[发明专利]使用半导体气体传感器检测气体的装置和方法

说明书

本发明涉及用在通风装置中、利用半导体传感器有效地检测车辆内外的气体以便使新鲜空气流通的装置和方法。

通常，通过使用一个检测装置(例如传感器)监测外部空气的质量可以对车辆或建筑物内的通风装置进行调节。在这样的通风装置中，当外部空气的等级高于一个预定的基准等级，即外部空气的质量比给定值差时，切断外部空气向室内的流动并开动通风设置。

为此目的习惯上常使用以锡氧化物为传感器活性膜的半导体传感器。然而，在将这样的传感器应用于汽车时，还要受到不能检测由柴油机和柴油机车辆排出的尾气和柴油气这样的缺点的困扰。为此，建议使用如下两种传感器来解决这个问题，其一用于检测在柴油机尾气中出现的典型的NO_X(可还原气体)，而这样的半导体传感器具有由三氧化钨或酞菁(Phthaloctanin)构成的活性膜，另一种主要是由氧化锡制成并且用于检测在汽油机尾气中出现的典型的碳氢化合物的混合物或一氧化碳(可氧化气体)。

此外，使用金属氧化物传感器，最好是由各种不同的金属氧化物的混合物构成的并且可以在不稳定的场中工作的传感器，可以同时检测汽油机尾气或柴油机尾气，并且可使用通过典型的受气体影响的传感器电阻的升高或降低而产生的电阻变化的绝对值。最好使用FFA(快速富里叶分析)技术分析该传感器信号的值。

上述方法的优点是只使用一个传感器就可以可靠地、低成本地检测两组气体。根据FFA技术，在存在清洁外部空气的时候，开动通风设备。因此，这种方法也有缺点，即，当高浓度的有害物质持久地并且以几乎相等的浓度作用于该传感器元件时，在某些环境中，例如在汽车停放在污染严重的地下停车场中，通风设备可能由于检测到错误信息而被启动。

因此，本发明首要的任务是提供可以利用一种半导体传感器有效地检测车辆内外气体浓度的绝对值。从而使新鲜空气流通的一种装置和一种方法。

根据本发明的一个实施例，提供一种用在通风装置中有效地检测车辆内外的气体从而使新鲜空气流通的装置，该装置包括：一个用于检测外部气体、带有用于检测的活性膜并根据该气体的性质和浓度变化的检测装置；一个用于加热检测装置的加热装置；一个用于通过将检测装置的温度提高或降低一预定的度数来交替地调节检测装置的温度从而控制检测装置的调节装置；以及一个用于根据检测装置的温度变化计算基于电阻变化的信号从而控制通风装置的控制装置。

进一步讲，用于检测气体的活性膜是由金属氧化物或各种金属氧化物的混合物构成的。

此外，本发明进一步包括一个用于检测检测装置的温度，并将温度信息传递给调节装置的温度传感器。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用在通风装置中利用根据本发明的一个实施例的气体检测装置有效地检测车辆内外的气体从而使新鲜空气流通的方法，该方法包括以下步骤：(a)预先设定一个比检测装置的活性膜的正常温度低或高一预定度数的温度；(b)按照这样一种方式调节检测装置的温度，即首先设定一正常温度，接着调至所述较高温度和所述较低温度，而后调回正常温度并由正常温度调至所述较低温度和所述较高温度并且再调回正常温度；以及(c)在正常通风过程中，检测以上温度循环的传感器电阻滞后量值并将检测的值作为一个参比值加以存储，每一步骤以及各个步骤都将传感器电阻的滞后值与参比值相比较，以便得出它们之间的差，并根据这种差确定外部空气是否被污染，从而控制该通风装置。

本发明的上述的及其他的任务和特性结合附图由以下对所给出的那些最佳实施例的说明将变得更加清楚。在这些附图中：

图1给出一幅显示使用NO_X和碳氢化合物时金属氧化物的反应信号的曲线；

图2(A)和图2(B)给出于本发明的传感器温度起伏变化导致的电阻值的变化的曲线；

图3(A)至图3(c)分别示出描绘基于本发明的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线；

图4(A)至图4(C)分别显示基于本发明的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线；  

图5至图7分别示出本发明的传感器的温度起伏变化的曲线；

图8提供的一幅说明根据本发明的气体检测装置的图解方框图；

图9示出根据本发明的气体检测装置的操作过程的流程图；以及

图10说明基于本发明的传感器的温度起伏变化的电阻值的变化的曲线。

以下将参考附图用例子对本发明作进一步的详细说明。