專利名稱：用于再生氫傳感器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，該方法用于在使用在低壓下操作的檢測器通過氫進(jìn)行檢漏之后的氫傳感器的再生。
背景技術(shù)：
在每次檢漏測量之后，必須再生氫氣傳感器以確保再次測量的可信度并且保持檢漏的高靈敏度。氫傳感器的再生包括中和被俘獲在傳感器包含的晶體管的柵極上的H+。在自然過程期間，這些氫離子H+與來自空氣中的氧分子&結(jié)合。氫離子H+與氧分子&的化學(xué)反應(yīng)使氫離子脫離晶體管的柵極并進(jìn)入大氣。因此氫傳感器被中和從而可以進(jìn)行下次檢漏。然而，通過此自然過程進(jìn)行的氫傳感器的再生需要太長的時間，從而增加了檢測操作的持續(xù)時間，降低了檢漏循環(huán)的頻率。因此生產(chǎn)效率很低。所以，急需一種加快氫傳感器再生的方法以提高循環(huán)次數(shù)。然而，當(dāng)試圖在1001 到5000Pa，例如10001 的低壓下進(jìn)行測量時，會出現(xiàn)問題。這是因?yàn)榈蛪合聸]有足夠的氧分子A與氫離子H+發(fā)生反應(yīng)。因此，氫傳感器的再生比自然過程需要的時間更長，兩次測量之間的時間間隔也相應(yīng)的增加了。因此，生產(chǎn)效率將會更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于再生在低壓下進(jìn)行檢漏的氫傳感器的方法。該方法可以在短時間內(nèi)完成傳感器的中和，所需時間比現(xiàn)有技術(shù)公知的自然過程短。本發(fā)明涉及一種用于再生氫傳感器的方法，所述傳感器包括柵極被鈀催化劑覆蓋的MOS型晶體管并被置入低壓腔(enclosure)內(nèi)，S卩，壓力低于50001^。根據(jù)此方法，在檢測到泄漏后，通過電子電路向述晶體管的所述柵極施加電壓，從而再生所述催化劑。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將所述電壓以脈沖模式施加到所述晶體管的所述柵極。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，將所述晶體管加熱到100°C到250°C之間的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子電路包括用于進(jìn)行“測量”模式與“再生”模式的互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)。此問題的另一種解決方案是提供氧，但是這種解決方案很昂貴并且相應(yīng)增加了檢漏器的重量。通過電子電路施加電壓的解決方案具有經(jīng)濟(jì)、小型化和可靠度高的優(yōu)點(diǎn)。這種電子電路易于開發(fā)并且易于安裝到檢漏器中。本方法適用的泄漏速率從幾I^.m7S到l(T6Pa. m3/s.本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施再生氫傳感器的方法的檢漏模塊，包括氫傳感器，包括MOS型晶體管，所述晶體管的柵極被鈀催化劑覆蓋，以及再生裝置，包括電子電路，包括低頻DC發(fā)生器，
開關(guān)，安置在所述低頻DC發(fā)生器和所述MOS型晶體管的所述柵極之間，在所述開關(guān)閉合時，所述開關(guān)用于向所述晶體管的所述柵極施加電壓，以及控制模塊，用于控制所述開關(guān)的閉合和打開。根據(jù)本發(fā)明的一個變形，其中所述開關(guān)選自繼電器和晶體管。


考慮到下面對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見，本發(fā)明的附圖是用于說明目的而不是限制。在附圖中圖1示出了氫傳感器的一個實(shí)施例；圖2示出了檢漏模塊的一個實(shí)施例，該檢漏模塊包括氫傳感器和用于氫傳感器再生的裝置；圖3示出了在通過電子電路再生氫傳感器期間的電壓V(以伏特為單位)與時間t (以秒為單位)的關(guān)系；圖4示出了對于不同的泄漏速率，在測量期間和通過自然過程再生期間的氫傳感器的輸出電壓V(以伏特為單位)與時間t (以秒為單位)的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式在圖1和2示出的實(shí)施例中，氫傳感器1包括二極管2，電阻器3和晶體管4。晶體管4是MOSFET型(“金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管”)場效應(yīng)晶體管。