專利名稱：一種催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種瓦斯傳感器敏感元件的封裝，尤其涉及一種催化燃燒式瓦斯傳感器敏感元件的封裝。
背景技術(shù)：
目前，催化燃燒式瓦斯傳感器是煤礦礦井等現(xiàn)場仍在廣泛使用的ー種瓦斯?jié)舛人綑z測傳感器，但其功耗較大，通常在20(T600mW。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，迫切需要低功耗的瓦斯傳感器。目前的研究集中在通過傳感器的微型化來降低功耗，但在降低功耗的同時靈敏度也隨之降低，難以滿足現(xiàn)場實際使用的需求?，F(xiàn)有的催化燃燒式瓦斯傳感器采用傳統(tǒng)的金屬TO管殼封裝構(gòu)成氣室，封裝管殼頂部開有透氣孔，氣室通過管殼的透氣孔與外界環(huán)境連通，氣室內(nèi)的傳感器敏感元件與封裝外殼之間是空隙。瓦斯氣體通過透氣孔進入氣室后由傳感器檢測出其濃度。其工作原理是依靠鉬電阻的自加熱效應(yīng)將敏感元件即黑、白元件加熱到瓦斯氣體可以進行氧化燃燒反應(yīng)的溫度，這消耗較大的電功耗。在有瓦斯氣體的情況下，氧化燃燒釋放出的反應(yīng)熱造成溫度升高的同時使鉬電阻升高，依靠檢測電橋的不平衡信號來檢測出鉬電阻的變化，從而實現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臋z測。在自加熱的高溫工作狀態(tài)下，鉬電阻所消耗的電功率一部分維持黑白元件所需的溫度，另有很大部分能量以熱量的形式通過封裝管殼、引線以及周圍空氣耗散了。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有催化燃燒式瓦斯傳感器封裝存在的熱耗散問題，提供ー種可以降低傳感器敏感元件熱損耗同時又具有很高靈敏度的封裝，無需改動現(xiàn)有催化燃燒式瓦斯傳感器的敏感元件，而通過新型封裝實現(xiàn)功耗的降低并保持很高的靈敏/又。技術(shù)方案本發(fā)明以催化燃燒式黑白元件瓦斯傳感器為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的管殼內(nèi)封裝透氣隔熱保溫材料，如疏水ニ氧化硅氣凝膠。疏水ニ氧化硅氣凝膠具有極低的熱導(dǎo)率和比熱容，其熱導(dǎo)率比空氣還低，同時疏水ニ氧化硅氣凝膠的納米孔隙結(jié)構(gòu)又可以讓瓦斯氣體順利到達傳感器的表面產(chǎn)生氧化釋熱反應(yīng)。本發(fā)明不僅可以有效降低催化燃燒式瓦斯傳感器敏感元件的熱損耗，還可以避免敏感元件表面附近產(chǎn)生劇烈的氣體擾動將熱量耗散棹，從而有利于將氧化燃燒反應(yīng)所放出的熱量保持在傳感器敏感元件的表面，并提高靈敏/又。本發(fā)明的催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝結(jié)構(gòu)包括瓦斯敏感元件，管売，引線，引腳；在管殼內(nèi)，瓦斯敏感元件的兩端分別通過引線與引腳連接，在管殼的頂部設(shè)有通氣孔， 在管殼內(nèi)設(shè)有透氣隔熱保溫材料，透氣隔熱保溫材料包裏瓦斯敏感元件、引線以及引腳在管殼內(nèi)的部分。所述的透氣隔熱保溫材料為疏水ニ氧化硅氣凝膠或疏水納米骨架材料等。
