氣體感應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】一種選擇性地感應(yīng)污染環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體濃度的方法，包括步驟：提供目標(biāo)氣體傳感器(220)，其對(duì)目標(biāo)氣體敏感；提供從環(huán)境空氣得到的第一氣流，該目標(biāo)氣體基本從第一氣流中去除；提供從環(huán)境空氣得到的第二氣流，基本包括與在環(huán)境空氣中相同的目標(biāo)氣體濃度；在第一時(shí)間間隔期間將目標(biāo)氣體傳感器暴露至第一氣流，并且從傳感器獲取第一輸出信號(hào)(Smf)；在與第一時(shí)間間隔不重疊的第二時(shí)間間隔期間將目標(biāo)氣體傳感器暴露至第二氣流，并且獲取第二輸出信號(hào)(Smu)；計(jì)算第一和第二輸出信號(hào)之間的差值(S△)；從計(jì)算的信號(hào)差值(S△)計(jì)算目標(biāo)氣體的濃度。
【專利說(shuō)明】氣體感應(yīng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及氣體傳感器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器的一個(gè)重要應(yīng)用在于室內(nèi)空氣污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，僅用于獲得客觀數(shù)據(jù)，和控制空氣處理單元和/或空氣凈化單元。這種傳感器期望具有以下特征:
[0003]-小尺寸；
[0004]-低成本；
[0005]-低功率要求；
[0006]-在至少數(shù)年的操作期間內(nèi)的最小維護(hù)需求；
[0007]-對(duì)于特定的目標(biāo)氣體或目標(biāo)類別氣體的高靈敏度和高選擇性的結(jié)合。
[0008]在事先不知道待測(cè)量氣體組分的情況下，選擇性是特別重要的。缺乏足夠的選擇性仍然是所有主要傳感器技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題，并且在通常存在未知的不同氣態(tài)污染物的混合物的普通室內(nèi)環(huán)境中造成了嚴(yán)重的應(yīng)用問(wèn)題。
[0009]對(duì)于特定目標(biāo)氣體或者對(duì)于特定類別的目標(biāo)氣體的高選擇性允許所獲得的傳感器信號(hào)被明確地判讀。這個(gè)方面也適用于空氣濕度、空氣溫度和局部空氣速度對(duì)所獲得的傳感器信號(hào)的影響。
[0010]關(guān)于環(huán)境空氣的質(zhì)量，重要的是能夠明確地區(qū)分污染空氣和清潔空氣?？諝饪赡鼙荒承怏w污染(例如甲醒、nox、o3、so2)或某一類氣體(例如所有揮發(fā)性有機(jī)烴氣體類，通常稱為TVOC ;或酸性氣體類，其包括HNOx，S02和有機(jī)羧基氣體)。除了檢測(cè)是否存在某種污染物的能力外，能夠檢測(cè)該污染物的濃度也是重要的。當(dāng)該目標(biāo)氣體的濃度相當(dāng)于或大于其推薦的最大濃度限度時(shí)，空氣則被認(rèn)為是被某種目標(biāo)氣體不可接受地污染。對(duì)于室內(nèi)生活環(huán)境，這些所謂的濃度限制標(biāo)準(zhǔn)是非常低的，即對(duì)于O3和NO2是大約50ppb，對(duì)于TVOC是 0.2-0.3mg / m3,對(duì)于甲醒是 40ppb。
[0011]目前，不存在滿足所有上述要求的達(dá)到令人滿意的程度的傳感器或傳感器技術(shù)。然而，使用金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器或電化學(xué)傳感器在這方面似乎是最有前景的選擇。這特別適用于甲醛的感應(yīng)，甲醛是公認(rèn)的重要空氣污染物，特別是在中國(guó)的居住環(huán)境中。
[0012]然而，金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的一個(gè)重要問(wèn)題是它們?nèi)狈x擇性。數(shù)種克服該問(wèn)題的嘗試已經(jīng)被提出。
[0013]待檢查的氣體，例如環(huán)境空氣，可能包含多種污染物，而且希望能夠分別測(cè)量這些污染物中的每一種的濃度。然而，污染物常常影響其它污染物的測(cè)量。在基本方法中，試圖消除所有“其它”污染物，使得只有一種污染物(即目標(biāo)氣體)殘留:從由此過(guò)濾后的氣體獲得的傳感器輸出信號(hào)將與目標(biāo)氣體含量(濃度)成比例。試圖提高氣體傳感器的感應(yīng)選擇性的此類方法在例如CN101825604和CN101776640中被描述。這些文件提出了用“凈化過(guò)濾器”從空氣中特定地除去干擾氣體。
[0014]這種方法的缺點(diǎn)是，它需要對(duì)“其它”污染物的識(shí)別知識(shí)。然而，氣態(tài)污染物干擾和它們干擾目標(biāo)氣體測(cè)量的程度通常不是預(yù)先已知的。此外，各種不同物理特性的氣體，如H2和乙醇，是已知的對(duì)于電化學(xué)甲醛傳感器的干擾氣體，并且使用小型低成本的無(wú)源過(guò)濾器很難有效地在室溫下從空氣中除去所有這些氣體。因此，一般來(lái)說(shuō)，非常困難或甚至不可能設(shè)計(jì)一種實(shí)用的過(guò)濾器能夠從空氣中去除所有干擾氣體同時(shí)保持其它一切相同。因此，另一種方法是具有一種過(guò)濾器，用于從污染空氣中除去目標(biāo)氣體，并且執(zhí)行兩次測(cè)量:一次是測(cè)量原始的污染空氣，其仍包含目標(biāo)氣體，一次是測(cè)量已經(jīng)去除目標(biāo)氣體的原始污染空氣。從這兩次測(cè)量中獲得的兩個(gè)測(cè)量信號(hào)之間的差值將與目標(biāo)氣體的含量(濃度)成比例。
[0015]一個(gè)名為“Environmental Sensors”的公司最近提出了一種配有可拆裝的甲醒板式過(guò)濾器的便攜式電化學(xué)甲醛傳感器，該過(guò)濾器浸潰有化學(xué)反應(yīng)劑，其能夠?qū)ｉT從進(jìn)入傳感器內(nèi)部的環(huán)境空氣中去除甲醛(參見(jiàn)
[0016]http: / / www.environmentalsensors, com / formaldehyde-monitor-z-300.himl)。甲醛過(guò)濾器還用作擴(kuò)散阻擋層，其限制了氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)入電化學(xué)電池。該甲醛過(guò)濾器可由空白過(guò)濾器手動(dòng)替換，其僅用作擴(kuò)散阻擋層，并因此不從空氣中吸收任何氣體。通過(guò)比較在甲醛過(guò)濾器存在時(shí)所獲得的傳感器信號(hào)與空白過(guò)濾器存在時(shí)的傳感器信號(hào)，獲得的信號(hào)差與甲醛濃度成正比，因?yàn)槠渌?干擾)氣態(tài)污染物的影響被排除。
[0017]該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是兩個(gè)過(guò)濾器只能手動(dòng)進(jìn)行替換，這是不方便的。此外，使用的過(guò)濾器體現(xiàn)為平坦纖維板式過(guò)濾器，其可以僅用從空氣中除去甲醛的非常有限量的反應(yīng)劑浸潰。因此甲醛過(guò)濾器的使用壽命很短，而且在正常室內(nèi)環(huán)境中不實(shí)用。此外，何時(shí)應(yīng)當(dāng)更換使用的甲醛板式過(guò)濾器是未知的。此外，用反應(yīng)劑材料浸潰纖維板式過(guò)濾器導(dǎo)致過(guò)濾器多孔性不可避免地降低，由此改變其擴(kuò)散阻擋特性。后一特性還取決于環(huán)境濕度，因?yàn)橐蕾囉跐穸鹊臐駳獗环磻?yīng)劑吸收。上述情況導(dǎo)致了嚴(yán)重的根據(jù)環(huán)境甲醛濃度對(duì)所獲得信號(hào)差的判讀困難，并導(dǎo)致較大的誤差。
