FI104654B - Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi - Google Patents

Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI104654B
FI104654B FI965015A FI965015A FI104654B FI 104654 B FI104654 B FI 104654B FI 965015 A FI965015 A FI 965015A FI 965015 A FI965015 A FI 965015A FI 104654 B FI104654 B FI 104654B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
gas
sensor
polymer
heating
temperature
Prior art date
Application number
FI965015A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI965015A (fi
FI965015A0 (fi
Inventor
Lars Strombom
Original Assignee
Vaisala Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaisala Oyj filed Critical Vaisala Oyj
Priority to FI965015A priority Critical patent/FI104654B/fi
Publication of FI965015A0 publication Critical patent/FI965015A0/fi
Priority to EP97660140A priority patent/EP0853240B1/en
Priority to DE69730585T priority patent/DE69730585T2/de
Priority to US08/988,896 priority patent/US5987963A/en
Priority to JP34260797A priority patent/JP4043572B2/ja
Publication of FI965015A publication Critical patent/FI965015A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI104654B publication Critical patent/FI104654B/fi

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature
    • G01N27/124—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature varying the temperature, e.g. in a cyclic manner
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

1 104654
Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi * 5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi.
Nyt esitettävä menetelmä soveltuu etenkin yhden kaasukomponentin aiheuttaman signaalin erottamiseksi yhden tai useamman muun mittausta voimakkaasti häiritsevän kaasukom-10 ponentin joukosta.
Polymeeripohjaiselle kaasuanturille on tyypillistä, että se on herkkä monelle eri kaasulle. Tyypillinen ratkaisu selektiivisyyden parantamiseksi on ollut usean erilaisen kaasuanturin yhdistäminen ja tällaisen anturijoukon signaalien tulkinta esim. neuraaliverkon avulla. Tällä 15 tavoin rakennetusta systeemistä tule kuitenkin monimutkainen ja kallis.
Tunnetaan myös ratkaisuja, joissa polymeeripohjaisia antureita lämmitetään niiden alkuperäisten ominaisuuksien palauttamiseksi esimerkiksi FI-patenttihakemuksesta 942727. Menetelmällä saadaan anturin ominaisuudet palautetuksi, mutta perusmittaustilanteessa 20 kaasuanturin selektiivisyys säilyy ennallaan.
Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi.
25
Keksintö perustuu siihen, että anturia lämmitetään ja anturin mitattavalle suureelle herkkää * '1 muuttujaa mitataan anturin koko mittaus/jäähdytyssyklin ajan ja syklistä muodostetaan hystereesifunktio, josta mitattava suure määritetään.
w 30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
· · » « 104654 2
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.
Mittausta häiritsevät kaasut voidaan eliminoida mittaustuloksesta tehokkaasti pienin -kustannuksin.
* 5
Merkittävä etu mittausmenetelmässä on myös se, että kaasuttomalla sensorilla saadaan aina nollahystereesi riippumatta anturin mahdollisesta vanhenemisesta.
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten 10 suoritusesimerkkien avulla.
Kuvio 1 esittää graafisesti yhtä keksinnön mukaisen menetelmän mukaista mittausperiodia.
Kuvio 2 esittää kaavallisesti yhtä keksinnön mukaiseen menetelmään soveltuvaa anturira-15 kennetta.
Kuvio 3 esittää graafisesti keksinnön mukaista mittausperiodia kahdella eri kaasulla.
Keksinnön mukaisessa mittausmenetelmässä käytetään hyväksi eri kaasujen erilaisia 20 diffuusioaikavakioita kaasukomponenttien erottelussa. Kaasukomponenttien diffuusio nopeutuu eksponentiaalisesti lämpötilan noustessa. Samalla kalvoon imeytyneen kaasun määrä tasapainotilassa laskee.
Jos muovikalvoa lämmitetään nopeasti kalvoon imeytyneen kaasun määrä ei kuitenkaan ole 25 tasapainotilassa, vaan kalvossa on ylimäärä kaasua. Tämä ylimäärä säilyy kunnes dif-fuusiovakio lämpötilan nousun myötä kasvaa riittävän isoksi.
Π
• I
• 1
