專利名稱：自檢驗一氧化碳探測器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及危險情況探測器的測試和檢驗，具體地說，涉及家用一氧化碳探測器自律的場內(nèi)檢驗和測試。
背景技術(shù)：
由于大家對一氧化碳在家中造成危險的認識，且在一氧化碳探測技術(shù)和可靠性上的不斷改進，在家中裝置一氧化碳探測器的數(shù)目已大為增加。與工廠企業(yè)中應(yīng)用的危險氣體探測器不同，它是在定期檢驗下動作的，而在家中應(yīng)用的一氧化碳探測器要求是“安裝后就忘記”的裝置。這就在用于家用氣體探測器的感應(yīng)器上設(shè)置了一個重要的要求，即要在使用人在完全不注意的情況下，在使用多年的時段中必須保持它的性能。
但是，對家用一氧化碳探測器期望有限長的使用壽命，可能長過五年以上，則可想象得到必然會有某種退化和準(zhǔn)確性的下降。的確，對通常用于家用一氧化碳探測器感應(yīng)器性能下降，存在著三個可能的主要原因。第一，傳感器的活性部分電極組件薄膜(MEA)不是被水合作用損耗就是被化學(xué)中毒而受到損壞。這個作用降低對一氧化碳特定電平的傳感器的輸出。結(jié)果是，提高了在警鈴打響之前暴露的時間或濃度水平。第二，可能喪失對MEA的電接觸。這導(dǎo)致在存在一氧化磷時，完全喪失即中斷來自傳感器的輸出，它導(dǎo)致在存在一氧化碳時，沒有即中斷警報輸出。第三，在傳感器頂部的氣體擴散小孔可能變成阻塞。由于沒有一氧化碳能到達該MEA，所以當(dāng)在環(huán)境中有一氧化碳時導(dǎo)致來自傳感器的輸出卻是為零。具有這些影響性能事項，中的每一項，其結(jié)果是在一氧化碳高濃度的時段中或長時間暴露于一氧化碳中，一氧化碳的警鈴不再提供滿足要求的警示。
考慮到由這種性能惡化造成的嚴重危險，一些現(xiàn)代的家用一氧化碳探測器使用了一種用氫作為傳感器頂部檢驗氣體的機制。事實上氫是一種作為用于檢測包括一氧化碳探測器在內(nèi)的還原氣體的所有類型傳感器的檢驗氣體。這是因為電化學(xué)的一氧化碳傳感器能夠感應(yīng)除一氧化碳以外的許多氣體，這些氣體包括氫，二氧化硫，和氮的氧化物。因為氫易于生產(chǎn)，只要把它的濃度保持在爆炸的水平之下，也是無毒而又安全的。所以采用氫作為檢驗氣體。
憒憾的是，盡管通常的一氧化碳傳感器的確與氫反應(yīng)，但是傳感器對氫的性能與對一氧化碳的性能是不一樣的。具體地說，在MEA的化學(xué)中毒條件下，對氫的靈敏度實際上是增加的，而對一氧化碳的靈敏度是降低的。在這種條件下，利用氫作為檢驗氣體，當(dāng)它感應(yīng)一氧化碳的能力事實上已顯著地被削弱時，在一氧化碳探測器正常工作時，將提供錯誤的安全水平。
所以，在本領(lǐng)域中對家用一氧化碳傳感器存在著一個需要，即需要在各種包括MEA中毒的各種故障條件下能提供有能力可靠地自檢驗和測試來正常地探測一氧化碳濃度的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上所述，本發(fā)明的總目標(biāo)是要提供一種新型實用的自檢驗一氧化碳探測器。
在本發(fā)明的一實施例中，一氧化碳探測器包括形成一個室并含有一小孔的外殼，配置于該室內(nèi)具有一小孔的一氧化碳傳感器組件，以及配置于該室內(nèi)也有一小孔的一氧化碳氣體發(fā)生器組件。該探測器還包括耦合到一氧化碳傳感器組件和到一氧化碳氣體發(fā)生器組件的控制器。該控制器操作一氧化碳氣體發(fā)生器組件產(chǎn)生一氧化碳，并監(jiān)控一氧化碳傳感器的電輸出以保證它能正常工作。
在本發(fā)明另一實施例中，一氧化碳傳感器組件包括形成一儲水器的金屬外殼和配置于該金屬外殼內(nèi)的底盤，該底盤把儲水器與金屬外殼上面的傳感器部分隔開。該底盤包括至少一個小孔。一疏水性薄層被配置在底盤上并覆蓋這底盤的小孔。電極組件配置在疏水性薄層上，而把第一墊圈配置在電極組件上。這第一墊圈具有與金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，限定了具有比電極組件直徑較小直徑的一孔洞。在第一墊圈上配置擴散層，而在這擴散層上配置第二墊圈。這第二墊圈也有與金屬外殼的表面緊密適配的外緣，并限定了具有比擴散層直徑較小直徑的孔洞。在第二墊圈上配置密封墊圈，而把一頂盤配置在與密封墊圈嚙合密封的位置上。這頂盤包括一小孔。在一較佳的實施例中，金屬外殼被卷邊以與一氧化碳傳感器組件密封，這擴散層在組件內(nèi)被變形以提供在頂盤和電極組件的頂部之間的電接觸。在電極組件底部和金屬外殼間的電接觸由疏水性薄層和底盤來提供。
在本發(fā)明一補充的實施例中，一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括一形成儲水器的金屬外殼，和配置在金屬外殼內(nèi)的底盤以把儲水器與金屬外殼上面的發(fā)生器部分隔開。這底盤包括至少一個小孔。一疏水性薄層被配置在底盤上，覆蓋該小孔，而把電極組件配置在疏水性薄層上。電極組件包括具有沉積在上、下表面上的電極的離子交換薄膜。這些電極含有碳黑和離子交換聚合物但不含鉑的混合物。擴散層是作為密封墊裝置的。也裝置了與這密封墊圈嚙合密封的頂盤，且包括一小孔。較佳的是把金屬外殼卷邊以與一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封。擴散層提供在頂盤和電極組件頂部之間的電接觸。在電極組件底部和金屬外殼之間的電接觸由疏水性薄層和底盤來提供。
在本發(fā)明一可供選擇的實施例中，一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括一形成儲水器的金屬外殼，和配置在金屬外殼內(nèi)的底盤以把儲水器與金屬外殼上面的發(fā)生器部分隔開。這底盤包括至少一個小孔。不含鉑的疏水性薄層配置在底盤上，覆蓋該小孔。電極組件配置在疏水性薄層上。電極組件包括離子交換薄膜。不含鉑的擴散層配置在與電極組件接觸的位置上。裝置一密封墊圈，還裝置與該密封墊圈嚙合密封的頂盤。該頂盤限定一小孔。較佳的是，把金屬外殼卷邊以與一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封。擴散層提供在頂盤和電極組件頂部之間的電接觸，而電極組件的底部與金屬外殼之間的電接觸由疏水性薄層和底盤來提供。
在本發(fā)明的另一可供選擇的實施例中，一種具有氣體傳遞的一氧化碳傳感器和一氧化碳氣體發(fā)生器的檢驗一氧化碳探測器的方法包括下列的步驟控制一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生一已知量的一氧化碳，監(jiān)控一氧化碳傳感器對這已知量的一氧化碳的響應(yīng)，以及當(dāng)這響應(yīng)已在預(yù)先確定范圍的外面時，校正一氧化碳傳感器的檢驗。
當(dāng)把附圖連同在一起時，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將會從下面的詳述中變得更為明白無誤。


結(jié)合進來并形成本說明書的一部分的