有益效果本發(fā)明的瓦斯傳感器敏感元件封裝，在管殼內(nèi)采用疏水ニ氧化硅氣凝膠實現(xiàn)傳感器敏感元件與封裝管殼及空氣之間的熱隔離。與未采用這種封裝的傳統(tǒng)元件相比，采用本發(fā)明的元件可工作在很低的電流下，約70mA。而原有封裝中的元件在該電流下的靈敏度很低，無法使用。采用本發(fā)明封裝的元件功耗與采用原有封裝的元件的額定功耗相比可降低約30 40% ；同時靈敏度仍可高達50mV/l%CH4，也比原有封裝的元件額定工作狀態(tài)時的靈敏度高。因此是現(xiàn)有催化燃燒式氣體傳感器降低功耗并提供高靈敏度的有效封裝形式。這種封裝還可以吸附礦井等現(xiàn)場的煤塵等污染物，有利于延長傳感器的壽命。本發(fā)明還可以用于基于催化燃燒式原理的其它氣體傳感器敏感元件的封裝，以及采用加熱方式實現(xiàn)對氣體敏感的其它氣體傳感器。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的實施例與比較例的靈敏度-電流響應(yīng)特性比較圖； 圖3是本發(fā)明的實施例與比較例的靈敏度-功率響應(yīng)特性比較圖； 圖中，al、bl實施例的響應(yīng)特性曲線，a2、l32對比例的響應(yīng)特性曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及對本發(fā)明的實施作進ー步的描述
圖1為本發(fā)明的一種催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝，包括透氣隔熱保溫材料1，瓦斯敏感元件2，設(shè)有通氣孔6的管殼3，引線4，引腳5。透氣隔熱保溫材料采用疏水ニ氧化硅氣凝膠或疏水納米骨架材料，疏水ニ氧化硅氣凝膠填充在在管殼3內(nèi)，瓦斯敏感元件2的兩端分別通過引線4與引腳5連接，在管殼3的頂部設(shè)有通氣孔6，疏水ニ氧化硅氣凝膠包裹瓦斯敏感元件2、引線4以及引腳5在管殼3內(nèi)的部分。透氣隔熱保溫材料不限于以粉末或微顆粒以及整體的形式封裝于管殼內(nèi)并包裹瓦斯傳感器敏感元件2、引線4以及引腳5在管殼3內(nèi)的部分。圖2和圖3是實施例(管殼內(nèi)封裝疏水ニ氧化硅氣凝膠)的響應(yīng)特性(al、bl)與比較例即管殼內(nèi)無疏水ニ氧化硅氣凝膠的響應(yīng)特性比較(a2、は)。
權(quán)利要求
1.一種催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該封裝結(jié)構(gòu)包括瓦斯敏感元件(2)，管殼(3)，引線(4)，引腳(5);在管殼(3)內(nèi)，瓦斯敏感元件(2)的兩端分別通過引線 (4)與引腳(5)連接，在管殼(3)的頂部設(shè)有通氣孔(6)，在管殼(3)內(nèi)設(shè)有透氣隔熱保溫材料(1)，透氣隔熱保溫材料(1)包裏瓦斯敏感元件(2)、引線(4)以及引腳(5)在管殼(3)內(nèi)的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的透氣隔熱保溫材料(1)為疏水ニ氧化硅氣凝膠或疏水納米骨架材料。
全文摘要
本發(fā)明是一種催化燃燒式瓦斯敏感元件的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)包括瓦斯敏感元件(2)，管殼(3)，引線(4)，引腳(5)；在管殼(3)內(nèi)，瓦斯敏感元件(2)的兩端分別通過引線(4)與引腳(5)連接，在管殼(3)的頂部設(shè)有通氣孔(6)，在管殼(3)內(nèi)設(shè)有透氣隔熱保溫材料(1)，透氣隔熱保溫材料(1)包裹瓦斯敏感元件(2)、引線(4)以及引腳(5)在管殼(3)內(nèi)的部分。所述的透氣隔熱保溫材料(1)為疏水二氧化硅氣凝膠或疏水納米骨架材料。該封裝可有效降低傳感器敏感元件的熱損耗，并提高靈敏度。
文檔編號G01N27/16GK102539489SQ20121002796
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者丁恩杰, 吳立新, 程婷婷, 馬洪宇 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)