Koska eri kaasuilla on erilaiset diffuusiovakiot tapahtuu tasapainotilan saavuttaminen eri ψ kaasuilla eri lämpötiloissa.
30 • · 9 104654 3 Lämmittämällä kuvion 1 mukaisesti anturin muovikalvo riittävän paljon (100 ... 200°C) ympäristön lämpötilaa kuumemmaksi saadaan käytännössä kaikki kaasu poistumaan kalvosta.
5 Jos tämän jälkeen kalvo jäähdytetään riittävän nopeasti voidaan kalvo pitää kaasuttomana aina ympäristölämpötilaan saakka.
Mittaamalla polymeeripohjaisen kaasuanturin mitattavalle suureelle herkän muuttujan vaste (muuttuja voi olla esim. kapasitanssi, johtavuus tai paino) ja lämpötila olennaisesti samanai-10 kaisesti sekä lämmitys- 4 että jäähtymisjakson 5 aikana saadaan aikaan vaste/lämpötila-fimktio 1 Jossa esiintyy hystereesiä. Toisin sanoen anturin vaste tietyssä lämpötilassa on eri lämmitysvaiheen kuin jäähtymisvaiheen aikana.
Tämä erotus eli hystereesi pienenee lämpötilan noustessa. Alhaisimmassa lämpötilassa 15 hystereesi 2 aiheutuu kaikkien kaasujen yhteisvaikutuksesta. Lämpötilan noustessa nopeimmin diffusoituva kaasu poistuu ja sen aiheuttama vaste häviää. Lämpötilan jatkaessa nousuaan poistuu toiseksi nopeimmin diffusoituva kaasu kohdassa 3 jne.
Muodostamalla hystereesifunktio 1 kahdella tai useammalla lämpötila-alueella voidaan 20 erotella eri kaasukomponenttien aiheuttamat vasteet. Kaasujen pitoisuudet voidaan määrittää esimerkiksi hystereesifunktion derivaatan minimi-ja maksimikohtien perusteella tai vastaavasti hystereesifunktion epäjatkuvuuskohtien perusteella.
Mittaussyklien välillä on odotettava riittävän kauan jotta ilmaistavat kaasut ehtivät imeytyä 25 takaisin kalvoon.
• * i :
Anturin 6 aktiivinen muovikalvo voi olla itsekantava tai kiinnitetty substraattiin. Tyypillisesti ; kalvonpaksuudet voivat olla 0.1... 10 pm. Tyypillisiä lämmitys- ja jäähtymisnopeuksia ovat 10... 1000 °C/s.
Yllä esitetyn menetelmän vaihtoehtoisessa ratkaisussa anturi lämmitetään vain niin kuumaksi, että mittausta häiritsevä kaasu haihtuu, mutta mitattava kaasu (kuviossa kaasu 1, hystereesi 30 104654 4 3) ei haihdu. Näin voidaan mittaussyklien väliä lyhentää. Yllä olevan menetelmään verrattuna tarvitaan lisäksi tieto kaasuttoman anturin vasteesta mittauslämpötilassa.
3
Yo. hystereesiarvojen lisäksi voidaan tietenkin käyttää hyväksi myös mitattavan suureen 5 arvoa tietyssä lämpötilassa joko lämmitys- tai jäähtymisjakson aikana.
Lisää informaatiota voidaan saada myös suorittamalla kaksi mittaussykliä nopeasti peräkkäin jolloin hitaasti diffusoituva kaasu ei ehdi takaisin sensoriin. Tarkasteltavia suureita voivat silloin olla esim. hystereesin muutos kahden mittauksen välillä.
10
Esimerkki anturirakenteesta 6 on esitetty kuviossa 2. Chipin koko on 7x3,5x0,4mm (esimerkiksi lasia, joka huonon lämmönjohtavuuden takia ei tosin ole ideaalinen materiaali). Kaasusignaali on kondensaattorin 7 kapasitanssi, joka mitataan kontakteista C1/C2 (n. 100 pF). Anturia 6 lämmitetään lämmitysvastuksella 9, joka on kytketty kontakteihin RL1/RL2 15 (n. 100 ohmia). Anturin lämpötilaa mitataan toisella vastuksella 8, joka on kytketty kontak
teihin RM1/RM2 (n. 300 ohmia). Vastuksen 8 lämpötilakerroin on tyypillisesti n. 3000 ppm/°C
Kapasitanssi 7 ja mittausvastus 8 sijaitsevat mahdollisimman symmetrisesti lämmilysvastuk-20 seen 9 suhteen, jolloin ne ovat samassa lämpötilassa nopean lämpötilamuutoksen aikana.
Esimerkki lämmityssyklistä: 1. Lämmitysjännite RL1/RL2 yli nousee lineaarisesti 0 ... 10 V 400 ms kuluessa.
25 2. Pidetään jännite 300 ms 10V:ssa :· 3. Lasketaan jännite lineaarisesti 400 ms kuluessa alas 0V:iin • f
Kapasitanssi ja vastus mitataan >25 kertaa sekunnissa syklin aikana.
30 Kuvion 3 mukaisesti voidaan veden (H20) ja ammoniakin (NH3) pitoisuudet määrätä hystereesifunktion derivaatan maksimien avulla, jolloin vedelle saadaan maksimi lämpötilan 60°C kohdalla ja ammoniakille saadaan vastaava derivaattamaksimi lämpötilassa 160°C.
104654 5
Derivaattamaksimia/minimiä voidaan käyttää myös kaasutyypin määrittelyyn.
ί : : f ΓΓ