了本發(fā)明的幾個方面，并與描述一起起著解釋本發(fā)明原理的作用。在這些圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)作的在卷邊前的一氧化碳氣體傳感器和/或發(fā)生器的簡化組件圖；圖2是圖1中一氧化碳氣體傳感器和/或發(fā)生器在卷邊后的簡化組件圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)作的在卷邊前的一氧化碳氣體發(fā)生器的簡化組件圖；圖4是圖3中一氧化碳氣體發(fā)生器在卷邊后的簡化組件圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)作的在卷邊后的一氧化碳氣體發(fā)生器的簡化組件圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例構(gòu)作的自檢驗一氧化碳探測器的示意圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一可替換實施例構(gòu)作的自檢驗一氧化碳探測器的示意圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)作的自檢驗一氧化碳探測器的示意圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明還有另一實施例構(gòu)作的自檢驗一氧化碳探測器的示意圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明補充的實施例構(gòu)作的自檢驗一氧化碳探測器的示意圖；圖11是橫跨一氧化碳發(fā)生器展開的電壓以保證其正常工作的示意圖；圖12是響應(yīng)本發(fā)明一氧化碳發(fā)生器工作的一氧化碳傳感器工作情況的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)作的一自檢驗一氧化碳探測器實施例的簡化控制方框圖；以及圖14是示出本發(fā)明檢驗方法的簡化流程圖。
盡管與某些較佳實施例共同來描述本發(fā)明，但是并不打算對這些實施例作限制。相反以，例是想覆蓋由所附權(quán)利要求書中所規(guī)定的，包括在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有替換物，修改和等價方案。
具體實施例方式
將在下面討論的本發(fā)明系統(tǒng)和方法，提供了可靠的一氧化碳探測器的自動測試，并可根據(jù)這測試的結(jié)果來檢驗探測器。這功能是通過產(chǎn)生小量的氣體來提供，而該氣體是這探測器被設(shè)計來探測的。對一氧化碳探測器而言，所產(chǎn)生的測試和檢驗的氣體是一氧化碳。
與本發(fā)明的系統(tǒng)不同，當(dāng)在MEA上采用鉑電極來電解水時，在電極的正端離析出的氣體通常是氧，而在負端離析了的氣體通常是氫。不過，正如上面所討論的，采用氫作為檢驗氣體，它不可能正常探測到MEA的化學(xué)中毒。事實上，在這樣的條件下，傳感器對氫報體的響應(yīng)增加，而對一氧化碳的響應(yīng)實際上是下降的。在這種場合下，將錯誤地確定傳感器是正常運行的。
在本發(fā)明的自檢驗一氧化碳探測器中，明確地不會采用氫作為檢驗氣體。事實上，氫的產(chǎn)生特定地被抑制。負電極通過電化學(xué)的氧化處理修改以形成覆蓋碳-氫-氧的復(fù)合物的表面，而這覆蓋物如果被除去的話則被迅速地補充，使得氫產(chǎn)量受到抑制，而促使氧的減少。通過實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用碳而不是鉑電極時，通過在電解液中由水的電解作用產(chǎn)生的氧離子，并不在陽極釋出電子而成為氧分子，而是與電極表面起作用而產(chǎn)生CO和CO2。一般是所產(chǎn)生氣體的5％將是CO形成，而95％將是CO2形式(注意，傳感器不對CO2作響應(yīng))。因此，本發(fā)明采用碳電極有兩個目的，就是為了促使在正端產(chǎn)生一氧化碳，并在負端抑制氫的產(chǎn)生。
采用碳電極通過稀硫酸溶溶的電解來產(chǎn)生CO在科學(xué)文獻中是熟知的。不過，本發(fā)明的氣體發(fā)生器是根據(jù)采用離子輸運薄膜(也稱為離子交換薄膜)作為電解質(zhì)由電化學(xué)過程為產(chǎn)生一氧化碳。在本發(fā)明的一較佳實施例中，使用由DuPont生產(chǎn)的稱之為Nafion的產(chǎn)品。諸如Nafion的離子輸運薄膜除了它是因體而不是液體之外，在某種意義上呈現(xiàn)與剛才提及的酸性溶液工藝是非常類似的。Nafion和其它類似的材料可以在電化學(xué)電池的兩電極間以與硫酸所做的相同方式支承質(zhì)子的輸運。這過，為了有效地起到作用，必須保持對Nafion薄膜供給來自附裝的儲水器的水汽。當(dāng)它被正確地水合時，通常在3V幾個毫安電流的流動下在幾分鐘的時間就能產(chǎn)生約100ppm濃度的CO氣體。
在實際中，真實一氧化碳傳感器的噪聲和漂移相當(dāng)占幾個ppm。另外，用于家用一氧化碳探測器的Underwriters實驗室(UL)標(biāo)準(zhǔn)(UL2034)規(guī)定這些探測器應(yīng)在小于30ppm的CO濃度時既不顯示，也不報警。所以，如果從氣體發(fā)生器轉(zhuǎn)移到傳感呂的檢驗氣體的濃度保持在30ppm以下時，在自檢驗事件期間將不必要取消探測器的顯示。另外，在這樣低的濃度，沒有可能使探測器在自檢驗過程中響起一次警報，所以不需要人為地去停止報警。
在本發(fā)明自檢驗探測器的一實施例中，一氧化碳傳感器和氣體發(fā)生器的物理結(jié)構(gòu)是類似的，主要區(qū)別是在用于各別部分的材料上。所以，為簡化這兩個部件的的討論，將參考圖1和2來描述探測器和氣體發(fā)生器這兩者。不過，當(dāng)材料中的差異在這兩個部件中的每一個特定元件的結(jié)構(gòu)中是重要的時，半在特定元件和它的參考數(shù)字方面來討論這樣的差異。
參考圖1，示出一氧化碳傳感器10或一氧化碳氣體發(fā)生器12的專用元件在金屬外殼14卷邊閉合之前的狀態(tài)。圖2示出在卷邊后的這些相同部件。卷邊過程壓縮了內(nèi)部的元件以保證在傳感器內(nèi)良好的水的緊密密封和良好的電接觸。這些專用的形成傳感器10或氣體發(fā)生器12的部件配置在一個堆中，并包括頂盤16，密封墊圈20，擴散層22，兩片塑料墊圈24、26(可不存在于一氧化碳氣體發(fā)生器12中)，電極組件28，疏水性薄層36，以及底盤38。在這個堆的下面是儲水器42。
在本發(fā)明的一較佳實施例中，頂盤16是由剛性不銹鋼盤制成，且用于對其它部件的壓縮。在盤16的中心有一小孔18，以使一氧化碳進入到傳感器10的活性元件(在傳感器線件10的場合下)，或使在氣體發(fā)生器12的活性元件產(chǎn)生的一氧化碳逸出金屬外殼14以測試這傳感器10。在傳感器10和發(fā)生器12的諸實施例中，小孔18控制CO能擴散進傳感器10或擴散出氣體發(fā)一器12的速率。但是，在其它實施例中，這小孔18不是限止擴散的，將在下面討論。
密封墊圈20較佳的是硅橡膠密封墊圈或其它能與卷邊的組件10，12密封以防止水損耗的合適材料。由密封墊圈20提供的密封也保證一氧化碳進入或逸出組件10，12的惟一方法是經(jīng)過在頂盤16中的小孔18。照這樣，在正常工作和測試時來自傳感器28的讀數(shù)，和用于檢驗所產(chǎn)生的氣體量是已知的，并涉及到根據(jù)擴散速率經(jīng)過小孔18的一氧化碳的特定濃度。
