本公開大體上涉及氫檢測。更具體而言，本公開涉及氫檢測器和氫檢測方法。

背景技術(shù)：

常規(guī)氫(h2)氣傳感器由于在它們的感測機(jī)制中缺乏選擇性而遭受較差的靈敏度。具體而言，氫傳感器易受來自一氧化碳、二氧化碳和乙炔，以及其它烴的污染，它們所有都可有助于樣本中的氫氣的濃度的錯(cuò)誤估計(jì)。

在測量環(huán)境中，該交叉污染可特征在于從h2基線轉(zhuǎn)移。此外，除這些污染物的存在之外，傳感器的感測層結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化以及在測量之前出現(xiàn)在樣本中的不同空間熱梯度也有助于從h2基線轉(zhuǎn)移，由此產(chǎn)生氫含量的不正確估計(jì)。不論單獨(dú)或一起，這些問題所有都有助于引起當(dāng)前氫傳感器的檢測限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中的特征實(shí)施例有助于解決或減輕以上提到的問題以及本領(lǐng)域中已知的其它問題。具體而言，實(shí)施例提供了用于在測量之前除去樣本中的污染物的手段。此外，實(shí)施例提供了用于在測量期間約束樣本體積以便限制空間熱梯度的手段。此外，實(shí)施例提供了用于在油霧存在于樣本中時(shí)通過從較長的烴(即，甲烷和乙烷)的轉(zhuǎn)化而防止痕量氣體的進(jìn)一步生成，由此允許相對于常規(guī)傳感器的用于氫的較少檢測限制的手段。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種包括將樣本吸入到通道中的方法。該方法包括使樣本在收集板之上經(jīng)過，以除去樣本中的外來氣體，由此產(chǎn)生提純樣本。該方法還包括使提純樣本在感測板上經(jīng)過，以及使用感測板測量提純樣本中的氫濃度。測量可包括加熱感測板，以及使感測板的電阻變化與特定氫濃度相關(guān)聯(lián)。此外，該方法可包括在測量之后使收集板再生。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種裝置，其包括通道、收集板和與收集板隔離的感測板。裝置構(gòu)造成測量吸附到感測板上的氫的濃度。此外，裝置構(gòu)造成使感測板的電阻變化與特定氫濃度相關(guān)聯(lián)。

在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種包括構(gòu)造成捕集樣本中的氫的感測板的氫傳感器。氫傳感器還包括再生收集板，其構(gòu)造成在以感測板捕集氫之前從樣本捕集外來氣體元素。

技術(shù)方案1.一種方法，包括：

將樣本吸入到通道中；

使所述樣本在收集板之上經(jīng)過，以除去所述樣本中的外來氣體，產(chǎn)生提純樣本；

使所述提純樣本在感測板上經(jīng)過；

使用所述感測板測量所述提純樣本中的氫濃度，所述測量包括：

加熱所述感測板；

使所述感測板的電阻變化與特定氫濃度相關(guān)聯(lián)；以及

在所述測量之后使所述收集板再生。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，除去所述樣本中的所述外來氣體包括從所述樣本除去一氧化碳、二氧化碳和乙炔中的至少一種。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其特征在于，所述除去通過使所述樣本在所述收集板之上經(jīng)過來實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述再生包括加熱所述收集板。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，加熱所述感測板包括將所述感測板的溫度升高到高于大約400攝氏度。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其特征在于，加熱所述收集板包括將所述收集板的溫度升高到高于大約200攝氏度。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在測量所述樣本中的氫濃度之前，將所述樣本約束在所述通道的特定區(qū)域中。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使所述收集板與所述感測板隔離。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在使所述收集板再生的同時(shí)冷卻所述感測板。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述再生引起一氧化碳、二氧化碳和乙炔中的至少一種從所述收集板的釋放。

技術(shù)方案11.一種裝置，包括：

感測通道；

收集板；

與所述收集板隔離的感測板；

其中所述裝置構(gòu)造成(i)測量吸附到所述感測板上的氫的濃度，以及(ii)使所述感測板的電阻變化與特定氫濃度相關(guān)聯(lián)。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述感測通道具有大致等同于字母"t"的截面形狀。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述感測板和所述收集板設(shè)置在通道的最長部分上。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述感測板和所述收集板設(shè)置在其中所述樣本的體積相對于所述通道的其余部分中的所述樣本的體積相對較小的區(qū)域中。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述收集板包括加熱器。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述感測板包括加熱器。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述裝置還構(gòu)造成通過使所述感測板的電阻變化與特定氫濃度相關(guān)聯(lián)來測量所述氫濃度。

技術(shù)方案18.一種氫傳感器，包括：

感測板，其構(gòu)造成捕集樣本中的氫氣；以及

再生收集板，其構(gòu)造成在以所述感測板捕集氫氣之前從所述樣本捕集外來氣體元素。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的氫傳感器，其特征在于，所述氫傳感器還包括用于將所述樣本引入至所述收集板和所述感測板的通道。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的氫傳感器，其特征在于，所述樣本約束在所述通道的特定區(qū)域中，用于測量所述樣本中的氫氣的濃度。