[0018]另一種試圖改善氣體傳感器的感應(yīng)選擇性的方法被描述于例如CN101571506 (Huarui Scientific Instrument Shanghai)。該文件提出了一種電化學(xué)甲醒傳感器，包括第一工作電極、補(bǔ)償電極和公共對(duì)電極。補(bǔ)償電極有效地用作第二工作電極，其特征在于:它設(shè)置有一個(gè)過(guò)濾器，能夠特別地從空氣中去除甲醛。甲醛過(guò)濾器還用作一般的氣體擴(kuò)散阻擋層。第一工作電極設(shè)有虛擬過(guò)濾器并且僅用作氣體擴(kuò)散阻擋層。通過(guò)將從補(bǔ)償電極(貢獻(xiàn)僅來(lái)自干擾氣體)獲得的信號(hào)減去從第一工作電極(其貢獻(xiàn)同時(shí)來(lái)自甲醛和干擾氣體)獲得的傳感器信號(hào)，以獲得差分信號(hào)，其僅考慮空氣中的甲醛濃度并且補(bǔ)償涉及濕度和溫度變化的可能的影響。
[0019]Huarui提供的方案的缺點(diǎn)是，實(shí)際上單個(gè)電化學(xué)傳感器中需要兩個(gè)單獨(dú)的工作電極，如圖1所示。兩個(gè)工作電極之間的小的物理差異可以容易地導(dǎo)致相當(dāng)不同的傳感器響應(yīng)和不同的信號(hào)偏壓，二者均相對(duì)于它們的零讀數(shù)(清潔空氣中)和它們的跨度(每單位濃度的目標(biāo)氣體和/或干擾氣體的信號(hào)差)。因此，如果不是不可能，通常難以根據(jù)目標(biāo)氣體濃度明確地判讀獲得的差分傳感器信號(hào)。因?yàn)檫^(guò)濾器被集成在電化學(xué)傳感器中，所以不能移除或以其它方式操作它們，例如為了校準(zhǔn)傳感器的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的一個(gè)目的是克服或至少減少上述問(wèn)題。[0021]為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，本發(fā)明提出一種方法和一種感測(cè)裝置，用于確定環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體濃度。感測(cè)裝置包括目標(biāo)氣體傳感器、目標(biāo)氣體過(guò)濾器、用于將空氣移動(dòng)穿過(guò)感測(cè)裝置的器件、能夠控制空氣移動(dòng)器件的控制器，以及能夠接收和判讀來(lái)自目標(biāo)氣體傳感器的輸出信號(hào)的評(píng)估單兀。目標(biāo)傳感器被暴露于移動(dòng)的空氣的第一氣體流，其中目標(biāo)氣體濃度基本上與被污染的環(huán)境空氣一樣。目標(biāo)傳感器被暴露于移動(dòng)的空氣的第二氣體流，其包括與移動(dòng)的空氣的第一氣體流基本相同的污染物，不同之處在于，通過(guò)目標(biāo)氣體過(guò)濾器的選擇性過(guò)濾，目標(biāo)氣體基本上已經(jīng)從移動(dòng)的空氣的第二氣體流中去除。然后，相應(yīng)獲得的傳感器輸出信號(hào)之間的差值僅與目標(biāo)污染物的濃度成比例，因此實(shí)現(xiàn)了選擇性。該方法和裝置的優(yōu)點(diǎn)是它僅需要一個(gè)氣體傳感器。
[0022]此外，有利的實(shí)施例和詳述在從屬權(quán)利要求中涉及。
[0023]本發(fā)明還提出了一個(gè)感測(cè)裝置的實(shí)施例，其中兩個(gè)獨(dú)立的氣體傳感器被用于獲得表示目標(biāo)氣體濃度的差分信號(hào)，而且其中，當(dāng)兩個(gè)傳感器都暴露于相同氣體環(huán)境時(shí)，提供器件以均衡各個(gè)傳感器的響應(yīng)。后一種可能性至少部分補(bǔ)償了兩個(gè)傳感器的測(cè)量傳感器響應(yīng)中的可能差異，該測(cè)量傳感器響應(yīng)以目標(biāo)氣體濃度，各干擾氣體的濃度、溫度和相對(duì)濕度為函數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]通過(guò)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述以及參考附圖，本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將得到進(jìn)一步地解釋，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件，其中:
[0025]圖1概略地示出了現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)傳感器；
[0026]圖2示出了傳感器暴露于移動(dòng)的空氣中兩種可能的氣體流，其中一個(gè)氣體流在到達(dá)傳感器之前先通過(guò)目標(biāo)氣體過(guò)濾器；
[0027]圖3A-3C概略地圖示了根據(jù)本發(fā)明的氣體感應(yīng)裝置的第一實(shí)施例；
[0028]圖4-9概略地圖示了根據(jù)本發(fā)明的氣體感應(yīng)裝置的多個(gè)變化的實(shí)施例，其僅需要單個(gè)目標(biāo)氣體傳感器；
[0029]圖10-12概略地圖示了根據(jù)本發(fā)明的氣體感應(yīng)裝置的多個(gè)變化的實(shí)施例，其包括至少兩個(gè)目標(biāo)氣體傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1概略地示出了現(xiàn)有技術(shù)的電化學(xué)傳感器100，包括第一工作電極101、第二工作電極102、參考電極103和公共對(duì)電極104。工作電極101和102兩者共用同一個(gè)對(duì)電極104和同一個(gè)參考電極103,并且暴露于來(lái)自電解質(zhì)儲(chǔ)存器110中同樣的電解質(zhì)溶液111。
[0031]在第一工作電極101上，為特定目標(biāo)氣體設(shè)置了過(guò)濾器121。該過(guò)濾器121有效地從氣流中去除目標(biāo)氣體。過(guò)濾器121和第一工作電極101之間的氣隙被表示為123。在第二工作電極102上，設(shè)置了虛擬過(guò)濾器結(jié)構(gòu)122。該結(jié)構(gòu)122具有類似于過(guò)濾器121的機(jī)械特性，但不能過(guò)濾掉任何空氣污染物。在虛擬過(guò)濾器結(jié)構(gòu)122和第二工作電極102之間的氣隙被表示為124。鄰接工作電極的絕緣體由附圖標(biāo)記140表示?？赏笟獾膫鞲衅魃w件130覆蓋在過(guò)濾器121和虛擬過(guò)濾器結(jié)構(gòu)122上并將它們保持就位。
[0032]所要監(jiān)測(cè)的氣體，例如環(huán)境空氣150，分別緩慢穿過(guò)蓋件130和過(guò)濾器121或者虛擬過(guò)濾器結(jié)構(gòu)122，以分別到達(dá)第一工作電極101或第二工作電極102。因此，第一工作電極101被動(dòng)地暴露到已經(jīng)將目標(biāo)污染物去除的空氣，而第二工作電極102被動(dòng)地暴露于未過(guò)濾的環(huán)境空氣。如果兩個(gè)工作電極101、102具有彼此相同的特性，它們輸出信號(hào)之間的差異與空氣中的目標(biāo)氣體的含量(或濃度)成比例。
[0033]圖2是概略地圖示了本發(fā)明背后的基本原理的附圖。根據(jù)本發(fā)明的氣體感應(yīng)裝置總體上由附圖標(biāo)記I表示，且包括氣體傳感器2和目標(biāo)氣體過(guò)濾器4。只要對(duì)于待感應(yīng)的至少一種目標(biāo)氣體敏感，氣體傳感器2就可以是任何已知的傳感器，因此在此省略氣體傳感器2的更詳細(xì)描述。要注意的是，這樣的氣體傳感器2不需要具有對(duì)目標(biāo)氣體的選擇性。實(shí)際上，氣體傳感器可以對(duì)各種不同的目標(biāo)氣體或目標(biāo)氣體類別敏感。