擴散層22具有兩種功能。第一，它提供在頂盤16和電極組件28的上表面之間的電接觸。第二，它使進入傳感器10的一氧化碳向兩側(cè)擴散并基本上全部是與電極組件28起反應(yīng)的。當(dāng)傳感器10如圖2所示那樣被卷邊閉合后，擴散層22經(jīng)受重大的變形。這保證了在頂盤16和電極阻件28上表面之間良好的電接觸。用于擴散層22的材料必須對氣體是多孔性的且是導(dǎo)電的。在一實施例中采用諸如Carbel(由WL Groe生產(chǎn))的摻碳的微多孔PTFE復(fù)合物，雖然也可采用其它摻碳的材料。
兩個部件24，26是相同的，并包括兩片薄的塑料墊圈，這兩個墊圈具有不于擴散層22直徑的孔洞直徑和恰好小于未卷邊的金屬外殼14頸部內(nèi)直徑的外直徑。這些墊圈的材料可以是在各種等級中的PTFE或聚乙烯。墊圈24，26的目的是兩方面的。首先，設(shè)置上墊圈24以便防止任何可通過密封墊圈20的有機蒸汽到達電極阻件28。其次，下墊圈26的位置被安排到以控制來自電極組件28上表面的一氧化碳到電級組件28下表面的擴散。當(dāng)傳感器10被卷邊閉合時，墊圈24，26被迫對著底盤38并在那個點上提供密封。另外頂墊圈24被迫對著頂盤16并在那個點上提供密封。
電極組件28是傳感器10的工作元件。在一實施例中，組件28包括涂著上電極30和下電極32的離子交換薄膜34(諸如象由DuPont生產(chǎn)的Nafion115)。這些電極在一氧化碳探測器中的結(jié)構(gòu)和功能是在2001年3月13日提交的，授權(quán)于Atwood Industries，Inc.，題為GAS SENSOR WITH ADIAGNOSTIC DEVICES的第6,200,443號美國專利中描述，其原理和揭示內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在于。為了準(zhǔn)確地工作，必須用來自儲水器42的水蒸汽使組件28保持潤濕。
疏水性薄層36是由與擴散層22一樣的材料制作的，設(shè)計來為在底盤和組件28下表面32之間提供電接觸。它還有防止來自儲水器42的液態(tài)水進入到電極組件28的功能。因此，用于擴散層22和疏水性薄層36的材料還必須具有疏水的性質(zhì)。還要注意到，疏水性薄層36的出現(xiàn)，有助于造成電極組件28的向上變形，它可幫助提供對組件28上表面30的電接觸。
在探測器組件10中也包括不銹鋼底盤38。這個盤38在傳感器金屬外殼14被卷邊封閉之后，對支承部件堆的壓縮是足夠堅硬的。盤38還含有一個或多個小孔40，它們被設(shè)計來作為使來自儲水器42的水蒸汽到電極組件28的通道。
姑較早敘述的，除了在一實施例中某些部件可被略去，而在其它實施例中某些元件是用不同材料制成的之外，一氧化碳傳感器10和檢驗氣體發(fā)生器12的結(jié)構(gòu)是基本相同的。在示于圖1和2中的檢驗氣體發(fā)生器12的實施例中，電極組件28可有是帶有沉積電極30，32的離子交換薄膜34的復(fù)合結(jié)構(gòu)。在這檢驗氣體發(fā)生器12的實施例中，電極30和32只含有碳黑和離子交換聚合物。它們不含鉑，正是與傳感器10的電極30，32一樣的情況，因為氫的產(chǎn)生要被抑制，而一氧化碳的產(chǎn)生要被提升。
如上所述，當(dāng)在檢驗氣體發(fā)生器12中采用碳電極30，32，來代替在一氧化碳傳感器10結(jié)構(gòu)中的鉑電極時，負極通過電化學(xué)氧化處理修改以形成由碳-氫-氧復(fù)合物覆蓋的表面，而這種覆蓋物，當(dāng)被除去時就會迅速再補充。包含在電解液中的氧離子與這電極表面起反應(yīng)產(chǎn)生CO和CO2。在另一電極，即在負電極的反應(yīng)也被修改且析出象甲烷和乙烯的物質(zhì)而不是氫。因此在本發(fā)明的檢驗氣體發(fā)生器12中碳電極的采用提升了在正端一氧化碳的產(chǎn)生并在負端抑制了氫的產(chǎn)生。
在示于圖3和4的檢驗氣體發(fā)生器12的實施例中，組件28可能只是包括離子交換薄膜34。在檢驗氣體發(fā)生器12的這個實施例中，組件28僅僅由一片離子交換薄膜34構(gòu)成。電極由擴散層22和疏水性薄層36所提供。這些薄層22，34，如上面所討論，由含有氣體多孔性材料的碳制成。因此，它們滿足抑制氫和產(chǎn)生一氧化碳的要求。
與一氧化碳傳感器10不一樣，對一氧化碳氣體發(fā)生器12不存在抗化學(xué)中毒的要求。因此，可用或可不用墊圈24。同樣，在氣體發(fā)生器12中，在組件28周圍來控制氣體擴散的要求比在氣體傳感器10中的較不重要，所以可用或可不用墊圈26。圖5示出不包括這些墊圈的本發(fā)明氣體發(fā)生器12的一實施例。盡管這實施例示同在組件28中采用電極30，32，但薄層22和36可起到這個功能，如上面所討論。在這種實施例中，在組件28中，只是離子交換薄膜34將是需要的，類似于在圖3和4中所示。
現(xiàn)在已討論了一氧化碳氣體探測器10和一氧化碳氣體發(fā)生器12這兩者的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在就把注意力集中到自測試和/或自檢驗的一氧化碳傳感器44上。為了揭示簡便起見，下面將討論包括在測試和檢驗這兩種功能的自檢驗一氧化碳傳感器44。這種傳感器44是由一氧化碳傳感器10，一氧化碳氣體發(fā)生器12，以及把這兩個主要部件連結(jié)到一起的外殼46組成。傳感器44還包括合適的驅(qū)動器/探測器電子設(shè)備，檢驗算法和控制程序。將在下面依次討論每個部件。
參考圖6-10，討論通過外殼46，傳感器10和發(fā)生器12的連接。為了清晰起見，已省去了這電連接。在示于這些圖中傳感器44的各種實施例中，控制擴散的小孔位置是在這些實施例之間明顯的特性。在圖6的實施例中，依照成為傳感器44控制擴散的小孔尺寸來制作各個部件10，12頂盤的小孔18，對兩個部件10，12在它們通過連接室外殼46之壁的地方減少了電連接密封的需要。不過，這的確增加用于檢驗的響應(yīng)時間并降低峰值信號。這些小孔18控制了一氧化碳和水蒸汽進入傳感器44的進入口(對傳感器10)和離開口(對發(fā)生器12)。因此，小孔18控制了傳感器10的靈敏度，從發(fā)生器12釋放檢驗氣體的速率，和從兩個部件10，12中損失水的速率。
發(fā)生器12和傳感器10通過由外殼46形成的小室50連接。應(yīng)把室50安排得具有小的體積，室50的最小體積把必須產(chǎn)生的檢驗氣體量減為最小，并改善的響應(yīng)速度。在連接室50的壁46中出現(xiàn)輔助的非限止擴散的小孔48，以便使來自周圍環(huán)境的一氧化碳進入傳感器44，傳感器10和發(fā)生器12可如所示的側(cè)壁靠側(cè)壁或與兩個緊靠放置的兩個頂盤未端接未端未定位。在這實施例中，傳感器10和發(fā)生器12都和須具有它們自己的儲水器。
在示于圖7中自檢驗傳感器44的另一實施例中，分離的發(fā)生器12和傳感器10在它們的頂罩上各有一較大的、非限制擴散的小孔18。這些較大的小孔18并不分別限制一氧化碳和水蒸汽進入或離開傳感器10和發(fā)生器12的擴散速率。然后把兩個部件10，12通過如所示的配備控制擴散的小孔48的小室50連接。這能使檢驗氣體和水蒸汽這兩者在傳感器10和發(fā)生器12之間自由傳遞，并導(dǎo)致對檢驗事件傳感器有較快和較大的響應(yīng)。在傳感器10和發(fā)生器12之間水蒸汽的自由移動意即只是單一儲水器可能是必然的，如在圖8的實施例中所示。實際上，這自由移動能使儲水器或是包括在傳感器10(如所示)或是包括在發(fā)生器12(未示出)。或者兩個部件10，12都可裝置比在圖6和7中所需的那些較小的儲水器。
