[发明专利]超低浓度气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，更具体地说，涉及用于检测环境或呼出 气中浓度低于100ppb气体的气体传感器。

背景技术

环境与健康安全领域中的气体检测通常需要达到浓度低于1-100ppb 的检测下限与精度。例如，为防止中毒或保证健康安全，居住环境中苯与 甲醛的浓度规定不得超过100ppb；而对于判断哮喘等呼吸病，呼出气中一 氧化氮的浓度的检测下限与精度必须达到1-5ppb。目前能够对这些超低浓 度气体检测的技术主要是昂贵的大型实验室分析仪器。而可以用于现场检 测的低廉便携式的传感器检测仪表通常只能检测不低于1000ppb或1ppm 的高浓度气体。为此，大型仪器小型化与小型仪表精度化已经成为环境与 健康安全检测的发展方向。

申请号为200510049517.0的中国专利公布了一种便携式气体分析 仪，用于低浓度甲醛和苯系气体的检测。该发明在传感器检测之前采用了 气体富集的装置，提高被测气体的浓度，从而使得本来只能检测高浓度的 传感器可以结合模拟计算的方法用于低浓度气体的分析。该发明可以使分 析仪的检测下限比使用的氧化物半导体或碳纳米管传感器本身的下限降低 1-2个数量级，即分析仪的检测下限为传感器下限1ppm的1％-10％，达 到10-100ppb。然而这种方法必须精确的选择对气体富集的吸附材料以及 确切的知道富集的程度或者富集量，而且还需要采用程序温控实现有效和 定量的气体吸附(富集)和脱附过程，并且用氮气或其它载气携带富集的 气体进行检测，分析仪结构与操作均十分复杂。

现有的一种低浓度甲醛检测器通过特殊设计的消除噪音并将信号放大 的电路处理电化学传感器对低浓度甲醛仅能产生的微弱信号，达到了 50ppb的甲醛检测精度。然而该方法的作用有限。实际使用中，被测气体 的温度、压力、流速、湿度以及其它气体均可能产生被测信号中相当于ppb 浓度变化的噪音贡献。这些叠加到检测信号上的噪音并不能通过电路加以 去除或识别，而将随着被测信号的放大而放大，从而影响最后检测结果的 可靠性，而且精度的提高也十分有限。

发明内容

本发明针对上述的不足开发了一种用于检测超低浓度气体的传感器， 确保传感器对分析气体的检测在恒压、恒流、恒湿、恒温以及消除干扰气 体影响的条件下进行，从而最大程度的消除气体流动、压力、湿度与温度 以及气体组成等变化因素的干扰，提高传感器的信噪比，达到1-10ppb的 检测下限与精度。

根据本发明，提供一种用于检测超低浓度气体的传感器，包括：气体 过滤装置，携带被测气体的气样通过该气体过滤装置，减小气样中对被测 气体检测信号产生ppb量级或更大信号干扰的微粒与干扰气体；恒流恒压 装置，连接到气体过滤装置，对经过滤的气体的流速和压力进行控制；恒 湿恒温装置，连接到恒流恒压装置，将湿度控制在对被测气体检测信号产 生恒定或可以通过零点校正消除其影响的范围内，并控制气体的温度；以 及检测装置，置于恒湿恒温装置内，对气体进行检测。

该气体过滤装置通过吸附降低对被测气体检测信号产生ppb量级或更 大信号干扰的干扰气体的浓度。该气体过滤装置采用下列的其中之一制作： 具有吸附作用的活性炭、活性氧化铝、高锰酸钾、分子筛、以及树脂纤维。

所述恒流恒压装置包括微量取样泵和恒流控制阀，还可包括取样缓冲 装置，设置于微量取样泵之前，用于聚集气体。该取样缓冲装置为取样气 袋或者具有气动单向阀和弹簧的容器。

所述恒湿恒温装置包括由仅与水分子作用的恒湿材料制作的导管以及 填充在导管周围的，根据恒湿要求选定的调节气样湿度的介质，当气体通 过该导管时，其中的水分子将通过导管膜的渗透与介质建立一种可以控制 的湿度平衡从而实现恒湿。该恒湿恒温装置使得气体的温度与传感器的工 作温度一致。该恒湿恒温装置包括同时具有升温与降温作用的半导体恒温 装置。

该检测装置为电化学与金属氧化物或碳纳米管类型的半导体气体传感 器；该检测装置包括一个或多个并联或串联的传感器。