[0034]裝置I還包括可控器件，其能使從污染的環(huán)境空氣中得到的空氣3沿著至少兩個(gè)不同的氣流路徑中的任一個(gè)流動(dòng)，如兩個(gè)流動(dòng)箭頭5和6所示。目標(biāo)氣體在空氣3中的濃度基本上與在得到空氣3的環(huán)境空氣中相同。在一個(gè)氣流5中，空氣3穿過(guò)目標(biāo)氣體過(guò)濾器4，使得目標(biāo)氣體在空氣到達(dá)傳感器2之前基本上從空氣3中除去。在另一氣流6中，空氣3沒(méi)有穿過(guò)目標(biāo)氣體過(guò)濾器4，使得到達(dá)傳感器2的氣流6具有與在環(huán)境空氣中基本相同的目標(biāo)氣體濃度。空氣3可以是完全未過(guò)濾的環(huán)境空氣，從而空氣6的組成基本上等于環(huán)境空氣的組成。還可能的是，通過(guò)使環(huán)境空氣穿過(guò)過(guò)濾器，從環(huán)境空氣中得到空氣3，其去除了一種或多種氣體成份，但不影響目標(biāo)氣體的濃度。這意味著當(dāng)兩個(gè)氣流5和6到達(dá)傳感器2時(shí)考慮到除了目標(biāo)氣體的其它氣體具有相同的組分，目標(biāo)氣體基本上不在第一氣流5中，而目標(biāo)氣體基本上與原始環(huán)境空氣中的程度相同地存在于第二氣流6中。因此，該傳感器被暴露于具有目標(biāo)氣體的空氣中或無(wú)目標(biāo)氣體的空氣中，所有其它組分都相同，并且這兩種情況下的傳感器輸出信號(hào)中的任何差異都代表了目標(biāo)氣體的含量。
[0035]多種實(shí)施方式是可能的，如下面將要說(shuō)明的。為了允許未過(guò)濾的環(huán)境空氣6到達(dá)氣體傳感器2，使用(自然的)對(duì)流作為空氣移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力可以是足夠的，但也可以使用氣流產(chǎn)生器件，例如通風(fēng)機(jī)或泵。為了使空氣穿過(guò)過(guò)濾器4，對(duì)流通常不足以產(chǎn)生氣流5，所以裝置優(yōu)選包括氣流產(chǎn)生器件，例如通風(fēng)機(jī)，但也可以將裝置連接到壓力差的來(lái)源。氣體感應(yīng)裝置I中的氣流的選擇例如可以通過(guò)使用可控閥和/或可控通風(fēng)機(jī)來(lái)完成。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的氣體感應(yīng)裝置的第一實(shí)施例通常以附圖標(biāo)記200表示，并在圖3A和3B概略地示出。氣體感應(yīng)裝置200包括測(cè)量腔室210和設(shè)置在該測(cè)量腔室210中的氣體傳感器220。
[0037]測(cè)量腔室210具有至少一個(gè)通道211，其允許環(huán)境空氣直接進(jìn)入并允許該環(huán)境空氣不過(guò)濾地到達(dá)測(cè)量腔室210。在所示的實(shí)施例中，設(shè)有兩個(gè)不同的通道211、212，其將測(cè)量腔室210連接到周圍環(huán)境，以便允許對(duì)流。
[0038]氣體感應(yīng)裝置200進(jìn)一步包括空氣管道230，其具有與周圍環(huán)境連通的入口 231以及與測(cè)量腔室210連通的出口 232。該氣體感應(yīng)裝置200進(jìn)一步包括氣體過(guò)濾器234和可控的氣流產(chǎn)生裝置233，例如設(shè)置在空氣管道230中的通風(fēng)機(jī)。該圖示出了布置在入口 231和通風(fēng)機(jī)233之間的氣體過(guò)濾器234，但這個(gè)順序也可顛倒。過(guò)濾器234被選擇用于基本上從穿過(guò)過(guò)濾器的任何空氣中除去待感測(cè)的目標(biāo)氣體,該過(guò)濾器也將被表示為目標(biāo)氣體過(guò)濾器。
[0039]氣體感應(yīng)裝置200進(jìn)一步包括用于控制通風(fēng)機(jī)233的控制設(shè)備240，該控制設(shè)備240具有耦合至通風(fēng)機(jī)233的控制輸入的控制輸出243?？刂圃O(shè)備240可以實(shí)現(xiàn)為例如適當(dāng)編程的微處理器、微控制器等?？刂圃O(shè)備240在該實(shí)施例中集成有用于傳感器信號(hào)評(píng)估的器件，為此，控制設(shè)備240設(shè)置有測(cè)量輸入241，其被連接以接收來(lái)自傳感器220的輸出信號(hào)。要注意的是，傳感器信號(hào)評(píng)估的功能可以在不同單元中實(shí)現(xiàn)，該單元將具有與控制設(shè)備的輸入連接的輸出，從而通風(fēng)機(jī)的控制可以基于傳感器信號(hào)評(píng)估的結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0040]氣體感應(yīng)裝置200能夠運(yùn)行在兩種不同的工作模式。在第一工作模式中，氣體傳感器220暴露在未經(jīng)過(guò)濾的環(huán)境空氣中:該模式在下文中將表示為“未過(guò)濾模式”，而且傳感器220的測(cè)量輸出信號(hào)在此模式將被表示為Smu。在第二工作模式中，氣體傳感器220暴露在由過(guò)濾器234過(guò)濾后的環(huán)境空氣流中:該模式在下文中將表示為“過(guò)濾模式”，而且傳感器220的測(cè)量輸出信號(hào)在此模式將被表示為Smf?？刂圃O(shè)備240能夠計(jì)算出差分信號(hào)S Δ =Smu-Smf,其與在未過(guò)濾的環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體濃度成比例。該差分信號(hào)S Λ可以被看作是構(gòu)成了感應(yīng)裝置200的測(cè)量輸出信號(hào)。要注意的是，一方面接收和處理傳感器輸出信號(hào)的任務(wù)以及另一方面控制通風(fēng)機(jī)的任務(wù)可以由單獨(dú)的計(jì)算/評(píng)估和控制單元來(lái)交替地執(zhí)行。
[0041]圖3Α圖示了在未過(guò)濾模式工作的氣體感應(yīng)裝置200。通風(fēng)機(jī)233被關(guān)閉。未過(guò)濾的環(huán)境空氣213、214的對(duì)流氣流通過(guò)通道211、212到達(dá)測(cè)量腔室210。
[0042]圖3Β圖示了在過(guò)濾模式工作的氣體感應(yīng)裝置200。通風(fēng)機(jī)233被打開(kāi)，使管道230中的環(huán)境空氣235的氣流通過(guò)過(guò)濾器234并到達(dá)測(cè)量腔室210作為過(guò)濾空氣237，經(jīng)由通道212離開(kāi)測(cè)量腔室210，通道212現(xiàn)在用作輸出。
[0043]優(yōu)選地，控制設(shè)備240周期性地打開(kāi)和關(guān)閉通風(fēng)機(jī)233，諸如周期性地在過(guò)濾模式和未過(guò)濾模式之間交替。
[0044]在圖3Α和3Β的示意性布局中，第一通道211示出于管道230和測(cè)量腔室210之間。在這種情況下，應(yīng)該設(shè)計(jì)為，管道230中產(chǎn)生的氣流235的一部分236通過(guò)第一通道211被吹出，以防止未過(guò)濾的環(huán)境空氣到達(dá)測(cè)量腔室210。圖3C圖示了一種布局，其中這一方案很難起作用。
[0045]在上文中已經(jīng)提到，在未過(guò)濾的模式中，未過(guò)濾的環(huán)境空氣可以在通風(fēng)機(jī)關(guān)掉時(shí)對(duì)流地到達(dá)傳感器?？商鎿Q地，也可以使氣體感應(yīng)裝置200包括第二通風(fēng)機(jī)，在未過(guò)濾模式中使未過(guò)濾的環(huán)境空氣氣流通過(guò)一個(gè)通道211進(jìn)入測(cè)量腔室210，然后通過(guò)另一通道212離開(kāi)測(cè)量腔室，或反之亦然。