各種實(shí)施例的附加特征、操作模式、優(yōu)點(diǎn)以及其它方面在下面參照附圖來描述。注意的是，本公開不限于本文中所述的特定實(shí)施例。這些實(shí)施例僅出于說明性目的提出。附加實(shí)施例，或公開實(shí)施例的改型將基于提供的教導(dǎo)對相關(guān)(多個(gè))領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言為容易顯而易見的。

附圖說明

說明性實(shí)施例可采用各種構(gòu)件和構(gòu)件布置的形式。說明性實(shí)施例在附圖中示出，遍及該附圖，相似的附圖標(biāo)記可指示各種附圖中的對應(yīng)或類似的部分。附圖僅出于示出實(shí)施例的目的，并且不認(rèn)作是限制本公開。假定附圖的以下開放描述，本公開的新穎方面將對相關(guān)(多個(gè))領(lǐng)域的技術(shù)人員而言變得明顯。

圖1為根據(jù)實(shí)施例的裝置的圖示。

圖2a為根據(jù)實(shí)施例的裝置的截面視圖。

圖2b為根據(jù)實(shí)施例的圖2a的裝置的感測元件的截面視圖。

圖3繪出了根據(jù)實(shí)施例的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

盡管本文中針對特定應(yīng)用描述了說明性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開不限于此。本領(lǐng)域中且取得本文中提供的教導(dǎo)的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其范圍和本公開將具有顯著效用的附加領(lǐng)域內(nèi)的附加應(yīng)用、改型和實(shí)施例。

圖1為根據(jù)實(shí)施例的裝置100的圖示。裝置100可為構(gòu)造用于氫檢測的氫檢測器或傳感器。裝置100可包括室105。室105包括入口101和出口103。注意的是，取決于構(gòu)造，出口103可用作入口，并且入口101可用作出口。此外，裝置100包括專用于引入(即，吸入)到室105中的樣本的提純和分析的部分。在圖1中，該部分示為通道的室105的側(cè)部上的凸起，并且其包括收集板109和113和感測板111。提純和分析在圖1中所示的部分的內(nèi)表面中實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，收集板109和113可由固有地構(gòu)造成吸收氫檢測應(yīng)用中典型地遇到的特定污染物的材料制成。例如，當(dāng)樣本為空氣時(shí)，這些污染物可為一氧化碳、二氧化碳和/或乙炔。就此而言，收集板109和113可由氧化銀(ag2o)制成，其可吸收這些污染物，特別是二氧化碳。一旦污染物從樣本除去，則樣本提純，并且其接著流動(dòng)到感測板111上，感測板111接著可感測氫含量，而沒有由樣本中最初發(fā)現(xiàn)的外來氣體的交叉污染。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到在一些實(shí)施例中，收集板可不除去樣本中的全部污染物。然而，在這些實(shí)施例中，在感測期間的樣本中的污染物的減小許多的濃度將有助于減少氫氣的檢測限制。

收集板113和111是再生的。即，一旦它們充滿污染物，則它們可僅通過加熱板來從板釋放呈氣體形式的污染物而沒有污染物。這可使用加熱器(未示出)來完成，該加熱器可使用常規(guī)控制器控制。典型地，在氧化銀的情況下，收集板可加熱至超過大約220攝氏度，以便實(shí)現(xiàn)再生。

感測板111為用于檢測提純樣本中的氫氣的存在的元件。感測板111可由(或其可包括)氧化錫層制成，該氧化錫層響應(yīng)于氫攝取改變電阻。在氫從氧化錫層釋放時(shí)，其可返回至其最初電阻。在使用裝置100的典型測量方案中，感測板111在大約400攝氏度到大約500攝氏度之間加熱以進(jìn)行測量。這可利用使用常規(guī)溫度控制器控制的加熱器(未示出)來完成。

一旦感測板111加熱至以上提到的溫度范圍，則感測板111處記錄的電阻變化可使用預(yù)定濃度對電阻校準(zhǔn)曲線或校準(zhǔn)表格與氫濃度相關(guān)聯(lián)。此外，感測板111的電阻可使用均置于感測板111的不同位置處的一對電極監(jiān)測。在一些實(shí)施例中，電阻的四點(diǎn)探頭測量可使用四個(gè)電極來利用；該構(gòu)造最小化電極電阻對測量的影響，由此提供比在兩電極構(gòu)造中更準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，注意的是，本公開不限于作為感測材料的氧化錫；構(gòu)想出本領(lǐng)域中已知的任何氫敏感材料。

