一種高穩定熱導式氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高穩定熱導式氣體傳感器，包括：橋體；橋體外側繞接有環形加熱器；橋體內側設置有測溫鉑電阻、一對參比敏感元件和測量敏感元件；環形加熱器、測溫鉑電阻、參比敏感元件和測量敏感元件通過電路板的焊點與帶插頭的電纜組件相連；橋體底部一端設置有樣氣入口，另一端設置有與樣氣入口相連通的樣氣出口；在橋體底部設置有與測量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。本發明中使用一對測量敏感元件和參比敏感元件在100mA電流下以相同溫度系數配對，降低了配對難度。由環形加熱器、測溫鉑電阻組成精密的恒溫裝置，不會在熱導式氣體傳感器中產生溫度梯度，從而實現了熱導式氣體傳感器的高穩定。
【專利說明】一種高穩定熱導式氣體傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣體分析【技術領域】，尤其涉及一種高穩定熱導式氣體傳感器。
【背景技術】
[0002]在線氣體分析儀廣泛應用于流程工業、環保節能和科學實驗中，以年為時間周期進行運轉，提供準確、可靠、適時的物質成分分析。因此，穩定性是在線分析儀的核心技術指標。在線氣體分析儀最核心的部件是氣體傳感器，氣體傳感器的穩定性決定了在線氣體分析儀的穩定性。
[0003]熱導式氣體分析儀是在線分析儀中的典型產品，用于分析樣氣中的氫氣、氬氣、氦氣等單元素氣體。熱導式氣體分析儀的熱導式氣體傳感器中包含兩個的測量敏感元件和兩個參比敏感元件組成等臂電橋。測量敏感元件和參比敏感元件采用常溫靜態冷電阻值配對工藝。配對時通過熱導敏感元件的電流很小，當組成電橋通以200mA上橋電流時,流經敏感元件的電流是IOOmA,會產生超過110°C的自熱效應，由此,兩個測量敏感元件和兩個參比敏感元件的溫度系數出現明顯的失配狀態，會引起比較大的漂移，大大降低了熱導式氣體分析儀的穩定性。即使冷態阻值配對正確，周圍環境溫度的變化也會引起敏感元件的溫度系數發生變化，導致敏感元件不匹配，也會造成熱導式氣體傳感器穩定性降低的問題。
[0004]而且,現有技術中熱導式氣體傳感器中存在一定的溫度梯度,其中的樣氣產生熱對流效應，引起對儀器的共生信息干擾和噪音，也會造成熱導式氣體傳感器穩定性低的問題。

【發明內容】

[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高穩定熱導式氣體傳感器，以克服現有技術中熱導式氣體傳感器穩定性降低的問題。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下的技術方案:
[0007]—種高穩定熱導式氣體傳感器，其特征在于，包括:
[0008]橋體；
[0009]橋體外側繞接有環形加熱器；
[0010]橋體內側設置有測溫鉬電阻、參比敏感元件和測量敏感元件；
[0011]環形加熱器、測溫鉬電阻、參比敏感元件和測量敏感元件通過電路板的焊點與帶插頭的電纜組件相連；
[0012]橋體底部一端設置有樣氣入口，另一端設置有與樣氣入口相連通的樣氣出口 ；
[0013]在橋體底部設置有與測量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。
[0014]優選地，測溫鉬電阻和參比敏感元件在IOOmA電流下以相同溫度系數配對。
[0015]優選地，測量敏感元件和參比敏感元件以完全對稱方式設置于環形加熱器中。
[0016]優選地，還包括:參比敏感元件和測量敏感元件通過電路板上的焊點與設置在電路板上的六個電阻組成復合橋式電路。[0017]通過上述技術方案可知，本發明具有如下的有益效果:由于測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配對的測溫敏感元件和參比敏感元件，相對于現有技術中在常溫情況下配對的測量敏感元件和參比敏感元件具有更好的匹配和穩定性。而且，本發明中由環形加熱器和測溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會產生溫度梯度，樣氣在氣體傳感器中不會發生熱對流效應，提高了熱導式氣體傳感器的穩定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發明實施例一公開的一種高穩定熱導式氣體傳感器的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例二公開的一種高穩定熱導式氣體傳感器的復合橋式電路。
【具體實施方式】