在本發(fā)明的更進一步的實施例中，傳感器10和發(fā)生器12共用一儲水器，如圖9和10所示。這可通過都除去傳感器和發(fā)生器這兩者金屬外殼的底部并把開口端浸入共用的儲水器中來得到。這樣有一優(yōu)點，即對相同體積的水來說，自檢驗傳感器44的總尺寸可比以前的實施例總尺寸較小。傳感器10和發(fā)生器12可裝備著它們各自的控制擴散的小孔18，如圖9中實施例所示，在這個例子中，小孔48是非控制擴散的?；蛘?，在傳播室50壁上的小孔48，可以依照控制擴散的尺寸來制作，而在傳感器10和發(fā)生器12上的小孔18可以是非控制擴散的，如圖10所示。
現(xiàn)在已經(jīng)討論了單個部件10，12的結(jié)構(gòu)和自檢驗一氧化碳組件44的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在要把注意力轉(zhuǎn)到本發(fā)明測試和自檢驗的方法上。測試和自檢驗過程基本包括施加電脈沖到氣體發(fā)生器12，然后在傳感器10的輸出觀察其效應(yīng)。不過，實際執(zhí)行這方法是較復(fù)雜的，將在下面討論。
在電化學(xué)的氣體發(fā)生器中，沒有要與所需電化學(xué)反應(yīng)相爭的不希望有的副反應(yīng)，所產(chǎn)生的氣體量正比于經(jīng)發(fā)生器通過的電子數(shù)。電子數(shù)決定于經(jīng)發(fā)生器通過電流的時間積分。所以，用每個電脈沖控制所產(chǎn)生氣體的體積可通過控制脈沖電流的脈沖的持續(xù)時間最佳地獲得。因此，用于氣體發(fā)生器的驅(qū)動電流較佳的是包括恒定電流源。這種電流源傳遞與所需電壓無關(guān)的預(yù)置電流。為控制電流脈沖的持續(xù)時間，在電流源內(nèi)包括一定時程序控制。根據(jù)本發(fā)明一實施例，CO發(fā)生器12通常需要施加數(shù)秒鐘的＜10mA的電流。
施加到發(fā)生器的電流脈沖極性是重要的。為了使發(fā)生器得以通過較早描述的電化學(xué)方法產(chǎn)生一氧化碳，必須得使電極30(在圖3和4的實施例中是22)，即最靠近發(fā)生器12出口小孔18的，相對于另一電極32(在圖3和4的實施例中是36)是正的。如果把極性反轉(zhuǎn)過來，在檢驗期間進入傳感器10的氣體很可能主要的不是一氧化碳。
可以預(yù)見到在本發(fā)明至少幾個實施例即裝置中，一氧化碳的產(chǎn)生可能是與溫度有關(guān)的。其理由即是電化學(xué)過程具有顯示出指數(shù)地依賴溫度的反應(yīng)速率。為應(yīng)付這種溫度依賴性，本發(fā)明一實施例所施加電流的幅度隨周圍溫度的函數(shù)的變化而變化。在另一實施例中所施加脈沖的持續(xù)時間隨周圍溫度的函數(shù)的變化而變化。在這每個實施例中，根據(jù)周圍溫度的變化是這樣來達到目的的，即使得由發(fā)生器12所產(chǎn)生的一氧化碳量是一已知的數(shù)量。盡管在發(fā)生器12中一氧化碳的產(chǎn)生是與溫度有關(guān)的，但在家用探測器44應(yīng)該工作的預(yù)料溫度范圍內(nèi)幾乎對傳感器10不起作用。所以，不需要對傳感器響應(yīng)的溫度補償。
在本發(fā)明的另一實施例中，考慮了由發(fā)生器12產(chǎn)生的一氧化碳與溫度依賴關(guān)系對傳感器讀數(shù)補償即調(diào)整。在這實施例中，測量了周圍溫度，而采用存儲的數(shù)字算法來合適地校正傳感器響應(yīng)。這算法對在給定的周圍溫度下由發(fā)生器12產(chǎn)生的一氧化碳量的增加或減少作補償。
在本發(fā)明進一上的實施例中，采用溫度靈敏的負載電阻網(wǎng)絡(luò)自動地校正傳感器的輸出?；蛘?，可采用溫度靈敏的放大器根據(jù)周圍的溫度來調(diào)整傳感器輸出。不過，再次說明，進行傳感器輸出的補償，不是因為周圍溫度對傳感器起了不利的作用，而是因為在不同的溫度時，發(fā)生器12的驅(qū)動電路如果沒有如上所討論的補償?shù)脑拕t要產(chǎn)生不同量的一氧化碳。
作為另一可替換的實施例，本發(fā)明的該系統(tǒng)保證在啟動一檢驗事件之前，周圍溫度是在一有限的可允許范圍之內(nèi)，照這樣，所產(chǎn)生的一氧化碳的數(shù)量將在一已知的有限范圍之內(nèi)。
另外，在檢驗事件開始之前，必需測量傳感器信號58來決定S背景。在正常的周圍環(huán)境中，S背景應(yīng)是小于5ppm的值。不過，在一些反常的大氣條件下，或如果傳感器已暴露于大濃工的某些有機的污染下，則S背景值可以較高。但是，在這些條件下，只要S背景值是穩(wěn)定的，它仍然可能完成良好的檢驗。這可在短時間內(nèi)通過測量S背景的變化率來核對。只有當(dāng)S背景值超過30ppm的UL報警閥值時，就有需要立即停止這檢驗事件。這是因為存在著該探測器達到報警條件的可能性。如果S背景值是可以接受的(即，5ppm或較少，或少于30ppm且是穩(wěn)定的)，那未S背景值可從在整段時期(t開始到t停止)測量的或是S峰值或是平均值中減掉。這是可能的，因為在低背景電平時，傳感器信號只是簡單的相加。因此，可以通過這電平的簡單減法來除去背景。橫跨在準(zhǔn)確地工作的發(fā)生器上展開的電壓，與被出故障發(fā)生器產(chǎn)生的電壓波形類型一起，示于圖11。
在圖11中，到發(fā)生器12的驅(qū)動、電流在時間t開通時被開通并在t關(guān)斷時被關(guān)斷。電壓測量是在時間tm和t尾部時進行。在一實際的系統(tǒng)中，在t開通和t關(guān)斷之間延遲通常是10秒，而tm將發(fā)生在通過脈沖約3/4的地方(即，通常在t開通后的7.5秒)。時間t尾部通常是在tm后的30秒到1分鐘。在時間tm測量的電壓波形52是發(fā)生在氣體發(fā)生器12中的主要電化學(xué)反應(yīng)的代表，它通常會有值V良好，此處V良好在2.9V到4V的范圍內(nèi)。一未被全部啟動且可能只產(chǎn)生低濃度CO的發(fā)生器將產(chǎn)生具有值為V錯誤的電壓波形54，此處V錯誤將是小于2.3V。一產(chǎn)生具有值為V差的電壓波形56的發(fā)生器是在它有用的延續(xù)期間之未期的一氧化碳發(fā)生器的代表(V差將是4.5V或更高)。在時間t尾部測量的電壓，稱之為V尾部，對良好的發(fā)生器它應(yīng)是小于0.1V。
響應(yīng)由于施加到氣體發(fā)生器12的電流的結(jié)果而產(chǎn)生的一氧化碳量的傳感器10的工作情況，通常將如圖12中的波形58所示。把電流施加到發(fā)生器12之前的瞬間，在時間t開通(由波形60代表)波形58將有S背景的電平。在t開通之后的一、二秒，來自傳感器10的信號58將開始上升，在衰通回到零之前，在時間t峰值時將達到峰值S峰值。
在t開通和t峰值之間傳感器信號58的情況，和在t開通和t峰值之間的延遲，將由在發(fā)生器12和傳感器10這兩者中的小孔18的尺寸(見圖6-10)來確定。這些小孔18越大，則從發(fā)生器12到傳感器10的氣體傳輸越快，因此，延遲就越短。連接室50的體積(見圖6-10)還對波形58有一作用。就是說，較大的體積將延遲t峰值并將降低S峰值。這指出有把室50的體積減到最小的需要。同樣，在該段時期，傳感器信號58的情況指出t衰減是由室50的體積控制的。如果小孔18是非限制擴散的，這情況還可能被在傳感器10中電極的催化能力所影響，或者如果小孔48是非限制擴散的，則可能被從室50到周圍環(huán)境的小孔48的有效尺寸所影響。
