一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器，包括：橋體；橋體外側(cè)繞接有環(huán)形加熱器；橋體內(nèi)側(cè)設(shè)置有測(cè)溫鉑電阻、一對(duì)參比敏感元件和測(cè)量敏感元件；環(huán)形加熱器、測(cè)溫鉑電阻、參比敏感元件和測(cè)量敏感元件通過(guò)電路板的焊點(diǎn)與帶插頭的電纜組件相連；橋體底部一端設(shè)置有樣氣入口，另一端設(shè)置有與樣氣入口相連通的樣氣出口；在橋體底部設(shè)置有與測(cè)量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。本發(fā)明中使用一對(duì)測(cè)量敏感元件和參比敏感元件在100mA電流下以相同溫度系數(shù)配對(duì)，降低了配對(duì)難度。由環(huán)形加熱器、測(cè)溫鉑電阻組成精密的恒溫裝置，不會(huì)在熱導(dǎo)式氣體傳感器中產(chǎn)生溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)了熱導(dǎo)式氣體傳感器的高穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體分析【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在線氣體分析儀廣泛應(yīng)用于流程工業(yè)、環(huán)保節(jié)能和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，以年為時(shí)間周期進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，提供準(zhǔn)確、可靠、適時(shí)的物質(zhì)成分分析。因此，穩(wěn)定性是在線分析儀的核心技術(shù)指標(biāo)。在線氣體分析儀最核心的部件是氣體傳感器，氣體傳感器的穩(wěn)定性決定了在線氣體分析儀的穩(wěn)定性。
[0003]熱導(dǎo)式氣體分析儀是在線分析儀中的典型產(chǎn)品，用于分析樣氣中的氫氣、氬氣、氦氣等單元素氣體。熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱導(dǎo)式氣體傳感器中包含兩個(gè)的測(cè)量敏感元件和兩個(gè)參比敏感元件組成等臂電橋。測(cè)量敏感元件和參比敏感元件采用常溫靜態(tài)冷電阻值配對(duì)工藝。配對(duì)時(shí)通過(guò)熱導(dǎo)敏感元件的電流很小，當(dāng)組成電橋通以200mA上橋電流時(shí),流經(jīng)敏感元件的電流是IOOmA,會(huì)產(chǎn)生超過(guò)110°C的自熱效應(yīng)，由此,兩個(gè)測(cè)量敏感元件和兩個(gè)參比敏感元件的溫度系數(shù)出現(xiàn)明顯的失配狀態(tài)，會(huì)引起比較大的漂移，大大降低了熱導(dǎo)式氣體分析儀的穩(wěn)定性。即使冷態(tài)阻值配對(duì)正確，周?chē)h(huán)境溫度的變化也會(huì)引起敏感元件的溫度系數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致敏感元件不匹配，也會(huì)造成熱導(dǎo)式氣體傳感器穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。
[0004]而且,現(xiàn)有技術(shù)中熱導(dǎo)式氣體傳感器中存在一定的溫度梯度,其中的樣氣產(chǎn)生熱對(duì)流效應(yīng)，引起對(duì)儀器的共生信息干擾和噪音，也會(huì)造成熱導(dǎo)式氣體傳感器穩(wěn)定性低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中熱導(dǎo)式氣體傳感器穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案:
[0007]—種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器，其特征在于，包括:
[0008]橋體；
[0009]橋體外側(cè)繞接有環(huán)形加熱器；
[0010]橋體內(nèi)側(cè)設(shè)置有測(cè)溫鉬電阻、參比敏感元件和測(cè)量敏感元件；
[0011]環(huán)形加熱器、測(cè)溫鉬電阻、參比敏感元件和測(cè)量敏感元件通過(guò)電路板的焊點(diǎn)與帶插頭的電纜組件相連；
[0012]橋體底部一端設(shè)置有樣氣入口，另一端設(shè)置有與樣氣入口相連通的樣氣出口 ；
[0013]在橋體底部設(shè)置有與測(cè)量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。
[0014]優(yōu)選地，測(cè)溫鉬電阻和參比敏感元件在IOOmA電流下以相同溫度系數(shù)配對(duì)。