[0021]本發明公開了一種高穩定熱導式氣體傳感器，以克服現有技術中熱導式氣體傳感器穩定性低的問題。
[0022]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0023]實施例一
[0024]圖1示出了一種高穩定熱導式氣體傳感器的結構示意圖，包括:
[0025]橋體8 ；
[0026]橋體8外側繞接有環形加熱器5 ；
[0027]橋體8內側設置有測溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測量敏感元件7 ；
[0028]環形加熱器5、測溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測量敏感元件7通過電路板3的焊點與帶插頭的電纜組件I相連；
[0029]橋體8的底部一端設置有樣氣入口 10，另一端設置有與樣氣入口 10相連通的樣氣出口 6 ;
[0030]在橋體8的底部設置有與測量敏感元件7的底部相連通的樣氣孔11。
[0031]需要說明的是，在本發明實施例一中，橋體8包含:側壁圍成的中空腔體，腔體外側繞接有環形加熱器5 ;腔體中設置有測溫鉬電阻4、參比敏感元件9和測量敏感元件7。腔體頂端設置有電路板3。
[0032]帶插頭的電纜組件I為高穩定熱導式氣體傳感器提供電源，同時連接其他設備。
[0033]樣氣可以通過樣氣孔11擴散到測量敏感元件9的底部，從而測量敏感元件9可以檢測樣氣中單元素氣體的含量。
[0034]與現有技術中使用兩對測量敏感元件和測溫敏感元件相比，在本發明實施例一中僅使用一對測量敏感元件和測溫敏感元件，減少了熱導式氣體傳感器中元件的數量，降低了熱導式氣體傳感器的制作成本與配對難度，縮短了熱導式氣體傳感器的啟動預熱時間。
[0035]在本發明實施例一中，測量敏感元件9和參比敏感元件7在IOOmA電流以相同溫度系數配對。
[0036]需要說明的是,測量敏感元件9和參比敏感元件7在通過電流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配對的測量敏感元件9和參比敏感元件7，能夠保證在工作時的溫度系數相同，不會產生漂移，從而提高了氣體傳感器的穩定性。
[0037]在本發明實施例一中，測溫敏感元件9和參比敏感元件7的材質為高純超細鉬絲包覆玻璃。
[0038]需要說明的是，高純超細鉬絲包覆玻璃能耐強化學腐蝕，從而延長了測溫敏感元件9和參比敏感元件7的使用壽命。
[0039]在本發明實施例一中，測溫敏感元件9和參比敏感元件7對稱設置于測溫鉬電阻4兩側。
[0040]環形加熱器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]在現有技術中，氣體傳感器中存在一定的溫度梯度，樣氣會在氣體傳感器中產生熱對流效應，從而引起傳感器的共生信息干擾和噪音。
[0044]在本發明實施例一中，為消除溫度梯度，環形加熱器5非均勻的繞制在橋體8的腔體的外側，可以獲得溫度梯度接近于零的均勻溫度場，從而在測量敏感元件9和測溫敏感元件7在工作時，只檢測到樣氣在被測組份的熱傳導效應；由于不存在溫差，樣氣不會產生熱對流效應，從而可以有效避免傳感器因熱對流效應產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、尺寸可以根據實際情況改變，在此不再贅述。
[0046]高穩定熱導式氣體傳感器還包括:保護罩2 ；
[0047]保護罩2將橋體8的腔體和環形加熱器5罩接在橋體8的底座上。保護罩能對環形加熱器5、橋體8的腔體、和橋體8的腔體中的各個元器件起到隔離保護的作用，從而提高了熱導式氣體傳感器的穩定性。
[0048]在本發明實施例一中，電纜組件I是具有插頭的電纜組件，熱導式氣體傳感器通過帶插頭的電纜組件與氣體分析儀的其他部分相連接，同時，帶插頭的電纜組件為熱導式氣體傳感器提供電源。
[0049]由于，本發明中僅使用一對測量敏感元件和參比敏感元件在IOOmA電流以相同溫度系數配對，降低了測量敏感元件和參比敏感元件的配對難度。本發明中由環形加熱器、測溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會產生溫度梯度，樣氣在熱導式氣體傳感器中不會發生對流，從而提高了氣體傳感器的穩定性。
[0050]實施例二
[0051]本發明實施例公開了一種高穩定熱導式氣體傳感器結構示意圖，本發明實施例二公開了一種高穩定熱導式氣體傳感器中的復合橋式電路。
[0052]如圖2所示，公開了一種高穩定熱導式氣體傳感器中的復合橋式電路。參比敏感元件Rl和測量敏感元件R2通過電路板上的焊點與設置在電路板上的六個電阻組成復合橋式電路。
