嵌入微反应器系统气体传感器的自检程序(5)

 

4.以微型反应器为基础的气体检测

    作为气体传感器系统，EMRS的功能，图示在图5中。本图特别显示怎么用一个标准气体检测平台研究和论证EMRS。借助于气体检测平台，准备好干的合成空气/分析气体混合物，传送到旁路线，最终在排气装置中烧掉。通过一细的注射器针头，干的合成空气/分析气体混合物样品被抽入EMRS系统， EMRS系统的微型泵随时起动。在泵入期间，微型泵起动，产生大约150 sccm/min气流，允许大量气体转换，在典型取样的1分或更多时间的期间。使用高速气流的主要目的是，快速移除在每一次先前的无流期间末尾反应器内部剩下的任何痕量气体。结果，MOX传感器电阻变化，用1赫兹的速率读出，在泵入期间，观察到气体响应模式，同那些没有嵌入的传感器近乎相似。那些电阻值，与在时间点ton 和 toff泵入和泵出触发脉冲相符，存下，为了评估的相关电阻反应值。

 

    因为我们对减少气体检测感兴趣，传感器运行温度设置在一个相对高的值(~450°C)。这个温度下，MOX气体传感器对氢气和碳氢化合物有好的敏感性，但对二氧化氮反应小。

    就我们的EMRS方法，创新的关键是无阀操作，我们集中在样品方面，在EMRS内部隔离和转化气体样品，考虑到气体（氢气和丙炔）的有限范围，它们是可燃气体较大群组的合理代表[44]。
    作为我们论证在图6中的第一个结果，专门设计的EMRS，允许环境气体样品被拉入EMRS，接着隔离(没有用到附加的阀门)。为了论证这一点，靠激活和关闭微型泵，在气流和无气流期间，EMRS定期循环。图6a中，活性气流期限间，由绿色垂直棒指示。气流和无气流期间，都是持续10分钟。在前4个气流和无气流期间，干净合成空气穿过旁通线路，借助微型泵，部分样品进入EMRS。参照图6a，实验的第一部分，MOX传感器电阻经历短期变化。也在铂加热弯管电阻上也看到类似定期变化。已知铂加热弯管温度系数，能推断出MOX气体传感器经历着的温度变化（大约几摄氏度，当它循环经历随后的气流和无气流期）。清晰可见，作为MOX传感层也由具有相当大温度系数的电阻率为主导，MOX传感器电阻可以看到热感应变化，这不必曲解为任何形式的气体反应。真正的气体反应，清楚地在第4时间空档发生。在这一时间空档，3333ppm的丙炔气体10分钟穿过旁通线路。在这时间空档的中间，微型泵开启2分钟，来泵入丙炔到EMRS。参照图6a，在泵驱动下，大大减少气体反应。为此，另外4个气流和无气流期，开始运作，这次再用干燥合成空气。

 

    图6b显示在一个典型气体采样事件前、采样事件期间和采样事件过后，MOX传感器电阻变化的更多细节。首先有趣的观察到，在泵吸合前，当旁路气体流从干燥合成空气换成含1000ppm丙炔的合成空气时，MOX传感器电阻保持它的基线值。这种无反应清楚地展示了EMRS外部和内部高程度的动态分离，只要微型泵没有激活。依赖泵入，MOX传感器电阻随着时间线性减小，因为越来越多的丙炔被驱入EMRS内部，开始同加热型传感器表面进行交互作用。依赖泵出，MOX传感器电阻变化快速终止，再一次，展示EMRS内部和外部在无气流期间高效动态分离。 在随后的无气流期间，传感器电阻再一次慢慢增长，因为捕获的丙炔因表面燃烧事件，转化成活性差的水和二氧化碳分子[36,37]。在随后的气流期间，剩余的丙炔从EMRS内部被快速移除，因为微型泵再一次从旁线通路采取干燥的合成空气。