此外，在使用裝置100的測量方案中，樣本吸入到室105中。由樣本采取的路徑可認(rèn)作是通道，其具有t形截面(見示出樣本進(jìn)入室105中的路徑的圖2a中的線202和204)。通道隔離，以便限制經(jīng)受測量所需的高溫的內(nèi)部空氣體積。如果未提供隔熱，則進(jìn)行測量所需的高溫(400攝氏度到500攝氏度)可引起感測板111處的熱梯度，這也將使測量結(jié)果變壞。在裝置100中，隔熱材料還用于感測板111與收集板109和113之間。在感測板111處進(jìn)行測量之后，收集板109和113可再生，如上文提到的。還允許感測板111冷卻來限制在再生期間從收集板113和109釋放的污染物吸附到其表面上的可能性。

感測板111處的截面也看起來類似于't'。該截面形成感測通道。(見圖2a中的虛線，圖2a為感測板111處的感測通道的截面視圖)。由于熱對流，故該構(gòu)造促進(jìn)較大空氣流。如果其僅為感測板111處的細(xì)間隙，則細(xì)通道的表面摩擦將限制最大空氣流，但通過使用t形截面，這促進(jìn)較快流動(dòng)，同時(shí)仍具有傳感器元件周圍的受約束熱區(qū)域。

如圖2中所示，分析和提純兩者限于通道的特定區(qū)域，即，在位于室105的側(cè)部上的凸起中。換言之，在室105中流動(dòng)的樣本的部分將不加熱至高溫，因?yàn)榉治龊吞峒儾襟E約束于位于室105的側(cè)部上的凸起中的小得多的容積。該構(gòu)造防止可污染感測板111并且導(dǎo)致錯(cuò)誤測量結(jié)果的過量的較小長度的烴(如，甲烷和乙烷)的轉(zhuǎn)化。

約束容積和提供附加隔熱由感測板111與室105的本體之間的間隙201進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，間隙201可為空氣間隙，而在其它實(shí)施例中，其可包括隔離材料。

圖3繪出了根據(jù)實(shí)施例的示例性方法300的流程圖。方法300可由包括一個(gè)或更多個(gè)裝置如裝置100的系統(tǒng)執(zhí)行。方法300在框301處開始。盡管框301在本文中描述為"開始步驟"，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)，框301可大體上為流程圖中的過渡點(diǎn)。換言之，框301可為另一方法結(jié)束的點(diǎn)，或者其可標(biāo)記類似于在方法300的背景下的下文所述那些的一系列步驟的結(jié)束。

方法300包括步驟303，其中樣本引入在根據(jù)本公開中提供的教導(dǎo)構(gòu)造的氫傳感器的通道中。樣本可使用常規(guī)手段引入到通道中，如通過泵送、熱對流或僅通過擴(kuò)散。

一旦樣本引入在通道中，則樣本在收集板處提純(步驟305)。提純可包括從樣本除去一種或更多種污染物。例如，提純可包括除去二氧化碳、一氧化碳和乙炔中的一種。提純還可包括除去樣本中的前述氣體中的至少兩種。此外，一般而言，提純可包括除去烴，如甲烷和乙烷。如上文提到的，當(dāng)論述氫傳感器的示例性實(shí)施例時(shí)，提純可在收集板處完成。收集板可包括氧化銀，或可吸收由手邊的應(yīng)用指示的特定污染物的任何其它化合物。

方法300可包括步驟307，其中提純的樣本在大約400攝氏度到500攝氏度之間加熱。方法300還可包括步驟309，其中加熱的提純樣本制作成在感測板之上吸附，以執(zhí)行提純樣本中的氫含量的測量。測量可包括比較電阻變化，或簡單地比較感測板的電阻值與校準(zhǔn)的電阻值，以便使瞬時(shí)測量結(jié)果與已知的氫氣濃度相關(guān)聯(lián)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，步驟309可包括測量和儀器領(lǐng)域中典型的任何操作，即，數(shù)據(jù)篩選、均化等。

此外，方法300可包括再生步驟311，其中一旦測量和/或估計(jì)提純樣本中的氫含量，則收集板可再生來除去吸附于其的污染物。這可通過將收集板加熱至較高溫度(即，對于氧化銀而言，＞200攝氏度)來完成。這樣做使收集板沒有污染物，并且使其準(zhǔn)備好包括以上所述的所有步驟的隨后的測量循環(huán)。此外，盡管再生在收集板上實(shí)現(xiàn)，但允許感測板冷卻，以便防止感測板處的污染物的任何攝取。方法300可在步驟313處結(jié)束。然而，一般而言，步驟313可為過渡點(diǎn)，并且方法300可從步驟313在步驟301處開始。最后，注意到，方法300可部分地或完整地實(shí)施，而不脫離本文中公開的教導(dǎo)的范圍。

相關(guān)(多個(gè))領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可構(gòu)造以上所述的實(shí)施例的各種改變和改型，而不脫離本公開的范圍和精神。因此，將理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本公開可除如本文中明確描述那樣之外實(shí)踐。