晶體管4為“N”型并具有三個有源電極柵極5，漏極6和源極7。晶體管4通過施加到柵極5上的信號調(diào)制流過其的電流，從而控制漏極6和源極7之間的電壓V。柵極5被對氫敏感的鈀基催化劑覆蓋。向氫傳感器1的晶體管4的漏極6提供穩(wěn)恒電流，以便將晶體管4偏置。俘獲在柵極5上的氫離子H+的量修改晶體管的偏置，從而可以評估進(jìn)入并與柵極5接觸的氫分子H2的流量。當(dāng)沒有氫分子H2存在時，晶體管4的輸出電壓穩(wěn)定在其最大值。電壓V的值取決于施加到漏極6的電流。氫分子H2到達(dá)并與柵極5的鈀催化劑接觸時發(fā)生分裂，以產(chǎn)生H+離子。H+離子擴(kuò)散穿過鈀催化劑并被俘獲在晶體管4的柵極5上。這引起了晶體管4漏極6-源極7電阻的變化，從而導(dǎo)致與氫離子H+的濃度成比例的柵極5的電壓V的下降。基于計(jì)算根據(jù)時間的電壓V的下降的導(dǎo)數(shù)，可以計(jì)算泄漏速率。因此晶體管4的漏極6-源極7電阻構(gòu)成了傳感器1的敏感部分，以實(shí)現(xiàn)測量泄漏的功能。通過向晶體管4的漏極6注入穩(wěn)恒電流，獲得電壓V的值，該電壓值表示被柵極5俘獲的氫離子H+的量，從而使獲得與柵極5接觸的氫的流量成為可能。圖2示出了一種檢漏模塊，該模塊用于進(jìn)行再現(xiàn)氫傳感器1的方法。檢漏模塊包括氫傳感器1和再生裝置20。再生裝置20包括電子電路和電子控制模塊23。電子電路包括低頻發(fā)生器21和開關(guān)22?？刂颇K23適于在檢測模式下打開開關(guān)22和在再生模式下關(guān)閉開關(guān)22?？刂颇K23包括用于計(jì)算泄漏速率的數(shù)學(xué)模型，該模型基于作為時間的函數(shù)的晶體管4的漏極6-源極7電壓V的變化。因?yàn)樽矒舻骄w管4的柵極5的活性表面上的氫分子H2的數(shù)目與壓力成比例，因此漏極6-源極7電阻與晶體管4周圍的絕對氫壓力成比例。在1000 的剩余壓力下，在約25 μ S內(nèi)將形成氫原子的單層。加熱電阻器3可以將傳感器1加熱到例如130°C的溫度，這有利地增加了氫傳感器1的靈敏度。但是，受晶體管4中硅的限制，溫度不能超過250°C。測試顯示，在180°C的溫度下使用不會受損壞。例如，氫傳感器1的加熱電阻器的電阻值可以在70Ω到80Ω之間；在大氣壓力下，加熱電流可以為從60到80mA，即加熱功率約為0. 4W。二極管2和相關(guān)加熱電阻器3用于調(diào)節(jié)氫傳感器1的溫度。考慮到安全原因，使用由95%的氮?dú)夂?%的氫氣構(gòu)成的混合氣體，在溫度沒有達(dá)到130°C前不讓氣體與氫傳感器1接觸，以避免催化劑的任何退化。在很低的壓力下使用氫傳感器1以便僅與少量的氫接觸，同樣是為了保護(hù)氫傳感器1。電子電路在氫傳感器1的晶體管4的柵極5上施加電壓U。通過與ON-OFF開關(guān)22關(guān)聯(lián)的低頻DC發(fā)生器21施加電壓U。開關(guān)22可以是例如繼電器、晶體管或相同類型的系統(tǒng)。開關(guān)22安置在低頻DC發(fā)生器21和晶體管4的柵極5之間。在此配置下，傳感器1可以在可以檢漏的“測量”模式(開關(guān)置于關(guān)(OFF))下操作，或者在能夠中和傳感器的“再生”模式(開關(guān)置于開(ON))下操作。因此，當(dāng)開關(guān)22閉合時，開關(guān)22適于向晶體管4的柵極5施加電壓。此裝置使氫傳感器1在極短的響應(yīng)時間內(nèi)再生成為可能。因?yàn)榇搜b置僅需要外部電子驅(qū)動電路，所以很經(jīng)濟(jì)。一旦已進(jìn)行測量，就必須移除由晶體管4的柵極5俘獲的氫離子H+，以便氫傳感器1可以進(jìn)行下次檢漏。為了傳感器再生，控制模塊操控開關(guān)閉合，從而在電子電路的幫助下施加電壓U。電壓U通過與開關(guān)22關(guān)聯(lián)的低頻DC發(fā)生器21施加。圖3示出了晶體管4的輸出電壓V隨時間t的變化。在開始檢漏時，晶體管4的柵極5通過加熱電阻器3而加熱到要求的溫度。然后向晶體管4的柵極5提供穩(wěn)恒電流，這產(chǎn)生代表其狀態(tài)的(曲線部分30)電壓V。沒有氫分子H2存在時，輸出電壓V穩(wěn)定在其最大值31。一旦氫分子H2到達(dá)柵極5并且被吸收在鈀催化劑中，作為對吸收的氫離子H+濃度的函數(shù)，電壓V開始下降(曲線部分32)。基于根據(jù)時間t的電壓V的曲線的斜率(導(dǎo)數(shù))計(jì)算泄漏速率，進(jìn)而顯示測量結(jié)果。