傳感器信號58有兩個特點可用來定義檢驗事件的輸出值S峰值和在t開始和t停止之間傳感器信號的積分值(在圖12中陰影面積)。開始時間t開始通常為在t峰值之前約10秒，而停止時間t停止則在t峰值之后約10秒。這些時間通常在氣體發(fā)生器12的使用時間中將保持固定。
另外，在檢驗事件開始之前，有必要測量傳感器信號58以確定S背景值。在正常的周圍環(huán)境中，S背景應(yīng)有等價于一氧化碳濃度小于5ppm的值。如果S背景值等價于超過5ppm的CO濃度，尤其是在CO的30ppm以上時，就需要立即停止檢驗事件。這是因為存在探測器達到報警條件的可能性。如果S背景值是可以接受的(即，5ppm或較少)，那未S背景值可從在整段時期(t開始到t停止)測量的或是S峰值或者平均值中減去。這是可能的，因為在低背景電平時，傳感器信號只是簡單的相加。因此，可以通過這電平的簡單減法來除去背景。
在本發(fā)明一實施例中，探測器組件44將包括編程的微控制器62或其它邏輯裝置(例如，PLA，ASIC等)，如圖13所示。微控制器62是為操作探測器44而設(shè)計的，它提供一氧化碳探測器的所有正常的功能，計算時間來啟動檢驗事件，控制檢驗事件并啟動任何檢驗變換或其它檢驗事件結(jié)果需要的事件。微控制器62通過模擬/數(shù)字變換電路64與探測器44的部件對接。這電路64對微控制器62可以是內(nèi)在的。微控制器62還與定時程序電路66對接以完成一氧化碳報警功能以及測試和檢驗功能，如上所討論的。微控制器62利用報警指示器電路74，在一感應(yīng)到一氧化碳報警條件就向這環(huán)境里的人們發(fā)出警告。微控制器62在一感應(yīng)到在探測器44中的故障就利用故障指示器電路76。還可裝置到其它指示器和程序78的接口。
在一實施例中通過采用電子開關(guān)68從已編程的電流源/變換器70施加電流到檢驗氣體發(fā)生器12來控制檢驗氣體的發(fā)生，如上所討論的。在測試/檢驗事件期間，可監(jiān)控發(fā)生器12的電壓以探測發(fā)生器12的運行狀態(tài)。如果探測到故障，微處理器可通過故障指示器76向屋內(nèi)的人發(fā)出信號。應(yīng)注意要控制電流脈沖，使得所產(chǎn)生的一氧化碳氣體的量低于顯示器和報警的濃度。照這樣，在測度/檢驗事件期間，探測器44沒有機會顯示即報警。當(dāng)然，測試/檢驗指示器可作為按需要裝置在探測器44上其它指示器的一部分來裝置的。
同樣如上所述，可通過溫度測量電路72的措施來完成溫度補償。在為如上所描述的發(fā)生器12的性能作溫度補償?shù)闹T實施中，這溫度測量電路72可為已編程的電流源/變換器電路70提供輸入信號。還可把溫度信息提供到微控制器62，使能補償由于發(fā)生器12溫度變化引起的傳感器10的輸出，還是如上所討論的。
本發(fā)明的測試/檢驗方法以簡化的流程圖形式示于圖14，現(xiàn)在對該圖作出具體的參照。一旦測試/檢驗事件80啟動，本發(fā)明的系統(tǒng)就測量82傳感器10的背景信號(S背景)。如果由步驟84確定的S背景太大，或如果該值不穩(wěn)定，然后測試/檢驗事件被終止86。對這終止的理由已在上面作過詳細討論，且論及探測器44有可能進入報警條件。不過，如果在步驟84，S背景不太大，或如果該值是穩(wěn)定的，則本發(fā)明系統(tǒng)可繼續(xù)測試/檢驗事件。
在本發(fā)明為溫度變化對發(fā)生器12作補償?shù)闹T實施例中，核實該溫度，且如果需要，在步驟88調(diào)節(jié)電流脈沖的控制參數(shù)。如果需要溫度補償，于是就在步驟90計算已調(diào)整的t開通、t關(guān)斷、t開始，t峰值、t停止、t尾部、和t衰減?；蛘?，如果利用這種補償，則可從檢查表對不同的溫度采用存儲著的參數(shù)。
為保證發(fā)生器12正常地工作，在步驟92于時間tm施加電流脈沖并測量橫跨發(fā)生器12的電壓。如果在步驟94電壓不在接受的范圍內(nèi)，則發(fā)出故障信號，而測試/檢驗事件就被終止96。不過，如果在步驟94電壓是在可接受的范圍內(nèi)，就在步驟98測量傳感器參數(shù)，包括測量S峰值并t開始到t停止求傳感器信號的積分值和求平均值。還測量發(fā)生器12的電壓V尾部，而較佳的是還要記錄在t衰減期間的傳感器信號。如果在步驟100該發(fā)生器電壓V尾部不在可接受的范圍內(nèi)，則發(fā)出故障信號，而測試/檢驗事件在步驟102就被終止。
如果在步驟100，發(fā)生器12的電壓V尾部是在可接受范圍內(nèi)，于是在步驟104就把S背景值從傳感器信號中(或平均)減去，如上面所描述的。另外，在為計及由發(fā)生器12一氧化碳生產(chǎn)量的溫度變化而利用溫度測量來補償傳感器讀數(shù)的本發(fā)明諸實施例中，在步驟104中，校正傳感器的各個測量結(jié)果。在步驟106中，于是按需要校正探測器44的檢驗以對任何在傳感器10中的變化作調(diào)節(jié)，如上面所討論的。一旦完成這一步后，在步驟108終止測試/檢驗事件。
在本文引用的所有參考資料，包括專利，專利申請，和出版刊物，通過引用全部結(jié)合在此。
為了說明和描述的目的，已在前面提供了本發(fā)明各種實施例的描述。不打算使這描述是徹底的或使本發(fā)明限制在已揭示的精確實施例中。根據(jù)上面的原理，無數(shù)的修改或變化是可以的。選擇了所討論的實施例并作了描述以提供本發(fā)明原理的最佳說明，因此它的實際應(yīng)用能使在本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在各種實施例中應(yīng)用本發(fā)明，并在適合于所設(shè)想的特殊應(yīng)用中具有各種修改。當(dāng)根據(jù)這廣度作解釋時，所有這種修改和變化都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的，正如由所附權(quán)利要求所確定的，對這些權(quán)利要求，它們是公平地、合法地、和合理地被授予權(quán)利的。
權(quán)利要求
1.一種一氧化碳探測器，其特征在于，包括在其中形成室的外殼，所述外殼包括第一小孔；一氧化碳傳感器組件，具有配置在所述室內(nèi)的第二小孔；一氧化碳氣體發(fā)生器組件，具有配置在所述室內(nèi)的第三小孔；以及控制器，耦合到所述一氧化碳傳感器組件和到所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件，所述控制器操作所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件以產(chǎn)生一氧化碳，所述控制器還監(jiān)控所述一氧化碳傳感器組件的電輸出以保證其正常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述控制器還監(jiān)控橫跨一氧化碳氣體發(fā)生器組件的電壓以保證其正常工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探測器，其中當(dāng)所述橫跨所述一氧化碳氣體發(fā)生器的所述電壓超過預(yù)先確定的電平時，所述控制器發(fā)出所述的探測器的故障信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探測器，其中當(dāng)所述橫跨所述一氧化碳氣體發(fā)生器的所述電壓低于第一預(yù)先確定的電平，且