[0053]與電路板(圖中未示出)相連的測量敏感元件Rl和測溫敏感元件R2,還包括:設置于電路板上的六個具有固定阻值的電阻，分別為:R3、R4、R5、R6、R7和R8。R1、R2、R3、R4組成測量電橋，R5、R6、R7、R8組成輔助電橋，測量電橋和輔助電橋組成復合橋式電路。復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、R5的一端和R6的一端連接組成的公共點和電源正極連接；
[0055]R2的另一端和R3的一端連接組成的公共點、R6的另一端和R7的一端連接組成的公共點和輸出端負極連接；
[0056]R3的另一端和R4的一端連接組成的公共點、R7的一端和R8的一端連接組成的公共點、和電源負極連接；
[0057]R4的另一端連接Rl的另一端組成的公共點、R8的另一端和R5的另一端連接組成的公共點、和輸出端正極連接。
[0058]需要說明的是，具有固定阻值的電阻都是精密線繞電阻。復合電橋電路由直流穩壓電源E供電，上橋電流為I，約為200mA，流過每個熱導式敏感電阻元件的直流電流接近IOOmA,自熱溫升約為110°C。V為復合電橋線路的不平衡輸出信號。
[0059]在生產調校過程中，如果發現熱導式氣體傳感器的穩定性還不能令人滿意，可以通過調整輔助電橋的阻值，實現降低漂移的后期特殊工藝校正，從而有效保障熱導式氣體傳感器的高穩定性、進而有效保障熱導式氣體分析儀的高穩定性。
[0060]實施例三
[0061]依據實施例一中公開的一種高穩定熱導式氣體傳感器的結構不意圖和實施例二中公開的一種高穩定熱導式氣體傳感器的復合橋式電路，當樣氣中含有單元素氣體氫氣時，具體的檢測過程如下:
[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入傳感器，從樣氣出口排放；
[0063]其次，當樣氣通過設置在樣氣管道與測量敏感元件底部相連通的樣氣孔，擴散到測量敏感元件周圍，復合橋式電路輸出不穩定信號V ;
[0064]因為氫氣的相對熱導率是空氣的7.13倍，熱傳導特別快，導致測量敏感元件的溫度下降，阻值降低，復合橋式電路輸出一個十分穩定的不平衡信號V。依據輸出信號V與氫氣在樣氣中的含量成線性關系，輸出氫氣含量。
[0065]由此，可以檢測出樣氣中單元素氣體氫氣的含量。
[0066]本發明還公開了一種熱導式氣體氣體分析儀，包括上述各個熱導式氣體傳感器。
[0067]由于上述各個熱導式氣體傳感器的穩定性通過使用一對測量敏感元件和參比敏感元件在IOOmA電流以相同溫度系數配對，降低了測量敏感元件和參比敏感元件的配對難度。設置環形加熱器、測溫鉬電阻組成精密的恒溫裝置，不會產生溫度梯度，樣氣在熱導式氣體傳感器中不會發生熱對流效應，提高了熱導式氣體傳感器的穩定性。從而提高了應用該熱導式氣體傳感器的熱導式分析儀的穩定性。
[0068]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相呼應，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0069]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種高穩定熱導式氣體傳感器，其特征在于，包括: 橋體； 所述橋體外側繞接有環形加熱器； 所述橋體內側設置有測溫鉬電阻、參比敏感元件和測量敏感元件； 所述環形加熱器、所述測溫鉬電阻、所述參比敏感元件和所述測量敏感元件通過電路板的焊點與帶插頭的電纜組件相連； 所述橋體底部一端設置有樣氣入口，另一端設置有與所述樣氣入口相連通的樣氣出Π ； 在所述橋體底部設置有與所述測量敏感元件的底部相連通的樣氣孔。
2.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述測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配對。
3.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述測溫敏感元件和所述參比敏感元件以完全對稱方式設置于所述環形加熱器中。
4.根據權利要求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量敏感元件通過電路板上的焊點與設置在所述電路板上的六個電阻組成復合橋式電路。
【文檔編號】G01N25/20GK103512916SQ201210224027
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】金義忠, 姜培剛, 鄧發榮 申請人:重慶凌卡分析儀器有限公司