泄漏檢測完成時，氫分子不再到達(dá)晶體管4的柵極5，電壓V開始緩慢上升并回到其初始值，這表明傳感器1已經(jīng)再生。如前面所解釋的，在低壓下的自然過程需要長時間?，F(xiàn)在，通過電子電路向晶體管4的柵極5施加電壓U，這促進(jìn)了氫離子H+的中和也促進(jìn)了回歸到傳感器的平衡電壓31。施加的電壓U使得氫離子H+反應(yīng)而中和氫傳感器1的晶體管4的柵極5。一旦氫傳感器1被完全再生，控制模塊23促使開關(guān)22打開，停止施加電壓U?，F(xiàn)在氫傳感器1可以準(zhǔn)備下一次檢漏測試。在泄漏測量期間，開關(guān)22可以使電子電路20與晶體管4的柵極5完全隔離。為了獲得更快速的強(qiáng)制再生，以脈沖模式向晶體管4的柵極5施加電壓U。施加的電壓U的水平和兩次施加之間的時間間隔取決于泄漏的類型和客戶希望的應(yīng)用。此方法可以通過中和使氫傳感器1可重復(fù)并可靠地再生。圖4示出了對于泄漏速率的不同值，通過自然過程再生的測試期間獲得的結(jié)果。通過實(shí)例，對于以下泄漏速率進(jìn)行測試1.13.10 2Pa.m3.s曲線406.08.10 3Pa.m3.s曲線414.02.10 3Pa.m3.s曲線423.31.10 3Pa.m3.s曲線433.04.10 3Pa.m3.s曲線442.30.10 3Pa.m3.s曲線45圖4示出了曲線的對應(yīng)于測量的泄漏速率的基本垂直的第一部分40a_45a和曲線的對應(yīng)于通過自然過程進(jìn)行的再生步驟的導(dǎo)角的第二部分40b-45b。通過自然過程進(jìn)行的再生花費(fèi)的時間在1000秒的量級。通過電子電路20的強(qiáng)制再生，如圖3所示，可以將該時長縮小200倍。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于描述的實(shí)施例，應(yīng)該認(rèn)識到本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神下進(jìn)行多種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于再生氫傳感器的方法，所述傳感器包括柵極被鈀催化劑覆蓋的MOS型晶體管并被置入具有低于5000 的壓力的腔內(nèi)，在檢測到泄漏后，通過電子電路向所述晶體管的所述柵極施加電壓，從而再生所述催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述電壓以脈沖模式施加到所述晶體管的所述柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將所述晶體管加熱到100°C和250°C之間的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述電子電路包括用于進(jìn)行“測量”模式與“再生”模式的互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)。
5.一種用于實(shí)施再生氫傳感器的方法的檢漏模塊，包括氫傳感器，包括MOS型晶體管，所述晶體管的柵極被鈀催化劑覆蓋，以及再生裝置，包括電子電路，包括低頻DC發(fā)生器，開關(guān)，安置在所述低頻DC發(fā)生器和所述MOS型晶體管的所述柵極之間，在所述開關(guān)閉合時，所述開關(guān)用于向所述晶體管的所述柵極施加電壓，以及控制模塊，用于控制所述開關(guān)的閉合和打開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述開關(guān)選自繼電器和晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于再生氫傳感器的方法和裝置。再生方法涉及氫傳感器，所述傳感器包括柵極被鈀催化劑覆蓋的MOS型晶體管并被置入低壓腔內(nèi)。在檢測到泄漏后，通過電子電路向述晶體管的所述柵極上施加電壓，從而再生催化劑。所述電子電路包括低頻DC發(fā)生器和用于進(jìn)行“測量”模式與“再生”模式的互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)。
文檔編號G01N27/414GK102565166SQ201110425258
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者D·皮埃爾讓, K·帕特爾 申請人:阿迪森真空產(chǎn)品公司