[0046]在上文中，過(guò)濾工作模式和未過(guò)濾工作模式之間的切換是通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉通風(fēng)機(jī)233來(lái)完成的。還可以通過(guò)選擇性地在一個(gè)方向或相反方向操作通風(fēng)機(jī)233從而獲得這種切換，如圖4所示。管道230被示出為具有兩個(gè)輸入/輸出開(kāi)口 231、232，傳感器220、通風(fēng)機(jī)233和過(guò)濾器234設(shè)置在所述開(kāi)口之間。在該圖的上半部分中，通風(fēng)機(jī)233被操作為從右向左產(chǎn)生氣流，從而傳感器220位于過(guò)濾器234的上游:氣流在到達(dá)過(guò)濾器234之前先到達(dá)傳感器220。這是未過(guò)濾的模式,其中傳感器220被暴露于未過(guò)濾的空氣中，并輸出未過(guò)濾輸出信號(hào)Smu。在該圖的下半部分中，通風(fēng)機(jī)233被操作為從左向右產(chǎn)生氣流，使得傳感器220位于過(guò)濾器234的下游:氣流在到達(dá)傳感器220之前先到達(dá)過(guò)濾器234。這是過(guò)濾模式，其中傳感器220被暴露于過(guò)濾的空氣中，并輸出過(guò)濾輸出信號(hào)Smf。
[0047]要注意的是，通風(fēng)機(jī)233的相對(duì)位置不是一定的:其可以位于開(kāi)口 231與過(guò)濾器234之間、開(kāi)口 232與傳感器220之間，或過(guò)濾器234和傳感器220之間。還要注意，可以使用彼此相反方向設(shè)置的兩個(gè)單向通風(fēng)機(jī)而不是雙向通風(fēng)機(jī)。
[0048]在進(jìn)一步的詳述中，如圖5所示，裝置300具有兩個(gè)不同的過(guò)濾器234和334，它們布置在傳感器220的相反側(cè)面上。而且，通風(fēng)機(jī)233的相對(duì)位置不是一定的。第二過(guò)濾器334具有不同于第一過(guò)濾器234的過(guò)濾特性，因?yàn)樗贿^(guò)濾目標(biāo)氣體。更具體地，第二過(guò)濾器334能夠過(guò)濾特定氣體或一組氣體或一類氣體，并且第一過(guò)濾器234能夠分別過(guò)濾相同的特定氣體或一組氣體或一類氣體，以及目標(biāo)氣體。
[0049]在圖5的下半部分中，其情況與圖4的情況(下半部分)相同:第二過(guò)濾器334在傳感器220的下游，并且對(duì)傳感器輸出信號(hào)Smfl沒(méi)有影響。在該圖的上半部分中，具有相反的氣流方向，第二過(guò)濾器334在傳感器220的上游，使得氣流在到達(dá)傳感器220之前先到達(dá)第二過(guò)濾器334 ;在這種情況下，傳感器輸出信號(hào)被表示為Smf2。在這兩種情況下，傳感器220暴露于過(guò)濾后的氣體中。在這兩種情況下，所述特定氣體或一組氣體或一類氣體已經(jīng)分別從原始環(huán)境氣體中去除。在該圖的下半部分的情況中，第一過(guò)濾器234在傳感器220的上游，目標(biāo)氣體也已經(jīng)被去除。因此，差值信號(hào)SA' =Smf2-Smfl與過(guò)濾后的氣體中的目標(biāo)氣體濃度成比例，因此與未過(guò)濾的環(huán)境氣體中目標(biāo)氣體濃度成比例。該實(shí)施例在期望保護(hù)傳感器220免受某些氣體的影響的情況下是有利的。
[0050]在進(jìn)一步的詳述中，如圖6所示，裝置400的管道230具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 401，其允許環(huán)境氣體403直接到達(dá)傳感器220而不被過(guò)濾。該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 401設(shè)置有可控封閉器件402，該器件402在其輸出242被控制設(shè)備240控制。通過(guò)處于封閉狀態(tài)的可控封閉器件402，情況基本上等同于圖5中的裝置300的情況，而且目標(biāo)氣體濃度可根據(jù)信號(hào)差S Δ , =Smf2-Smfl推斷。現(xiàn)在控制設(shè)備240具有關(guān)閉通風(fēng)機(jī)233并打開(kāi)封閉器件402的附加選擇，以便允許環(huán)境氣體403直接到達(dá)傳感器220，例如通過(guò)對(duì)流?，F(xiàn)在傳感器220提供了由未過(guò)濾的環(huán)境氣體得到的測(cè)量信號(hào)Smu，并且可以計(jì)算出差值信號(hào)SA" =Smu-Smf2，其分別與所述特定氣體或一組氣體或一類氣體的濃度成比例。換言之，裝置400對(duì)彼此獨(dú)立的兩種不同氣體或兩組不同的氣體是有選擇性的，并且可以由裝置400根據(jù)信號(hào)差SA' =Smf2-Smfl和SA〃=Smu-Smf2分別推斷出。很顯然，在該實(shí)施例中，氣體傳感器220對(duì)兩種不同的氣體或兩組不同的氣體應(yīng)該具有足夠的靈敏度，以便對(duì)在環(huán)境空氣中在其各自濃度的互相獨(dú)立的兩種不同氣體或兩組不同的氣體實(shí)現(xiàn)選擇性。
[0051]在進(jìn)一步的詳述中，如圖7所示，裝置400具有布置在傳感器220 —側(cè)的第一過(guò)濾器234和第一通風(fēng)機(jī)233的一系列排列，其中第一過(guò)濾器234和第一通風(fēng)機(jī)233的相對(duì)順序不是一定的，并且具有布置在傳感器220相反側(cè)上的第二過(guò)濾器334和第二通風(fēng)機(jī)533的一系列排列，其中第二過(guò)濾器334和第二通風(fēng)機(jī)533的相對(duì)順序不是一定的。兩個(gè)通風(fēng)機(jī)均可以是雙向通風(fēng)機(jī)，但并不是必要的?？刂圃O(shè)備240還具有關(guān)閉通風(fēng)機(jī)233、533的選擇:這種情況則相當(dāng)于圖6的情況，其中環(huán)境氣體403被允許通過(guò)對(duì)流直接到達(dá)傳感器220?？刂圃O(shè)備240現(xiàn)在具有打開(kāi)兩個(gè)通風(fēng)機(jī)233、533的附加選擇，以產(chǎn)生從開(kāi)口 401向著第一過(guò)濾器234的第一強(qiáng)制氣流404，以及從開(kāi)口 401向著第二過(guò)濾器334的第二強(qiáng)制氣流405。因此，環(huán)境氣體被有效地強(qiáng)制通過(guò)傳感器220，而且未過(guò)濾測(cè)量信號(hào)Smu的獲得不依賴于對(duì)流。
[0052]參考圖5，要注意的是，現(xiàn)在可以通過(guò)關(guān)閉封閉器件402和操作一個(gè)或兩個(gè)通風(fēng)機(jī)233,533以產(chǎn)生圖中從左到右的氣流來(lái)獲得第一過(guò)濾輸出信號(hào)Smf I，使得該情況有效地相當(dāng)于圖5下半部分的情況，還要注意的是，現(xiàn)在可以通過(guò)關(guān)閉封閉器件402和操作一個(gè)或兩個(gè)通風(fēng)機(jī)233、533以產(chǎn)生圖中從右到左的氣流來(lái)獲得第二過(guò)濾輸出信號(hào)Smf2，使得該情況有效地相當(dāng)于圖5上半部分的情況。然而，可替換地，可以通過(guò)打開(kāi)封閉器件402、關(guān)閉第二通風(fēng)機(jī)533和操作第一通風(fēng)機(jī)233以產(chǎn)生圖中從左到右經(jīng)由開(kāi)口 401排出的氣流來(lái)獲得第一過(guò)濾輸出信號(hào)Smf 1，并且可以通過(guò)打開(kāi)封閉器件402、關(guān)閉第一通風(fēng)機(jī)233和操作第二通風(fēng)機(jī)533以產(chǎn)生圖中從右到左經(jīng)由開(kāi)口 401排出的氣流來(lái)獲得第二過(guò)濾輸出信號(hào)Smf2。
[0053]在上述參照?qǐng)D4-7的描述中，傳感器220被描述為布置在“管道”230中，“管道”230在傳感器的相反側(cè)具有輸入/輸出開(kāi)口 231、232。然而，參照?qǐng)D3A-D，也可以將這種布置描述為兩個(gè)管道的組合，每個(gè)具有一個(gè)與周圍環(huán)境連通的輸入/輸出開(kāi)口和一個(gè)與傳感器所在的位置連通的相反的輸入/輸出開(kāi)口，這種位置被稱為測(cè)量腔室。在下面參照?qǐng)D8的描述中，為了方便使用后者的用語(yǔ)。