[0015]優(yōu)選地，測(cè)量敏感元件和參比敏感元件以完全對(duì)稱(chēng)方式設(shè)置于環(huán)形加熱器中。
[0016]優(yōu)選地，還包括:參比敏感元件和測(cè)量敏感元件通過(guò)電路板上的焊點(diǎn)與設(shè)置在電路板上的六個(gè)電阻組成復(fù)合橋式電路。[0017]通過(guò)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有如下的有益效果:由于測(cè)量敏感元件和參比敏感元件在IOOmA電流下工作，因此在IOOmA電流下以相同溫度系數(shù)配對(duì)的測(cè)溫敏感元件和參比敏感元件，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中在常溫情況下配對(duì)的測(cè)量敏感元件和參比敏感元件具有更好的匹配和穩(wěn)定性。而且，本發(fā)明中由環(huán)形加熱器和測(cè)溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，樣氣在氣體傳感器中不會(huì)發(fā)生熱對(duì)流效應(yīng)，提高了熱導(dǎo)式氣體傳感器的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一公開(kāi)的一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二公開(kāi)的一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的復(fù)合橋式電路。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明公開(kāi)了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中熱導(dǎo)式氣體傳感器穩(wěn)定性低的問(wèn)題。
[0022]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]實(shí)施例一
[0024]圖1示出了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
[0025]橋體8 ；
[0026]橋體8外側(cè)繞接有環(huán)形加熱器5 ；
[0027]橋體8內(nèi)側(cè)設(shè)置有測(cè)溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測(cè)量敏感元件7 ；
[0028]環(huán)形加熱器5、測(cè)溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測(cè)量敏感元件7通過(guò)電路板3的焊點(diǎn)與帶插頭的電纜組件I相連；
[0029]橋體8的底部一端設(shè)置有樣氣入口 10，另一端設(shè)置有與樣氣入口 10相連通的樣氣出口 6 ;
[0030]在橋體8的底部設(shè)置有與測(cè)量敏感元件7的底部相連通的樣氣孔11。
[0031]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例一中，橋體8包含:側(cè)壁圍成的中空腔體，腔體外側(cè)繞接有環(huán)形加熱器5 ;腔體中設(shè)置有測(cè)溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測(cè)量敏感元件7。腔體頂端設(shè)置有電路板3。
[0032]帶插頭的電纜組件I為高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器提供電源，同時(shí)連接其他設(shè)備。
[0033]樣氣可以通過(guò)樣氣孔11擴(kuò)散到測(cè)量敏感元件9的底部，從而測(cè)量敏感元件9可以檢測(cè)樣氣中單元素氣體的含量。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)中使用兩對(duì)測(cè)量敏感元件和測(cè)溫敏感元件相比，在本發(fā)明實(shí)施例一中僅使用一對(duì)測(cè)量敏感元件和測(cè)溫敏感元件，減少了熱導(dǎo)式氣體傳感器中元件的數(shù)量，降低了熱導(dǎo)式氣體傳感器的制作成本與配對(duì)難度，縮短了熱導(dǎo)式氣體傳感器的啟動(dòng)預(yù)熱時(shí)間。
[0035]在本發(fā)明實(shí)施例一中，測(cè)量敏感元件9和參比敏感元件7在IOOmA電流以相同溫度系數(shù)配對(duì)。
[0036]需要說(shuō)明的是,測(cè)量敏感元件9和參比敏感元件7在通過(guò)電流100mA、自熱溫度約110°c的情況下工作，因此在IOOmA電流下以相同溫度系數(shù)配對(duì)的測(cè)量敏感元件9和參比敏感元件7，能夠保證在工作時(shí)的溫度系數(shù)相同，不會(huì)產(chǎn)生漂移，從而提高了氣體傳感器的穩(wěn)定性。
