嵌入微反应器系统气体传感器的自检程序(9)

6.微型反应方法的可行性和局限性

    上面几页，我们论证了两个关键技术组件， 组件对实现自测MOX气体传感器系统，有相当大的潜力。这些无阀门微型系统，内嵌MOX气体传感器，和高选择性、抗中毒湿度传感器。作为一个试验案例，为论证野外Resp测定和中毒检测的必要性,我们已选择MOX传感器表面HMDS钝化的传感器退化过程。

    服务中，气体传感器系统可能面临无形无限的变化的物质，物质需要检测或可能损害传感器功能。任何研究，然而，需要集中到一个有限量的可能的种类和应用实例。本工作中，我们已集中到变弱气体物种的检测上，特别地，H2和碳氢化合物在热的MOX表面,完整地转化成CO2和H2O。物质像NO2或氟烃、氯烃 硫烃，除CO2和H2O之外，在转换过程结束时，也将引起强酸成型物。这些酸物联同环境湿度一起，酸物可能引起问题，要求在那些演示之前先测定一下。

    考虑到目前技术状态和工作中用到的物质范围，两个微型反应器内嵌的气体传感器可选模式：

     （1）一个正常观测的模式

     （2）一个自检模式

    第一个模式，根本上遵从图6中论证的过程，气体样品反复地从环境中拉入EMRS，在每一采样期结尾，Rgas(t) 值记录下来，与在每一个前面的采样期结尾得到的那些传感器电阻值Rgas(t − ∆t)相比较。能拿到的成功样品率，是相当高，且是主要由EMRS体积和外部产生的泵流决定的。在这种运作模式下，EMRS内部，根本上未转化的气体样品，被新的简单地置换。传感器电阻任何最终的变化∆Rgas = Rgas(t) -Rgas(t − ∆t)用于计算Resp 的值，没有参照在时间t的传感器电阻和它的湿度依赖基线值，除了在每一个前面的样品期结尾时得到的气敏传感器电阻Rgas(t − ∆t)  以外。

Resp(t) = (Rgas(t − ∆t) − Rgas(t))/Rgas(t − ∆t).

    如第2节中讨论的，也在我们最新的一份文件[46]中论证的那样，这种传感器电阻的Resp处理方法，倾向于从直接观察到的电阻数据中，排除在传感器表面或在传感器外围气体集中堆放的影响。由于浓度影响，EMRS操作，在正常观察模式下，清晰地产生相对于常规运作的、没有气体传感器嵌入的净增值。 

    假使案例中，指示表明，中毒交互作用可能随时发生，或假使达到预定义服务间隔，指示出到自检模式的EMRS操作的一个转变。在第2种运作模式中，模式主要遵从论证在图7中的过程, 值得注目地，更多时间需要花费在成功采样事件中。在这期间，陷入陷阱的气体样品完全地转化成CO2和H2O，传感器电阻能恢复到它的基线值，与瞬间环境湿度水平相一致。如节5中争论的，这些饱和水平的传感器电阻参与设立在同一传感器的初始状态的标定值比较。这种测试，当然，要在不需要连续的监测活动时执行。观测在这种自检模式下转化曲线的任何故障，提供关于传感器故障方向的提示：传感器退化或催化剂失活。在如此事件中，传感器用户应被警告：传感器数据不再可靠，需要某种服务，或应替换一个传感器。

    关于反应时间，目前论证的的1小时顺序转换时间，没有办法来限制。 对于减少转换时间，显著的潜力是减少传感器和反应器大小。目前技术中，一个非常明显的减小反应器体积措施是减小微型反应器和微型泵之间的死体积。原则上，这样的减小能通过贯通微型反应器、微型泵和注射型的流体限制器来实现。未来，MEMS缩形技术的步子 注射型增强和退出通道也能容易地整合到一个硅盖，硅盖密封微型反应器内部，与外部环境隔离。极快转换时间，原则上能实现，当单一的纳米线气体传感器[16,17]嵌入到类似纳米尺寸的反应器中。
    越过传感器自检的限制和目前技巧的限制，来看，关于微型反应器嵌入气体传感器，一个重要和完全的未开发潜力是在气体分析区域，要求精度和选择性，而不是高速率监测。在本应用范围，关键信息是那些在无气流阶段期得到的转化曲线。关于载体催化气体传感器[42]的工作，例如，已显示转化函数是气体种类高依赖的。从本试验中，可推断：观察到的转换函数，提供关于陷阱中的气体样品反应性的信息，和像这样有用的分析信息。