[0054]圖8的裝置600是圖7的裝置500的進(jìn)一步詳述，圖示了可以有效地使多個(gè)裝置500共用布置在測(cè)量腔室210中的一個(gè)公共傳感器220。該圖示出了具有六個(gè)管道610-660的實(shí)施例，每個(gè)管道具有與周圍環(huán)境連通的第一開(kāi)口 611-661以及與測(cè)量腔室210連通的相反開(kāi)口 612-662。在每個(gè)管道610-660中，布置了串聯(lián)放置的過(guò)濾器613-663和雙向通風(fēng)機(jī)614-664(或其它類型的氣流產(chǎn)生器)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通風(fēng)機(jī)由未在該圖中示出的控制設(shè)備所控制。參照?qǐng)D6和圖7，要注意的是，該裝置600還可以包括一個(gè)開(kāi)口，用于使環(huán)境氣體能夠通過(guò)(如圖6中的)對(duì)流或通過(guò)(如圖7中的)操作所有通風(fēng)機(jī)的抽氣而到達(dá)測(cè)量腔室 210。
[0055]六個(gè)管道610-660 —起限定了三對(duì)管道610、640 ;620、650 ;630、660。每對(duì)管道被布置為這樣的方式，它們各自的第二開(kāi)口 612、642 ;622、652 ;632、662位于測(cè)量腔室210的相反側(cè)上。控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為選擇性地操作所述幾對(duì)管道中的一對(duì)，而不操作其它的管道對(duì)。然后，這對(duì)所選的管道相似于參照?qǐng)D5所討論的實(shí)施例300作用。圖8圖示了管道610和640的這種表現(xiàn):通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂葡鄳?yīng)的通風(fēng)機(jī)614，644，環(huán)境空氣從開(kāi)口 611經(jīng)由測(cè)量腔室210流向開(kāi)口 641，如圖箭頭所示，或沿著相反方向流動(dòng)，從而傳感器220暴露到分別由過(guò)濾器613或過(guò)濾器643選擇性地過(guò)濾的空氣。同樣，管道620和650形成關(guān)聯(lián)的一對(duì):通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂葡鄳?yīng)的通風(fēng)機(jī)624、654，環(huán)境空氣從開(kāi)口 621經(jīng)由測(cè)量腔室210流向開(kāi)口 651，或沿著相反方向流動(dòng)，從而傳感器220暴露到分別由過(guò)濾器623或過(guò)濾器653選擇性地過(guò)濾的空氣。同樣，管道630和660形成關(guān)聯(lián)的一對(duì):通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂葡鄳?yīng)的通風(fēng)機(jī)634、664，環(huán)境空氣從開(kāi)口 631經(jīng)由測(cè)量腔室210流向開(kāi)口 661，或沿著相反方向流動(dòng)，從而傳感器220暴露到分別由過(guò)濾器633或過(guò)濾器663選擇性地過(guò)濾的空氣。
[0056]應(yīng)當(dāng)清楚的是，如果這種對(duì)的數(shù)量等于2或等于4或者更多，相同類型的操作也適用。
[0057]還要注意的是，圖8示出了處于與周圍環(huán)境開(kāi)放連通的所有管道。然而，為了避免不希望的氣流通過(guò)任意一個(gè)未用管道，每個(gè)管道優(yōu)選地裝配可控封閉設(shè)備，例如由控制設(shè)備控制的閥門，其控制封閉設(shè)備以使得未用管道的封閉設(shè)備總是關(guān)閉的，而且有效管道的封閉設(shè)備是一直打開(kāi)的。
[0058]在每一對(duì)相關(guān)聯(lián)的管道中(例如610、640)，相應(yīng)的一對(duì)過(guò)濾器(例如613，643)被設(shè)計(jì)成與參考圖5描述的裝置300相同的形式。因此，該對(duì)過(guò)濾器中的一個(gè)過(guò)濾器(例如613)能夠過(guò)濾特定氣體或一組氣體或一類氣體，并且該對(duì)過(guò)濾器中的另一個(gè)過(guò)濾器(例如643)能夠分別過(guò)濾相同的特定氣體或一組氣體或一類氣體，以及目標(biāo)氣體。當(dāng)不同對(duì)的相關(guān)聯(lián)管道彼此比較時(shí)，相應(yīng)的幾對(duì)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)是不同的，因?yàn)橐粚?duì)過(guò)濾器的目標(biāo)氣體不同于其它對(duì)的過(guò)濾器的目標(biāo)氣體，或者一對(duì)過(guò)濾器的特定氣體或一組氣體或一類氣體不同于其它對(duì)的過(guò)濾器的特定氣體或一組氣體或一類氣體，或者這兩個(gè)原因都有。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)丶せ顜讉€(gè)通風(fēng)機(jī)，當(dāng)僅使用一個(gè)傳感器時(shí)，可以單獨(dú)地獲得關(guān)于多個(gè)氣體濃度的個(gè)體信息，假設(shè)該傳感器對(duì)于環(huán)境空氣中所述多個(gè)氣體的每一種氣體在其各自的濃度具有非零的敏感性。
[0059]如圖8所示的裝置600中，每個(gè)管道都設(shè)置有相關(guān)聯(lián)的通風(fēng)機(jī)。選擇氣流在裝置中采用的路徑并因此選擇哪個(gè)過(guò)濾器在傳感器的上游，是通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂仆L(fēng)機(jī)而完成的。然而，具有相同功能的可替換實(shí)施例可以具有更少的通風(fēng)機(jī)。圖9圖示了一種可替換裝置700，其中每個(gè)管道610-660設(shè)置有由控制設(shè)備(在該圖中未示出)控制的可控封閉設(shè)備615-665，例如實(shí)施為閘門或閥門，使得未用管道620、630、650、660的封閉設(shè)備625、635、655、665 —直被關(guān)閉，而有效管道610、640的封閉設(shè)備615、645 —直是打開(kāi)的。該裝置700具有引導(dǎo)至測(cè)試腔室210或從測(cè)試腔室210引導(dǎo)的公共管道710，以及布置在公共管道710中的通風(fēng)機(jī)714。為了使氣流在兩個(gè)相反方向上流動(dòng)，通風(fēng)機(jī)714可以是雙向通風(fēng)機(jī)，或者可以使用第二通風(fēng)機(jī)714'，如圖所示。
[0060]一對(duì)關(guān)聯(lián)管道中的每個(gè)管道一直經(jīng)由第一歧管701或第二歧管702耦合到公共管道710的一端或另一端。通過(guò)通風(fēng)機(jī)714連續(xù)地操作，選擇氣流在裝置中采用的路徑并因此選擇哪個(gè)過(guò)濾器613在傳感器220的上游，是通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂品忾]裝置而完成的。
[0061]上述實(shí)施例的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)置是相對(duì)簡(jiǎn)單和魯棒的，鑒于這樣的事實(shí)，僅需要單個(gè)氣體傳感器，它們不遭受信號(hào)偏置的問(wèn)題。
[0062]本發(fā)明還提供了一種裝置，其具有兩個(gè)(或多個(gè))傳感器。具有兩個(gè)傳感器的裝置涉及的問(wèn)題是很難確保位于兩個(gè)不同位置的兩個(gè)不同傳感器的傳感器響應(yīng)是相同的。然而，這樣的裝置提供了優(yōu)點(diǎn)，即它可以實(shí)時(shí)提供連續(xù)的結(jié)果，由此使其能夠迅速地注意到快速變化的污染情況，并且事實(shí)上也可以在同一個(gè)空氣樣本上執(zhí)行兩個(gè)測(cè)量。