[0037]在本發(fā)明實(shí)施例一中，測(cè)溫敏感元件9和參比敏感元件7的材質(zhì)為高純超細(xì)鉬絲包覆玻璃。
[0038]需要說(shuō)明的是，高純超細(xì)鉬絲包覆玻璃能耐強(qiáng)化學(xué)腐蝕，從而延長(zhǎng)了測(cè)溫敏感元件9和參比敏感元件7的使用壽命。
[0039]在本發(fā)明實(shí)施例一中，測(cè)溫敏感元件9和參比敏感元件7對(duì)稱(chēng)設(shè)置于測(cè)溫鉬電阻4兩側(cè)。
[0040]環(huán)形加熱器5非均勻地繞接在橋體8的腔壁上，具體的繞接方式如下:環(huán)形加熱器5自上而下依次分為第一部分、第二部分和第三部分；
[0041]第一部分繞接的密度大于第二部分繞接的密度；
[0042]三部分繞接的密度大于第一部分繞接的密度。
[0043]在現(xiàn)有技術(shù)中，氣體傳感器中存在一定的溫度梯度，樣氣會(huì)在氣體傳感器中產(chǎn)生熱對(duì)流效應(yīng)，從而引起傳感器的共生信息干擾和噪音。
[0044]在本發(fā)明實(shí)施例一中，為消除溫度梯度，環(huán)形加熱器5非均勻的繞制在橋體8的腔體的外側(cè)，可以獲得溫度梯度接近于零的均勻溫度場(chǎng)，從而在測(cè)量敏感元件9和測(cè)溫敏感元件7在工作時(shí)，只檢測(cè)到樣氣在被測(cè)組份的熱傳導(dǎo)效應(yīng)；由于不存在溫差，樣氣不會(huì)產(chǎn)生熱對(duì)流效應(yīng)，從而可以有效避免傳感器因熱對(duì)流效應(yīng)產(chǎn)生的共生信息干擾和噪音。
[0045]底座8和元件支撐架11采用不銹鋼制成，橋體8為直徑40mm、高40mm的圓柱體。橋體8的形狀、材質(zhì)、尺寸可以根據(jù)實(shí)際情況改變，在此不再贅述。
[0046]高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器還包括:保護(hù)罩2 ；
[0047]保護(hù)罩2將橋體8的腔體和環(huán)形加熱器5罩接在橋體8的底座上。保護(hù)罩能對(duì)環(huán)形加熱器5、橋體8的腔體、和橋體8的腔體中的各個(gè)元器件起到隔離保護(hù)的作用，從而提高了熱導(dǎo)式氣體傳感器的穩(wěn)定性。
[0048]在本發(fā)明實(shí)施例一中，電纜組件I是具有插頭的電纜組件，熱導(dǎo)式氣體傳感器通過(guò)帶插頭的電纜組件與氣體分析儀的其他部分相連接，同時(shí)，帶插頭的電纜組件為熱導(dǎo)式氣體傳感器提供電源。
[0049]由于，本發(fā)明中僅使用一對(duì)測(cè)量敏感元件和參比敏感元件在IOOmA電流以相同溫度系數(shù)配對(duì)，降低了測(cè)量敏感元件和參比敏感元件的配對(duì)難度。本發(fā)明中由環(huán)形加熱器、測(cè)溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，樣氣在熱導(dǎo)式氣體傳感器中不會(huì)發(fā)生對(duì)流，從而提高了氣體傳感器的穩(wěn)定性。
[0050]實(shí)施例二
[0051]本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例二公開(kāi)了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器中的復(fù)合橋式電路。
[0052]如圖2所示，公開(kāi)了一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器中的復(fù)合橋式電路。參比敏感元件Rl和測(cè)量敏感元件R2通過(guò)電路板上的焊點(diǎn)與設(shè)置在電路板上的六個(gè)電阻組成復(fù)合橋式電路。
[0053]與電路板(圖中未示出)相連的測(cè)量敏感元件Rl和測(cè)溫敏感元件R2,還包括:設(shè)置于電路板上的六個(gè)具有固定阻值的電阻，分別為:R3、R4、R5、R6、R7和R8。R1、R2、R3、R4組成測(cè)量電橋，R5、R6、R7、R8組成輔助電橋，測(cè)量電橋和輔助電橋組成復(fù)合橋式電路。復(fù)合橋式電路的具體連接方式如下所示:
[0054]Rl的一端和R2的一端連接組成的公共點(diǎn)、R5的一端和R6的一端連接組成的公共點(diǎn)和電源正極連接；
[0055]R2的另一端和R3的一端連接組成的公共點(diǎn)、R6的另一端和R7的一端連接組成的公共點(diǎn)和輸出端負(fù)極連接；
[0056]R3的另一端和R4的一端連接組成的公共點(diǎn)、R7的一端和R8的一端連接組成的公共點(diǎn)、和電源負(fù)極連接；
[0057]R4的另一端連接Rl的另一端組成的公共點(diǎn)、R8的另一端和R5的另一端連接組成的公共點(diǎn)、和輸出端正極連接。
[0058]需要說(shuō)明的是，具有固定阻值的電阻都是精密線繞電阻。復(fù)合電橋電路由直流穩(wěn)壓電源E供電，上橋電流為I，約為200mA，流過(guò)每個(gè)熱導(dǎo)式敏感電阻元件的直流電流接近IOOmA,自熱溫升約為110°C。V為復(fù)合電橋線路的不平衡輸出信號(hào)。