在時間t尾部時所述電壓的衰退在第二預(yù)先確定的電平之上時，所述控制器發(fā)生所述的探測器的故障信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述第一小孔是限制擴散的，而所述第二和所述第三小孔則是非限制擴散的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件中的每一個和所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括一儲水器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件中的一個和所述一氧化碳報體發(fā)生器組件包括一儲水器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件和所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件這兩者共用單一的儲水器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述第一小孔是非限制擴散的，而所述第二和所述第三小孔是限制擴散的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件中的每一個和所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括一儲水器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件和所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件這兩者共用單一的儲水器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述第一、所述第二和所述第三小孔通過所述室作氣體的傳遞。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述控制器在操作所述一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生一氧化碳之前，監(jiān)控所述一氧化碳傳感器組件的所述電輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的探測器，其中所述控制器當(dāng)所述一氧化碳傳感器組件的所述電輸出大于一預(yù)先確定的電平時，禁止所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件的所述操作以產(chǎn)生一氧化碳。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所棕探測器，其中所述控制器在時間t峰值并在信號衰退的時段期間監(jiān)控所述一氧化碳傳感器組件的所述電輸出，所述控制器還在時間t開始到時間t停止對所述一氧化碳傳感器組件的所述電輸出求積分，在所述時間t開始到時間t停止上求平均，并減去在操作所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件以產(chǎn)生一氧化碳之前所監(jiān)控的所述一氧化碳傳感器組件的所述電輸出以驅(qū)動所述一氧化碳傳感器組件響應(yīng)的測量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的探測器，其中所述控制器利用所述一氧化碳傳感器組件響應(yīng)的所述測量來校正所述一氧化碳傳感器組件的檢驗。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于，還包括對周圍溫度變化作補償?shù)姆椒ā?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的探測器，其中所述方法包括周圍溫度傳感電路與所述控制器保持聯(lián)系。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的探測器，其特生在于，還包括已編程的電流源/變換器，可控地與所述控器保持聯(lián)系，并與所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件在操作上保持聯(lián)系，所述已編程的電流源/變換器產(chǎn)生具有幅度和持續(xù)時間的電流脈沖，所述電流脈沖在所述控制器的命令下被傳遞到所述一氧化碳氣休發(fā)生器組件以使一氧化碳氣體發(fā)生器產(chǎn)生一氧化碳，所述控制器操作對作為所述周圍溫度函數(shù)的所述電流脈沖的所述幅度的調(diào)節(jié)來產(chǎn)生恒一的一氧化碳量。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的探測器，其特征在于，還包括已編程的電流源/變換器，可控地與所述控制器保持聯(lián)系，并與所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件在操作上保持聯(lián)系，所述已編程的電流源/變換器產(chǎn)生具有幅度和持續(xù)時間的電流脈沖，所述電流脈沖在所述控制器的命令下被傳遞補到所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件以使一氧化碳氣體發(fā)生器產(chǎn)生一氧化碳，所述控制器操作對作為所述周圍溫度函數(shù)的所述電流脈沖的所述持續(xù)時間的調(diào)節(jié)來產(chǎn)生恒定的一氧化碳量。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的探測器，其中所述控制器為計及由所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件產(chǎn)生的作為周圍溫度函數(shù)的一氧化碳氣體量的變化，補償所述一氧化碳傳感器組件的作為周圍溫度函數(shù)的所述電輸出。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的探測器，其中控制器在操作所述一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生一氧化碳之前，保證所述周圍溫度是在預(yù)先確定的范圍之內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的探測器，其中所述方法包括耦合到一氧化碳傳感器組件的溫度靈敏的負載電阻網(wǎng)絡(luò)以自動地補償所述一氧化碳傳感器組件的作為周圍溫度函數(shù)的所述電輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的探測器，其中所述方法包括耦合到所述一氧化碳傳感器組件的溫度靈敏的放大器以自動補償所述一氧化碳傳感器組件的作為周圍溫度函數(shù)的所述電輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述一氧化碳傳感器組件包括在其中形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤，它把儲水器與所述金屬外殼上面的傳感器部分隔開，所述底盤內(nèi)部包括至少一個小孔；配置在所述底盤上的覆蓋所述至少一個