[0063]圖10圖示了一種氣體傳感器裝置800的實(shí)施例，包括帶有入口 831的空氣管道830，用于使環(huán)境空氣835的氣流進(jìn)入管道830，以及出口 832，用于使氣流排出。目標(biāo)氣體過(guò)濾器834設(shè)置在空氣管道830中。第一傳感器821設(shè)置在過(guò)濾器834的上游,位于入口831和過(guò)濾器834之間，并且第二傳感器822設(shè)置在過(guò)濾器834的下游，位于過(guò)濾器834和出口 832之間。第一傳感器821經(jīng)受過(guò)濾器834上游的未過(guò)濾的空氣；因此它的測(cè)量信號(hào)被表示為Smu。第二傳感器822經(jīng)受過(guò)濾器834下游的過(guò)濾后的空氣；因此它的測(cè)量信號(hào)被表不為Smf。計(jì)算設(shè)備840具有第一輸入841和第二輸入842,第一輸入841接收來(lái)自第一傳感器821的測(cè)量輸出信號(hào)Smu,第二輸入842接收來(lái)自第二傳感器822的測(cè)量輸出信號(hào)Smf,于是能夠從信號(hào)Smu和Smf推斷出空氣中目標(biāo)氣體的濃度。
[0064]為了驅(qū)動(dòng)氣流835，可以在管道830內(nèi)設(shè)置一個(gè)氣流產(chǎn)生器，諸如上述實(shí)施例情況中的通風(fēng)機(jī)，這種產(chǎn)生器可布置在過(guò)濾器834的上游或下游。也可以為該裝置裝配一個(gè)外部氣流產(chǎn)生器，或任何能夠產(chǎn)生入口 831和輸出832之間壓力差的設(shè)備。甚至可以使該裝置與另一個(gè)裝置協(xié)作，例如可獨(dú)立應(yīng)用的空氣凈化器，其將包括通風(fēng)機(jī)以使空氣通過(guò)其凈化器單元，因此形成壓力差。
[0065]當(dāng)兩個(gè)傳感器821、822具有相同的特性，即在其他相同條件的情況下具有相同的響應(yīng)時(shí)，它們的信號(hào)Smu和Smf可以直接進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)差S Δ =Smu-Smf,其與未過(guò)濾的環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體濃度成正比。然而，可能的是，兩個(gè)傳感器821、822相對(duì)于彼此呈現(xiàn)出(可能緩慢漂移)偏移信號(hào)，或即使它們并不偏移，也期望能夠檢查這個(gè)問(wèn)題。圖11圖示了一種氣體感應(yīng)裝置900的實(shí)施例，它是圖10中裝置800的進(jìn)一步詳述。在過(guò)濾器834的下游位置和第二傳感器822的上游位置，管道830設(shè)置有開(kāi)口 970，其允許管道830與周圍環(huán)境連通，開(kāi)口 970設(shè)置有由單元840控制的可控閥門或閘門或門體971，單元840目前不僅用作計(jì)算設(shè)備，而且用作控制設(shè)備。圖中示出了可控閘門971作為可移動(dòng)滑動(dòng)體，但也可以是其它實(shí)施方式。
[0066]當(dāng)閘門971關(guān)閉時(shí)，裝置900在效果上相當(dāng)于圖10中的裝置800。
[0067]當(dāng)閘門971處于其“打開(kāi)”位置時(shí)，兩個(gè)傳感器821、822暴露于未過(guò)濾的環(huán)境空氣中。要注意的是，這種方式甚至可用在管道830兩端沒(méi)有外部壓力差或沒(méi)有其它強(qiáng)制氣流的情況，盡管這種情況下，對(duì)于未過(guò)濾的環(huán)境空氣可能花費(fèi)稍微較長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)相應(yīng)傳感器。優(yōu)選地，傳感器821、822位于靠近開(kāi)口 831、832、970處，以確保快速和完全暴露于未過(guò)濾的環(huán)境空氣中。
[0068]由于這樣的事實(shí)，即傳感器821、822目前暴露于相同組分的氣體，并假設(shè)在兩個(gè)不同感應(yīng)位置的所有其它參數(shù)是彼此相同的或者對(duì)傳感器輸出信號(hào)不具有任何顯著影響，兩個(gè)傳感器輸出信號(hào)應(yīng)當(dāng)理想地彼此相同，并且這些信號(hào)之間的任何差值Λ代表偏移。這種偏移的原因不是已知的，可以用單元840的計(jì)算部分來(lái)補(bǔ)償該偏移。
[0069]因此，裝置900能夠在測(cè)量模式和校準(zhǔn)模式下工作，并且控制設(shè)備840被設(shè)計(jì)成有規(guī)律地切換到校準(zhǔn)模式。在校準(zhǔn)模式中，控制設(shè)備840打開(kāi)閘門971并根據(jù)Λ =Smu-Smf來(lái)計(jì)算接收自兩個(gè)傳感器821、822的兩個(gè)測(cè)量信號(hào)Smu和Smf之間的差值Λ。在測(cè)量模式中，控制設(shè)備840關(guān)閉閘門971，并根據(jù)等式
[0070]S Δ C=Smu-Smf- Δ
[0071]計(jì)算裝置900的補(bǔ)償測(cè)量輸出信號(hào)S Ac，該等式表示在未過(guò)濾環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體的濃度。
[0072]圖12圖示了裝置1000，它是圖10的裝置800的進(jìn)一步詳述，包括可控雙向通風(fēng)機(jī)833，其設(shè)置在管道830中并由位于其輸出843的控制設(shè)備840控制。通過(guò)如圖所示地操作通風(fēng)機(jī)，它的操作相當(dāng)于圖10的裝置800的操作:第一傳感器821位于過(guò)濾器834的上游并且提供未過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)，而第二傳感器822位于過(guò)濾器834的下游并提供過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)。當(dāng)控制設(shè)備840在相反方向上操作該通風(fēng)機(jī)833時(shí)，第二傳感器822位于過(guò)濾器834的上游并提供未過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)，而第一傳感器821位于過(guò)濾器834的下游并提供過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)。目前兩個(gè)傳感器之間的任何偏移可以通過(guò)比較來(lái)自兩個(gè)傳感器的兩個(gè)未過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)和/或通過(guò)比較來(lái)自兩個(gè)傳感器的兩個(gè)過(guò)濾的測(cè)量信號(hào)來(lái)確定。
[0073]要注意的是，如上所述的本發(fā)明原理不依賴于氣體傳感器的類型。基本上，可使用任何已知的氣體傳感器，或甚至將來(lái)的氣體傳感器也可以使用。所述的所有實(shí)施例都能夠自動(dòng)地操作，而不依賴于人為干預(yù)。[0074]此外，要注意的是，如上所述的本發(fā)明原理不依賴于目標(biāo)氣體過(guò)濾器的類型。然而，優(yōu)選使用這樣的過(guò)濾器類型，其結(jié)合了高過(guò)濾效率和低流動(dòng)阻力以及長(zhǎng)過(guò)濾壽命。通過(guò)示例的方式，目標(biāo)氣體過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)可以是波紋結(jié)構(gòu)、平行板結(jié)構(gòu)或粒狀過(guò)濾床。US6071479中公開(kāi)了這種過(guò)濾器，并允許比引言中提到的環(huán)境傳感器所使用的板式過(guò)濾器高得多的目標(biāo)氣體過(guò)濾能力。所述波紋結(jié)構(gòu)和平行板結(jié)構(gòu)優(yōu)選由纖維親水性紙材料或由親水性玻璃纖維材料制成，它能夠容易地被所需試劑種類的水溶液填滿。干燥后，過(guò)濾器中的浸潰反應(yīng)劑種類保持與環(huán)境濕度的水分平衡，并且可以隨后吸收空氣中的目標(biāo)氣體。粒狀過(guò)濾器優(yōu)選由活性炭、沸石、活性氧化鋁或任何其它多孔顆粒材料組成。這些材料也可以很容易地浸潰。這些多孔材料的浸潰使得過(guò)濾器內(nèi)部的空氣通道寬度不變。因此，浸潰不會(huì)改變對(duì)于各氣體種類的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋特性。這些過(guò)濾器的高度很容易被調(diào)節(jié)，由此改變可包括在這些過(guò)濾器中的浸潰量，從而改變它們的有效壽命。浸潰組成物的各種實(shí)例是甲醛、酸性氣體或堿性氣體的有效吸收劑，它們?cè)赨S6071479中公開(kāi)。