[0059]在生產(chǎn)調(diào)校過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)熱導(dǎo)式氣體傳感器的穩(wěn)定性還不能令人滿(mǎn)意，可以通過(guò)調(diào)整輔助電橋的阻值，實(shí)現(xiàn)降低漂移的后期特殊工藝校正，從而有效保障熱導(dǎo)式氣體傳感器的高穩(wěn)定性、進(jìn)而有效保障熱導(dǎo)式氣體分析儀的高穩(wěn)定性。
[0060]實(shí)施例三
[0061]依據(jù)實(shí)施例一中公開(kāi)的一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)不意圖和實(shí)施例二中公開(kāi)的一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器的復(fù)合橋式電路，當(dāng)樣氣中含有單元素氣體氫氣時(shí)，具體的檢測(cè)過(guò)程如下:
[0062]首先，含有單元素氣體氫氣的樣氣以0.5?1.0L/min的流量從傳感器的樣氣入口進(jìn)入傳感器，從樣氣出口排放；
[0063]其次，當(dāng)樣氣通過(guò)設(shè)置在樣氣管道與測(cè)量敏感元件底部相連通的樣氣孔，擴(kuò)散到測(cè)量敏感元件周?chē)?，?fù)合橋式電路輸出不穩(wěn)定信號(hào)V ;
[0064]因?yàn)闅錃獾南鄬?duì)熱導(dǎo)率是空氣的7.13倍，熱傳導(dǎo)特別快，導(dǎo)致測(cè)量敏感元件的溫度下降，阻值降低，復(fù)合橋式電路輸出一個(gè)十分穩(wěn)定的不平衡信號(hào)V。依據(jù)輸出信號(hào)V與氫氣在樣氣中的含量成線性關(guān)系，輸出氫氣含量。
[0065]由此，可以檢測(cè)出樣氣中單元素氣體氫氣的含量。
[0066]本發(fā)明還公開(kāi)了一種熱導(dǎo)式氣體氣體分析儀，包括上述各個(gè)熱導(dǎo)式氣體傳感器。
[0067]由于上述各個(gè)熱導(dǎo)式氣體傳感器的穩(wěn)定性通過(guò)使用一對(duì)測(cè)量敏感元件和參比敏感元件在IOOmA電流以相同溫度系數(shù)配對(duì)，降低了測(cè)量敏感元件和參比敏感元件的配對(duì)難度。設(shè)置環(huán)形加熱器、測(cè)溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，樣氣在熱導(dǎo)式氣體傳感器中不會(huì)發(fā)生熱對(duì)流效應(yīng)，提高了熱導(dǎo)式氣體傳感器的穩(wěn)定性。從而提高了應(yīng)用該熱導(dǎo)式氣體傳感器的熱導(dǎo)式分析儀的穩(wěn)定性。
[0068]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相呼應(yīng)，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。
[0069]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高穩(wěn)定熱導(dǎo)式氣體傳感器，其特征在于，包括: 橋體； 所述橋體外側(cè)繞接有環(huán)形加熱器； 所述橋體內(nèi)側(cè)設(shè)置有測(cè)溫鉬電阻、參比敏感元件和測(cè)量敏感元件； 所述環(huán)形加熱器、所述測(cè)溫鉬電阻、所述參比敏感元件和所述測(cè)量敏感元件通過(guò)電路板的焊點(diǎn)與帶插頭的電纜組件相連； 所述橋體底部一端設(shè)置有樣氣入口，另一端設(shè)置有與所述樣氣入口相連通的樣氣出Π ； 在所述橋體底部設(shè)置有與所述測(cè)量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述測(cè)量敏感元件和所述參比敏感元件在IOOmA電流下以相同溫度系數(shù)配對(duì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述測(cè)溫敏感元件和所述參比敏感元件以完全對(duì)稱(chēng)方式設(shè)置于所述環(huán)形加熱器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，還包括:所述參比敏感元件和所述測(cè)量敏感元件通過(guò)電路板上的焊點(diǎn)與設(shè)置在所述電路板上的六個(gè)電阻組成復(fù)合橋式電路。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103512916SQ201210224027
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】金義忠, 姜培剛, 鄧發(fā)榮 申請(qǐng)人:重慶凌卡分析儀器有限公司