小孔的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件；配置在所述電極組件上的第一墊圈，所以第一墊圈具有與所述金屬外殼的內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑；配置在所述第一墊圈上的擴散層；配置在所述擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述小孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑；配置在所述第二墊圈的密封墊圈，以及與密封墊圈嚙合密封的頂盤，所述頂盤限定在其內(nèi)的小孔；且其中所述金屬外殼被卷邊以與述一氧化碳傳感器組件密封，所述擴散層在其內(nèi)被變形以提供所述頂盤和所述電極組件的頂部之間的電接觸，在所述電極組件的底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探測器，其中所述擴散層和所述疏水性薄層包括摻入碳的微孔性PTFE復(fù)合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的探測器，其中電極組件包括具有其上、下表面被電極覆蓋的離子交換薄膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括在其內(nèi)形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤，它把所述儲水器與所述金屬外殼上面的傳感器部分隔開，所述底盤在其內(nèi)包括至少一個小孔；配置在所述底盤上的，覆蓋所述至少一個小孔的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件，所述電極組件包括具有沉積在其上、下表面上的電極的離子交換薄膜，所述電極含有碳黑和離子交換聚合物且不含鉑的混合物；擴散層；密封墊圈；以及與所述密封墊圈嚙合密封的頂盤，所述頂盤限定小孔；且其中所述金屬外殼被卷邊以與所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封，所述擴散層提供在所述頂盤和所述電極組件的頂部之間的電接觸，在所述電極組件的底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的探測器，其特征在于，還包括配置在所述電極組件上的第一墊圈，所述第一墊圈具有與所述金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的探測器，其特征在于，還包括配置在所述擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈不限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件包括在其內(nèi)形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤以把所述儲水器與所述金屬外殼上面的傳感器部分隔開，所述底盤在其內(nèi)包括至少一小孔；配置在所述底盤上、覆蓋所述至少一小孔的不含鉑的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件，所述電極組件包括離子交換薄膜；把不含鉑的擴散層配置到與所述電極組件相接觸；密封墊圈，以及與所述密封墊圈嚙合密封的頂盤，所述頂盤限定在其內(nèi)的小孔；且其中所述金屬外殼被卷邊以與一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封，所述擴散層提供在所述頂盤和所述電極組件的頂部之間的電接觸，在所述電極組件的底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的探測器，其特征在于，還包括配置在所述電極組件上的第一墊圈，所述第一墊圈具有與所述金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還限定一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的探測器，其特征在于，還包括配置在所述擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑。
34.一種一氧化碳傳感器組件，其特征在于，包括在其內(nèi)形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤，以把所述儲水器與所述金屬外殼上面的傳感器部分隔開，所述底盤在其內(nèi)包括至少一個小孔；配置在所述底盤上，覆蓋所述至少一個小孔的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件；配置在所述電極組件上的第一墊圈，所述第一墊圈具有與所述金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還限定一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑；配置在所述第一墊圈上的擴散層；配置在所述擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑；配置在所述第二墊圈上的密封墊圈；以及與所述密封墊圈嚙合密封的頂盤；且其中所述金屬外殼被卷邊以與所述一氧化碳傳感器組件密封，所述擴散層在其中被變形以提供在所述頂盤和所述電極組件的頂部之間的電接觸，在所述電極組件底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述組件，其中所述擴散層和所述疏水性薄層包括摻入碳的微多孔PTFE復(fù)合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述組件，其中所述電極組件包括具有其上、下表面覆蓋電極的離子交換薄膜。
37.一種一氧化碳氣體發(fā)生器組件，其特征在于，包括在其中形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤，以把所述儲水器與所述金屬外殼上面的發(fā)生器部分隔開，所述底盤在其中包括至少一小孔；配置在所述底盤上，覆蓋所述至少一個小孔的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件，所述電極組件包括具有沉積在其上、下表面上的電極的離子交換薄膜，所述電極含有碳黑和離子交換聚合物且不含鉑的混合物；擴散層；密封墊圈；以及與所述密封墊圈嚙合密封的頂盤，所述頂盤限定在其內(nèi)的一小孔，且其中所述金屬外殼被卷邊以與所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封，所述擴散層在所述頂盤和所述電極組件的頂部之間提供電接觸，在所述電極組件底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的組件，其特征在于，還包括配置在電極組件上的第一墊圈，所述第一墊圈具有與所述金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑。
39.如權(quán)利要求38所述的組件，其特征在于，還包括配置在擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑。
