况。在10％rh下，1组传感器以较慢的速率改变灵敏度，而且即使是在21天后也从未与2组传感器重合。

rh的影响测试是有意设计的，以将传感器压到相对湿度范围的极值。虽然在本领域中传感器的正常使用期间可能发生极端rh变化，但这些rh变化不会一次数周保持不变。传感器在数月内缓慢响应rh的季节性变化。在这些条件下，1组中的传感器甚至比2组中的传感器更稳定。

本文的研究证明了本发明的设备、系统和方法的许多优点。例如，具有由多个小直径或小横截面积入口通路提供的具有总几何面积减小(与传统单入口通路传感器相比)的传感器对于可用信噪比具有非常好的灵敏度，同时对于环境条件的变化更加稳定。此外，使用多个小入口通路而不是单个相对大入口通路有助于防止传感器内部因可能穿过相对大入口通路的窄或薄碎片而损坏。此外，容易对现有传感器进行改装，以通过使用如本文所述的具有多个入口孔的盖或其它壳体结构替换包括入口通路的盖或其它壳体结构(从而降低或限制环境变化的影响，如湿度变化)，利用本发明的设备、系统和方法。

以上描述及附图描述了当前许多代表性实施例。当然，在上述教导的基础上，各种改进、附加及替代设计对于本领域技术人员来说是显而易见的并且不脱离本发明的范围。本发明范围由权利要求书而非上述描述限定。所有落入权利要求书的等同物的含义和范围内的更改和变型均包含在其范围内。