[0075]作為一個(gè)例子，在目標(biāo)氣體是甲醛的情況下，有利的水浸潰溶液包含KHCO3(2-20% w / w)、K2CO3(1-20% w / w)、三羥基甲基氨基甲烷(3-30% w / w)、K 甲酸鹽(2-20% w / w)。
[0076]更優(yōu)選的浸潰溶液包含:
[0077]KHCO3 (10% w / w)
[0078]K2CO3 (5 % w / w)
[0079]三羥基甲基氨基甲烷(5-25% w / w)
[0080]K 甲酸鹽(5-10% w / w)
[0081]KHCO3和K2CO3物質(zhì)是堿性浸潰液的示例，這些浸潰液能從空氣中吸收酸性氣體，諸如HN0x，SO2和有機(jī)羧酸。三羥基甲基氨基甲烷是能夠從空氣中吸收甲醛的浸潰液。因此，包括上述更優(yōu)選的浸潰溶液的過(guò)濾器能夠吸收該類氣體，包括HN0x、SO2、有機(jī)羧酸和目標(biāo)氣體甲醛。在三羥基甲基氨基甲烷從優(yōu)選的浸潰溶液中略去的情況下，過(guò)濾器僅能夠吸收的氣體種類包括HN0x，SO2和有機(jī)羧酸。
[0082]盡管本發(fā)明在附圖和前面的描述中進(jìn)行了詳細(xì)的圖示和描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，這些圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是有說(shuō)明性的或示例性的而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例；相反，在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明保護(hù)范圍中，各種變化和修改均是可能的。要注意的是，在日常實(shí)踐中，術(shù)語(yǔ)“環(huán)境空氣”可以涉及我們呼吸的氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔铮诒景l(fā)明的上下文中，感應(yīng)裝置基本上可應(yīng)用于任何類型的氣體環(huán)境，術(shù)語(yǔ)“環(huán)境氣體”用于表示該裝置所放置的氣體環(huán)境。
[0083]進(jìn)而要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有一個(gè)氣體傳感器在兩個(gè)不同的時(shí)間間隔使得該氣體傳感器暴露于兩個(gè)不同的氣流，但這兩個(gè)間隔的順序不是一定的。
[0084]本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)現(xiàn)所要求的發(fā)明時(shí)可以通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其它變化進(jìn)行理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an)”不排除復(fù)數(shù)個(gè)。單個(gè)處理器或其它單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中引用的的若干項(xiàng)功能。僅僅因?yàn)槟承┐胧┯涊d在相互不同的從屬權(quán)利要求中，并不意味著這些技術(shù)措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。[0085]在上文中，已經(jīng)參照框圖對(duì)本發(fā)明加以解釋，其示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的功能模塊。要理解的是，這些功能模塊中的一個(gè)或多個(gè)可以以硬件的形式實(shí)現(xiàn)，其中這種功能模塊的功能是由單個(gè)硬件組件執(zhí)行的，但還可能的是，這些功能模塊中的一個(gè)或多個(gè)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得這種功能模塊的功能由諸如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等的計(jì)算機(jī)程序或可編程設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)程序行執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.一種確定環(huán)境空氣中目標(biāo)氣體的濃度的方法，所述方法包括步驟: 提供目標(biāo)氣體傳感器(220)，所述目標(biāo)氣體傳感器(220)至少對(duì)所述目標(biāo)氣體敏感； 提供從所述環(huán)境空氣得到的第一氣流(5)，所述目標(biāo)氣體從所述第一氣流中基本上去除； 提供從所述環(huán)境空氣得到的第二氣流(6)，基本上不去除所述目標(biāo)氣體； 將所述目標(biāo)氣體傳感器(220)暴露至所述第一氣流，并且從所述目標(biāo)氣體傳感器獲取第一傳感器信號(hào)(Smf)； 將所述目標(biāo)氣體傳感器(220)暴露至所述第二氣流，并且從所述目標(biāo)氣體傳感器獲取第二傳感器信號(hào)(Smu)； 從所述第一傳感器信號(hào)和所述第二傳感器信號(hào)確定所述目標(biāo)氣體的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二氣流是未過(guò)濾的環(huán)境空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中不包括所述目標(biāo)氣體的至少一種特定氣體、或一組氣體、或一類氣體從所述第一氣流和所述第二氣流兩者中基本上去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣流是通過(guò)操作可控氣流產(chǎn)生器(233)產(chǎn)生的，并且其中所述第二氣流是通過(guò)關(guān)閉所述可控氣流產(chǎn)生器(233)產(chǎn)生的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣流是通過(guò)在第一方向操作可控氣流產(chǎn)生器(233)產(chǎn)生的，并且其中所述第二氣流是通過(guò)在相反方向操作所述可控氣流產(chǎn)生器(233)產(chǎn)生的。