40.一種一氧化碳氣體發(fā)生器組件，其特征在于，包括在其內(nèi)形成儲水器的金屬外殼；配置在所述金屬外殼內(nèi)的底盤，以把儲水器與所述金屬外殼上面的發(fā)生器部分隔開，所述底盤在其內(nèi)包括至少一小孔；配置在底盤上、覆蓋所述至少一小孔且不含鉑的疏水性薄層；配置在所述疏水性薄層上的電極組件，所述電極組件包括離子交換薄膜；配置不含鉑的擴散層與所述電極相接觸；密封圈；以及與所述密封圈嚙合密封的頂盤，所述頂盤在其內(nèi)限定一小孔；且其中所述金屬外殼被卷邊以與所述一氧化碳氣體發(fā)生器組件密封，所述擴散層在所述頂盤和所述電極組件的頂部之間提供電接觸，在所述電極組件底部和所述金屬外殼之間的電接觸由所述疏水性薄層和所述底盤來提供。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述組件，其特征在于還包括配置在所述電極組件上的第一墊圈，所述第一墊圈具有與所述金屬外殼內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第一墊圈還在其內(nèi)限定一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述電極組件的直徑。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述組件，其特征在于，還包括配置在擴散層上的第二墊圈，所述第二墊圈具有與所述金屬外殼的所述內(nèi)表面緊密適配的外緣，所述第二墊圈還限定在其內(nèi)的一孔洞，所述孔洞的直徑小于所述擴散層的直徑。
43.一種檢驗一氧化碳探測器的方法，該探測器具有以氣體傳遞的一氧化碳傳感器如一氧化碳氣體發(fā)生器，其特征在于，包括如下的步驟控制一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生已知量的一氧化碳；監(jiān)控一氧化碳傳感器對一氧化碳已知量的響應(yīng)；以及當(dāng)響應(yīng)在預(yù)先確定范圍的外面時，校正一氧化碳傳感器的檢驗。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其中控制一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生已知量的一氧化碳的步驟包括把電流脈沖提供到該一氧化碳氣體發(fā)生器的步驟，該電流脈沖具有持續(xù)時間和幅度。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述方法，其特征在于，還包括測量周圍溫度的步驟，如補償控制一氧化碳氣體發(fā)生器反產(chǎn)生作為周圍溫度函數(shù)的一氧化碳已知量的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述方法，其中補償?shù)牟襟E包括調(diào)節(jié)作為周圍溫度函數(shù)的電流脈沖持續(xù)時間的步驟。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述方法，其中補償?shù)牟襟E包括調(diào)節(jié)作為周圍溫度函數(shù)的電流脈沖幅度的步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括測量周圍溫度的步驟，和調(diào)節(jié)作為周圍溫度函數(shù)的一氧化碳傳感器響應(yīng)以對在一氧化碳氣體發(fā)生器上溫度效應(yīng)作補償?shù)牟襟E。
49.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括在控制、監(jiān)控和校正的諸步驟之前，測量周圍溫度的步驟，以及當(dāng)周圍溫度在預(yù)先確定的溫度范圍的外面時，阻止控制、監(jiān)控和校正的諸步驟的步驟。
50.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括補償作為周圍溫度函數(shù)的一氧化碳傳感器響應(yīng)的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括在控制一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生已知量的一氧化碳的步驟之前，監(jiān)控一氧化碳傳感器輸出的步驟，以及當(dāng)輸出超過預(yù)先確定的閥值時，阻止控制、監(jiān)控和校正諸步驟的步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括在控制一氧化碳氣體發(fā)生器以產(chǎn)生已知量的一氧化碳的步驟之前，監(jiān)控一氧化碳傳感器輸出的步驟，以及從在控制步驟后監(jiān)控的一氧化碳傳感器響應(yīng)中減去在控制步驟前監(jiān)控的一氧化碳傳感器輸出的步驟。
53.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，還包括監(jiān)控一氧化碳氣體發(fā)生器以保證其正常工作的步驟，以及當(dāng)監(jiān)控步驟指出一氧化碳氣體發(fā)生器工作不正常時，指示故障的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述方法，其中監(jiān)控一氧化碳氣體發(fā)生器的步驟包括在控制一氧化碳氣體發(fā)生器期間的步驟時，監(jiān)控橫跨在一氧化碳氣體發(fā)生器的電壓，并當(dāng)橫跨在一氧化碳氣體發(fā)生器的電壓超過預(yù)先確定可接受的電壓范圍時，指示一氧化碳氣體發(fā)生器工作不正常的步驟。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述方法，其中監(jiān)控一氧化碳氣體發(fā)生器的步驟包括在衰退時段期間，控制一氧化碳氣體發(fā)生器的步驟后，監(jiān)控橫跨在一氧化碳氣體發(fā)生器的電壓，并當(dāng)橫跨在一氧化碳氣體發(fā)生器的電壓超過預(yù)先確定的電壓電平時，指示一氧化碳氣體發(fā)生器工作不正常的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的自檢驗一氧化碳探測器和方法利用該探測器被設(shè)計來探測的氣體作為檢測氣體。具體來說，在該探測器組件中包括一氧化碳發(fā)生器以產(chǎn)生一已知量的一氧化碳。監(jiān)控傳感器對所產(chǎn)生一氧化碳量的響應(yīng)，并按需要調(diào)節(jié)其檢驗。還監(jiān)控氣體發(fā)生器的運作，且為引起用戶注意發(fā)出任何的故障信號。該氣體發(fā)生器通過在它的結(jié)構(gòu)中所使用的材料，具體地抑制了氫的產(chǎn)生?？紤]到發(fā)生器的溫度效應(yīng)，或是通過對氣體發(fā)生器控制參數(shù)的控制，或是對傳感器響應(yīng)的補償，來作出對溫度效應(yīng)的補償。
文檔編號G01N1/00GK1628248SQ03803373
公開日2005年6月15日 申請日期2003年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者M·D·拉貝特, A·M·哈維 申請人:沃特基德手提設(shè)備股份有限公司