Claims (4)

104654
1. Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi, jossa menetelmässä kaasuanturia (6) lämmitetään ja anturin mitattavalle suurelle herkkää r 5 muuttujaa mitataan, tunnettu siitä, että - anturin (6) mitattavalle suureelle herkkää muuttujaa mitataan sekä lämmityksen että 10 jäähdytyksen aikana useissa eri mittauspisteissä, - muodostetaan lämmityksen ja jäähdytyksen välinen hystereesifunktio (1) ja - hystereesifunktion (1) perusteella määritetään kunkin kaasun pitoisuudet. 15
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hystereesifunktion (1) derivaatan minimien tai maksimien perusteella määritetään mitattavan kaasun konsent-raatio.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hystereesifunktion (1) derivaatan maksimin tai mimmin avulla määritetään kaasun tyyppi.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suure mitataan vähintään 25 kertaa sekunnissa mittaussyklin aikana. 25 IM 104654 *
FI965015A 1996-12-13 1996-12-13 Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi FI104654B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI965015A FI104654B (fi) 1996-12-13 1996-12-13 Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi
EP97660140A EP0853240B1 (en) 1996-12-13 1997-12-09 Method of improving the selectivity of a polymer-film gas sensor
DE69730585T DE69730585T2 (de) 1996-12-13 1997-12-09 Verfahren zum Verbessern der Selektivität eines eine Polymerschicht aufweisenden Gassensors
US08/988,896 US5987963A (en) 1996-12-13 1997-12-11 Method of improving the selectivity of a polymer-film gas sensor and a sensor structure for implementing the method
JP34260797A JP4043572B2 (ja) 1996-12-13 1997-12-12 測定ガス成分の濃度決定法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI965015 1996-12-13
FI965015A FI104654B (fi) 1996-12-13 1996-12-13 Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI965015A0 FI965015A0 (fi) 1996-12-13
FI965015A FI965015A (fi) 1998-06-14
FI104654B true FI104654B (fi) 2000-03-15

Family

ID=8547269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI965015A FI104654B (fi) 1996-12-13 1996-12-13 Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5987963A (fi)
EP (1) EP0853240B1 (fi)
JP (1) JP4043572B2 (fi)
DE (1) DE69730585T2 (fi)
FI (1) FI104654B (fi)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4513161B2 (ja) * 2000-03-31 2010-07-28 東亞合成株式会社 ガスセンサの製造方法及びガスセンサ
US20040055899A1 (en) * 2002-04-15 2004-03-25 Morris Patricia A. Method for improving a chemo/electro-active material
US6739180B2 (en) * 2002-08-30 2004-05-25 Industrial Technology Research Institute Intelligent gas identification system and method thereof
US20050246259A1 (en) * 2004-03-30 2005-11-03 Andre Lavoie Method and system for providing guidance data
DE102006028123A1 (de) * 2006-06-15 2007-12-20 JÜRG PAUL Haller Vorrichtung zur Manipulation von flachem Stückgut, wie Bogen aus Papier, Kunststoff, Karton und dergleichen
JP2014510933A (ja) 2011-04-13 2014-05-01 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー センサ素子を含み一体型加熱機構を備えた蒸気センサ
WO2012141883A1 (en) 2011-04-13 2012-10-18 3M Innovative Properties Company Method of using an absorptive sensor element
JP5955379B2 (ja) 2011-04-13 2016-07-20 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 揮発性有機化合物の検出方法
CN105259212B (zh) * 2015-10-19 2018-01-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种用于sf6分解产物检测的交叉干扰消除方法
CN106093134B (zh) * 2016-05-31 2018-09-21 重庆大学 金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法
EP3623804B1 (en) * 2018-09-13 2023-10-25 STMicroelectronics S.r.l. Method of operating gas sensors and corresponding device, sensor and program product