6.一種用于確定環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體的濃度的氣體感應(yīng)裝置(200)，所述裝置包括: 至少一個(gè)目標(biāo)氣體傳感器(220)和目標(biāo)氣體過(guò)濾器(234)； 至少一個(gè)可控氣流產(chǎn)生器件(233)，用于產(chǎn)生從所述環(huán)境空氣得到的氣流； 控制設(shè)備(240)，用于控制所述氣流產(chǎn)生裝置并接收來(lái)自所述目標(biāo)氣體傳感器(220)的測(cè)量輸出信號(hào)； 所述裝置能夠選擇性地以至少兩種不同的工作模式工作； 其中在第一工作模式中，所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為控制所述氣流產(chǎn)生器件(233)以產(chǎn)生通過(guò)所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器(234)至所述目標(biāo)氣體傳感器(220)的第一氣流(5)，所述目標(biāo)氣體傳感器(220)位于所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器(234)的下游； 其中在第二工作模式中，所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為允許第二氣流(6)到達(dá)所述目標(biāo)氣體傳感器(220)，所述第二氣流包括與在環(huán)境空氣中相同濃度的目標(biāo)氣體； 其中所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為在所述第一工作模式中接收來(lái)自所述目標(biāo)氣體傳感器的第一傳感器輸出信號(hào)Smf，并且在所述第二工作模式中接收來(lái)自所述目標(biāo)氣體傳感器的第二傳感器輸出信號(hào)Smu，其中所述控制設(shè)備(240)被設(shè)計(jì)為從所述第一傳感器輸出信號(hào)Smf和所述第二傳感器輸出信號(hào)Smu確定所述環(huán)境空氣中的所述目標(biāo)氣體的濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中在所述第二工作模式中，所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為關(guān)閉所述氣流產(chǎn)生器件(233)，以允許未過(guò)濾的環(huán)境空氣對(duì)流地到達(dá)所述目標(biāo)氣體傳感器(220)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中在所述第二工作模式中，所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為操作所述氣流產(chǎn)生器件(233)，以產(chǎn)生與所述第一氣流的方向相反的方向的第二氣流。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，進(jìn)一步包括第二氣流產(chǎn)生器件(533)，其中在所述第二工作模式中，所述控制設(shè)備被設(shè)計(jì)為操作所述第二氣流產(chǎn)生器件(533)，以產(chǎn)生與所述第一氣流的方向相反的方向的第二氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體感應(yīng)裝置，進(jìn)一步包括第二氣體過(guò)濾器(334)，其中所述第二氣體過(guò)濾器被設(shè)計(jì)為從環(huán)境空氣中去除至少一種特定氣體或一組氣體或一類氣體，其中所述第一目標(biāo)氣體過(guò)濾器(234)被設(shè)計(jì)為從環(huán)境空氣中去除與所述第二氣體過(guò)濾器(334)所去除相同的氣體以及所述目標(biāo)氣體，并且其中在所述第一工作模式中所述傳感器位于所述第一目標(biāo)氣體過(guò)濾器(234)的下游，而在所述第二工作模式中，所述傳感器位于所述第二氣體過(guò)濾器(334)的下游。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣體感應(yīng)裝置，進(jìn)一步包括第二組的目標(biāo)氣體過(guò)濾器(623)以及在所述傳感器(220)相反側(cè)的第二氣體過(guò)濾器(653)，并且進(jìn)一步包括可控氣流選擇器件，用于使氣流經(jīng)由所述第一目標(biāo)氣體過(guò)濾器(613)或相應(yīng)的第二過(guò)濾器(643)或經(jīng)由所述第二目標(biāo)氣體過(guò)濾器(623)或相應(yīng)的第二過(guò)濾器(653)到達(dá)所述傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體感應(yīng)裝置，其中所述控制設(shè)備(240)被設(shè)計(jì)為在所述第一工作模式和所述第二工作模式之間有規(guī)律的交替。
13.一種用于確定環(huán)境空氣中的目標(biāo)氣體的濃度的氣體感應(yīng)裝置(800)，所述裝置包括: 串聯(lián)布置的目標(biāo)氣體過(guò)濾器(834)和位于所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器相反兩側(cè)上的兩個(gè)氣體傳感器(821 ;822),其中第一氣體傳感器(821)布置在所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器(843)的上游，用于提供關(guān)于未過(guò)濾的環(huán)境氣體的測(cè)量輸出信號(hào)(Smu),并且第二氣體傳感器(822)布置在所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器(334)的下游，用于提供關(guān)于過(guò)濾的環(huán)境氣體的測(cè)量輸出信號(hào)(Smf);計(jì)算設(shè)備(840)接收來(lái)自所述氣體傳感器(821，822)的所述測(cè)量輸出信號(hào)； 其中所述計(jì)算設(shè)備(840)被設(shè)計(jì)為計(jì)算所述兩個(gè)測(cè)量輸出信號(hào)之間的差值信號(hào)(S Δ =Smu-Smf)，并且從所述差值信號(hào)得到環(huán)境空氣中的所述目標(biāo)氣體的濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體感應(yīng)裝置(400)，進(jìn)一步設(shè)置有開(kāi)口(970)，其位于所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器(843)的下游和所述第二傳感器(822)的上游，所述開(kāi)口(970)設(shè)置有可控封閉設(shè)備(971)； 所述裝置包括用于控制所述封閉設(shè)備(971)的控制設(shè)備(840)； 其中所述裝置能夠在校準(zhǔn)模式工作，其中所述控制設(shè)備(840)被設(shè)計(jì)為打開(kāi)所述封閉設(shè)備(971)并計(jì)算接收自所述兩個(gè)傳感器(821 ；822)的兩個(gè)測(cè)量信號(hào)(Smu，Smf)之間的差值(Λ )，所述差值表示所述兩個(gè)傳感器之間的偏移； 并且其中所述裝置能夠在測(cè)量模式工作，其中所述控制設(shè)備(840)被設(shè)計(jì)為關(guān)閉所述封閉設(shè)備(971)并根據(jù)以下等式計(jì)算所述裝置(900)的補(bǔ)償測(cè)量輸出信號(hào)(SA C)，所述補(bǔ)償測(cè)量輸出信號(hào)表示所述氣體中的污染物的濃度，所述等式為S Δ C=Smu-Smf- Δ其中: SΔC表示所述補(bǔ)償測(cè)量輸出信號(hào)； Smu表不所述第一氣體傳感器(321)的所述測(cè)量輸出信號(hào)； Smf表示所述第二氣體傳感器(322)的所述測(cè)量輸出信號(hào)；Λ表示在所述校準(zhǔn)模式計(jì)算的所述差值。
15.根據(jù)權(quán)利要求6或13所述的氣體感應(yīng)裝置，其中所述目標(biāo)氣體過(guò)濾器包括具有空氣通道的載體結(jié)構(gòu)，所述載體材料浸潰有有效吸收目標(biāo)污染成分的浸潰組合物，并且其中如果所述目標(biāo)污染成分是甲醒，所述浸潰組合物優(yōu)選包括KHC03、K2CO3、三羥基甲基氨基甲烷以及K甲酸鹽。
【文檔編號(hào)】G01N1/22GK103649738SQ201280034536
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月13日
【發(fā)明者】J·馬拉, J·H·克洛特維杰克, J·B·吉斯伯斯, N·M·A·德維爾德, M·馬爾德, R·A·H·尼森, P·范德林德 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司