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嵌入微反应器系统气体传感器的自检程序(4)

文章出处:如特安防 人气:发表时间:2018-09-03 10:38:55

3.气体传感器嵌入微反应器系统

    上述资料提供的关键信息是,相关电阻反应的值与传感器电阻本身的值相比,是更好的瞬间气体浓度指示器。Resp 值的估值内在的问题是,这种数量要求在两个明显的时间点做电阻测量:时间点ton,首次测量,传感器在干净的空气条件下运作,在时间点 toff 进行第2次测量,传感器在分析气体中运作。因而,使用气体测验平台,这些测量易于进行;一些测量基本不可能地在野外进行,在野外传感器持续暴露在大气环境中。为了能够定期地重复测量,在干净空气中,在分析气体条件下,也在野外条件下,我们就嵌入极小陶瓷微型反应腔内MOX气体传感器,在下面做报告。联合一个微型泵,微型反应系统允许MOX气体传感器定期地暴露在纯净和含有分析物的空气中,因而,Resp值的估算也在野外条件下。
    微型反应器技术以前已运用到空气监测问题[36,37]。早期的工作,借助于嵌入到微型反应器系统的MOX气体传感器,交通交通相关的空气污染物(NO2, O3, CO, CH4)已被分析。另外,他们的分析能力,这些系统也展现出引入自检能力的潜力。虽然,功能上成功,微型反应器系统已发现小的通用接纳,像按照惯例组合[36]的,MEMS小型化[37]版的系统是相当复杂和不兼容于通常跟随在MOX传感器领域的低耗方法。这一规则,值得注意的例外是 [38,39,40]。为了使微型反应系统广泛接受,我们下面引入一个种新的微型反应,它避免使用微阀,微阀已成为我们以前设计的复杂事物主要组件。 这种新的微型反应系统,我们后面称为增强微型反应系统(EMRS),有4个主要组件:
    1.一个微型腔室,内部由窄的气体进口和出口来隔离周围空气(图 4a,d);
    2.一个MOX气体传感器,嵌入在微型腔室内(图4b);
    3.一个可加热催化剂,联合嵌入在微型腔室内(图4a,c);
    4.一个微型泵,允许空气在微型腔室内抽出来,且由外部空气替换,可能或不可能包含活性气体成分。
图4: 增强微反应器系统(EMRS)
    为了气体分析,EMRS以定期方式运作,两种不同方式间转换:
      (1)活性强压流穿过(泵入)
      (2)以有效分离无流方式(泵出)
    在主动强制流期间,外部空气带有未知内容反应性痕量气体,在时间点 ton,被泵入微型反应器,气流维持到时间点toff (toff = ton + ∆ton )。在强制流期间,MOX气体传感器暴露在做样品用的外部空气中(外部空气内有未知内容的气体分析物)。结束时,测量传感电阻Rgas(ton + ∆ton)。在随后的无气流阶段,持续时间∆toff ,由于入口和出口的大流量阻力,内部空气风量有效地从外部大气分离。在这种无气流阶段,样品活性气体继续与加热型MOX传感器表面交互作用,从而转换活性气体成份为较少活性的后续产物,例如,主要的H2O 和 CO2, H2O 和 CO2在微型反应器内起到参照气体空气的作用[36,37]。在这种参照大气中,传感器电阻Ro(ton + ∆ton + ∆toff)淅淅增加,形成参照点,与引入气体电阻Rgas 对应,Rgas在下一强制流期间淅淅增加,能参与比较。这一点上,它与R0(ton + ∆ton + ∆toff)的值相关,Ro还依赖于环境湿度浓度,例如H2O,作为非可燃空气组分,不参与内部反应转换过程[36,37]。假使泵入的气体样品在时间段∆toff内,不能足够快速地转换成参照空气,过程可能被加速,通过加额外的加热集成催化剂。
    下面报告的基于增强微反应器系统(EMRS)的气体检测实验,已使用掺金的SnO2 薄膜来实施。SnO2薄膜是通过使用调整过的流变生长与热氧化(RGTO)技术生产的,并沉积在预制的加热型元件上[42,43] (图 4b).在EMRS试验期间,嵌入的MOX传感器,经由铂(Pt) 加热器弯管,加热到它们的运行温度,铂加热器电阻值在加热期间增长,被用于推断传感器运行的实际温度值。协整可加热的催化剂,由跟MEMS和MOX气体传感器同样技术生产的。催化剂元素,然而,有一个较大的可加热热盘区,总计1.5 mm × 1.5 mm [43] (图 4c)。为了使这些元素催化激活,钯薄膜((Pd) 被蒸发到热盘的背面。借助外部微型泵(图 4d)气体穿过EMRS,泵入状态下,可实现流速大约150 sccm。更多关于MEMS(微电子机械系统)传感器和催化组件,可看附录B


 
    本文原著:A. Helwig, A. Hackner, G. Müller, D. Zappa, G. Sberveglieri
    本文由山东如特安防设备有限公司LK编译,转载必须注明来自 sdrtkm.com

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