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2313413C3 (de) * 1973-03-17 1978-03-02 Westfaelische Berggewerkschaftskasse, 4630 Bochum Verfahren und Meßgerät zur Bestimmung des Anteils eines oder mehrerer Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere des CO-Gehaltes und/oder des CH4 -Gehaltes im Untertagebetrieb
EP0075101A3 (de) * 1981-09-22 1985-12-04 Cerberus Ag Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von durch Störgase hervorgerufenen Falschalarmen in Gaswarnanlagen
US4399684A (en) * 1981-11-27 1983-08-23 Sierra Monitor Corporation Gas measurement method
DE3364035D1 (en) * 1982-04-15 1986-07-17 Cerberus Ag Gas and/or vapour alarm device
GB8804717D0 (en) * 1988-02-29 1988-03-30 Atomic Energy Authority Uk Gas sensing
US5288645A (en) * 1992-09-04 1994-02-22 Mtm Engineering, Inc. Hydrogen evolution analyzer
FI98960C (fi) * 1994-10-21 1997-09-10 Vaisala Oy Menetelmä ei-polaaristen kaasujen, kuten hiilidioksidin pitoisuuden mittaamiseksi polymeeripohjaisella anturilla sekä anturirakenne

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10197472A (ja) 1998-07-31
EP0853240A3 (en) 2000-10-11
FI965015A (fi) 1998-06-14
DE69730585D1 (de) 2004-10-14
FI965015A0 (fi) 1996-12-13
EP0853240A2 (en) 1998-07-15
EP0853240B1 (en) 2004-09-08
US5987963A (en) 1999-11-23
DE69730585T2 (de) 2005-09-15
JP4043572B2 (ja) 2008-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI104654B (fi) Menetelmä polymeeripohjaisen kaasuanturin selektiivisyyden parantamiseksi
FI82554C (fi) Kalibreringsfoerfarande foer maetning av den relativa halten av gas eller aonga.
US7635091B2 (en) Humidity sensor formed on a ceramic substrate in association with heating components
EP2203738B1 (en) Improved structure for capacitive balancing of integrated relative humidity sensor and manufacturing method
GB2213271A (en) Measuring the water vapour dew point in gases
US5069069A (en) Moisture-sensitive element for moisture sensors
US5303167A (en) Absolute pressure sensor and method
US4723439A (en) Humidity detector
Grange et al. A capacitive humidity sensor with every fast response time and very low hysteresis
EP0640830B1 (en) Detector and method for observation of the presence of a liquid and/or of a change of phase in same
US5131990A (en) Fluoropolymer humidity sensors
JPH04216452A (ja) 混合気の組成とガス速度を同時に検出するためのセンサ
WO2022216303A1 (en) Gas sensor calibration method
US6566893B2 (en) Method and arrangement for monitoring surfaces for the presence of dew
JPH02110361A (ja) 測定値を処理するための方法及び装置
US5045828A (en) Fluoropolymer humidity sensors
Koll et al. Micromachined CMOS calorimetric chemical sensor with on-chip low noise amplifier
KR20190058004A (ko) 다중측정방식의 고신뢰성 온습도 모듈
SE446776B (sv) Forfarande for kvantitativ metning av nh?713 i ett prov samt anordning for utforande av forfarandet
US20240151675A1 (en) Device and method for determining the thermal conductivity of a gas, tank arrangement and vehicle
JPS6011160A (ja) 水分分析計
KR100331809B1 (ko) 박막형 절대습도 센서
SU1185207A1 (ru) Способ детектировани молекул в атмосфере неизмер емого компонента
Tvarozek et al. Asymmetric ratio sensors of nonelectric quantities
JPH04118547A (ja) 湿度センサ

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed