CN113008943B 气体感测装置及气体浓度感测方法 （财团法人工业技术研究院）

WO2019065127A1,2019.04US2016084812A1,2016US2019145929A1,2019.05.16US2017299536A1,2017.1本发明公开一种气体感测装置及气体浓度参考感材部包含第一导电层及对目标气体敏感得第一及第二导电层的导抗值并依据导抗值及21.一种气体浓度感测方法，适用于可感测待测气体中目标气体的浓度的气体感测装导抗取值阶段，以该加热器产生热能使该参考感材部的温度及考感材部的测量参考导抗值及该目标感材部的测量分区计算阶段，以该控制器依据该测量参考导抗值及多分区比对阶段，以该控制器以该测量目标导抗值比对该些预浓度推算阶段，以该控制器以多个目标变异系数之中一者以该控制器依据该测量目标导抗值及该些目标变异系数之中的一者计算校正导抗值；其中该目标气体浓度转换函数关联于该些指定浓度值及多个内置导抗值关联于该目标感材部且每一该些指定浓度值对应该些以该控制器依据多个原始目标导抗值及该些目标变异系数计算该些预测目标导抗值；该些关系函数的每一者为该参考感材部及该目标感材部接触该些指定浓度的该目标3.一种气体浓度感测方法，适用于可感测待测气体中目标气体的浓度的气体感测装导抗取值阶段，以该加热器产生热能使该参考感材部的温度及3分区计算阶段，以该控制器依据该第一测量参考导抗值分区比对阶段，以该控制器以比对基准值比对该些分区浓度推算阶段，以该控制器以目标变异系数及该测量目标导抗值推算目标气体浓度以该控制器依据该第一测量参考导抗值及多个第一关系函数计算多个第二预测参考参考感材部及该第二参考感材部接触该些指定浓度值的该目以该控制器依据该第一测量参考导抗值及第一原始参考导抗值计算第一参考变异系以该控制器依据该第一参考变异系数及多个第一关系函数计算多个第二参考变异系以该控制器依据多个第二原始参考导抗值及该些第二参考变异系数计算多个第二预该些第二原始参考导抗值关联于该第二参考感材部及该些指定浓度值的该目标气体；及该些第一关系函数为该些关系函数，且该些第一关系函数的部及该第二参考感材部接触该些指定浓度值的该5.如权利要求4所述的气体浓度感测方法，其中该比对基准值是该第二测量参考导抗中该些第二原始参考导抗值关联于该第二参考感材部及该些指该些第二关系函数为该第二参考感材部及该目标感材部接触该些指定浓度值的该目该些第二原始参考导抗值之中的一者及该些第二关系函数之中的一者所对应的指定浓度值都与该分区比对阶段中以该控制器选择该些指定浓度值之中4该些原始目标导抗值之中的一者所对应的指定浓度值与该分区比对阶段中以该控制8.如权利要求7所述的气体浓度感测方法，其中以该控制器依据该第二测量参考导抗以该控制器计算该第二测量参考导抗值之中的一者及该些第二原始参考导抗值之中9.如权利要求3所述的气体浓度感测方法，其中该比对基准值是该第二测量参考导抗中该些第二原始参考导抗值关联于该第二参考感材部及该些指该些第二关系函数为该第二参考感材部及该目标感材部接触该些指定浓度值的该目该些第二原始参考导抗值之中的一者及该些第二关系函数之中的一者所对应的指定浓度值都与该分区比对阶段中以该控制器选择该些指定浓度值之中该些第一关系函数为该些关系函数，且该些第一关系函数的部及该第二参考感材部接触该些指定浓度值的该以该控制器依据该第一测量参考导抗值及第一原始参考导抗值计算第一参考变异系5以该控制器依据该些第一预测变异系数中所选择的一者及多个第二关系函数之中一中该些第二关系函数为该第二参考感材部及该目标感材部接触该些指定浓度值的该目该些第二关系函数之中的一者所对应的指定浓度值与该分区比对阶段中以该控制器6也易受硅氧烷毒化而占据氧气吸附位置，因此上述情况将造成感测材料的起始电阻变异。[0005]有鉴于此，本发明提出一种能够自动校正的气体感测装7及该第二参考感材部对该目标气体的敏感度都低于该目标感材部对该目标气体的敏感度，明可依据每次校正后的电阻值及浓度值动态地修正气体感测装置预先建立好的标准曲[0011]以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发89技术者可轻易地理解本发明。以下的实施例及实施方式是进一步详细说明本发明的观点，[0057]加热器10例如可通过控制器70从外部电源(未绘示)接收电力。加热器10于表面标感材部所采用的感测材料不需加热时(换言之[0059]参考感材部30包含第一感测层301及第一导电层303。第一感测层301是金属氧化后文称此导抗值为测量参考导抗值，例如直流电力的电阻值(resistance)或电导值[0060]目标感材部40包含第二感测层401及第二导电层403。第二感测层401是金属氧化(sensitivity)低于目标感材部40对于目标气体的敏感度。为让感测材料对感度为高或低，可采用掺杂特定金属的方式。举例来说，可将三氧化钨(WO3)与二氧化锡(SnO2)的感测材料加载于介电层20的承载侧201上。加载方式为滴定涂装(Dropcoating)层301及第二感测层401的面积以及所加载的感测材料种类，也不限制第一导电层303及第热器10加热参考感材部30及目标感材部40时并导入待测气体至气体感测装置100时，以控目标导抗值以及预存数据计算待测气体中的目[0064]所述的预存数据包括：关联于参考感材部30的多个原始参考电阻值(原始参考导关联于参考感材部30及目标感材部40的多个关系函数以及至少一个目标气体浓度转换函体浓度感测方法适用于如本实施例叙述的可感测目标气体的气体感测装置100，其包括加[0066]请参考步骤S31，加热器10产生热能，使参考感材部30及目标感材部40的温度上[0067]请参考步骤S32，在参考感材部30及目标感材部40的温度上升且参考感材部30及即参考感材部30的测量参考电阻值Rref(测量参考目标气体浓度转换函数计算目标气体浓度值。关系函数F为参考感材部30及目标感材部40举另一例来说，关系函数F是测量参考电阻值Rref变异率及测量目标电阻值Rsen变异率的相依关系。目标气体浓度转换函数用以将一校正电阻值(校正导抗值)转换为目标气体浓度[0075]请参考步骤S345，控制器70以校正电阻值Rcal代入目标气体浓度转换函数以获得述气体浓度感测方法适用于如第一实施例叙述的可感测目标气体的气体感测装置100，其部30的一测量参考导抗值及检测目标感材部40的一测量目标导抗值。在分区计算阶段A3考感材部30的测量参考电阻值Rref(测量参考导抗值)及目标感材部40的测量目标电阻值RsenRsen0,(100ppm)以及Rsen0,(200ppm)。关系函数F(kppm在不同浓度的目标气体下的相关性。这些关系函数F(kppm)各自对应一个预设的指定浓度(kppm)是测量参考电阻值Rref及测量目标电阻值Rsen在各个浓度的量目标电阻值Rsen变异率在各个浓度的目标气体下的相依关系。关于多个原始目标电阻值参考变异系数α及多个关系函数F(kppm)计算多个目标变异系数β(kppm)。目标变异系数β(k关系函数F(kppm)可获得4个目标变异系数β(kppm)，其包含β(0ppm)、β(20ppm)、β(100ppm)以及及7所示。)(式4))(式6))(式7)述的多个分区参考值)。关于步骤S443的计算方式，承前例来说，针对多个指定浓度(如标变异系数β(kppm)的乘积作为预测目标电阻值Rsen,pre,(kppm)，其包含Rsen,pre,(0ppm)、[0091]请参考步骤S445，控制器70依据测量目标电阻值Rsen从多个预测目标电阻值[0092]请参考步骤S447，控制器70依据测量目标电阻值Rsen及目标变异系数β(xppm)计算一，且目标变异系数β(xppm)所对应的指定浓度与步骤S445中决定的预测目标电阻值[0094]请参考步骤S449，控制器70以校正电阻值Rcal代入目标气体浓度转换函数以获得施例的气体感测装置100中的参考感材部30及目标感材部40在第二实施例分别被称为第一参考感材部30及第一目标感材部40，第二实施例的气体感测装置200还包括第二参考感材适用于气体感测装置200的第二实施例的气体浓度感测方法时，并不重复叙述第二目标感参考导抗值及测量目标导抗值于本实施例分别被称为第一测量参考导抗值及第一测量目[0100]第二参考感材部50包含第三感测层501及第三导电层503。第三感测层501是金属考感材部50可用以反映第一目标感材部40的感测材料(即第一感测层301)的[0101]第二目标感材部60包含第四感测层601及第四导电层603。第四感测层601是金属[0102]第一参考感材部30对于目标气体的敏感度(sensitivity)低于第一目标感材部锡(SnO2)的感测材料加载于介电层20的承载侧201上。加载方式为滴定涂装(Drop为第一参考感材部30的第一感测层301，其中感测材料的粒径(particlesize)为30纳米标感材部40及第二参考感材部50(也可同时加热第二目标感材部60)并导入待测气体至气感材部40的第一测量目标导抗值及第二参考感材部50的第二测量参考导抗值(或同时包含气体浓度感测方法适用于如第二实施例叙述的可感测目标气体的气体感测装置200，其包[0107]请参考图8，下文叙述适用于气体感测装置的第二实施例的气体浓度感测方法的据第一测量参考导抗值及第二测量参考导抗值中至少一者及多个关系函数计算多个分区的测量目标电阻值Rsen(测量目标导抗值)及第二目标感材部50的第二测量参考电阻值Rref2电层303检测第一感测层301的第一测量参考电阻值Rref1，通过第二导电层403检测第二感体的状况，第一关系函数F1(kppm)的每一者为第一参考感材部30及第二参考感材部50的相及第二测量参考电阻值Rref2变异率的相依关系。关于多个第二原始参考电阻值Rref2,0,(k50在这些指定浓度下的电阻值(例如：Rref2,0,(0ppm)、Rref2,0,(20ppm)、Rref2,0,(100ppm)以及关系函数F2(kppm)是第二测量参考电阻值Rref2及测量目标电阻值Rsen的相依关系。举另一例来说，第二关系函数F2(kppm)是第二测量参考电阻值Rref2变异率及测量目标电阻值Rsen变异[0116]请参考步骤S741，控制器70’依据第一参考变异系数α及多个第一关系函数F1(k及17所示。)(式14))(式15))(式16))(式17)二参考变异系数γ(kppm)计算多个第二预测参考电阻值Rref2,pre,(kppm)(第二预测参考导抗参考电阻值Rref2,0,(kppm)与第二参考变异系数γ(kppm)的乘积作为第二预测参考电阻值器70’计算第二测量目标电阻值Rref2与多个第二预测参考电阻值Rref2,pre,(kppm)的多个差Rref2,0,(xppm)及第二关系函数F2(xppm)计算目标变异系数β(xppm)。第二原始参考电阻值Rref2,0,(xppm)、步骤S7Rref2除以第二原始参考电阻值Rref2,0,(xppm)的商值代入第二关系函数后得到的数值作为目量目标电阻值Rsen(目标测量导抗值)及第二目标感材部50的第二测量参考电阻值Rref2(第二测量参考电阻值Rref2、多个第二关系函数F2(kppm)及目标气体浓度转换函数计算目标气体据第一测量参考电阻值Rref1及多个第一关系函数F1(kppm)计算多个第二预测参考电阻值系函数F1(kppm)的数量由指定浓度值的数量决定。举例来说，若指定浓度值预设为4个：Rref2,0,(xppm)及第二关系函数F2(xppm)计算目标变异系数β(xppm)。第二原始参考电阻值Rref2,0,(xppm)、步骤S843中被选择的第二预测参考电阻值Rref2,pre,(xppm)与第二阻值Rref2除以第二原始参考电阻值Rref2,0,(kppm)的商值代入第二关系函数后得到的数值测量目标电阻值Rsen(测量目标导抗值)及第二目标感材部50的第二测量参考电阻值Rref2据第二测量参考电阻值Rref2、多个第二原始参考电阻值Rref2,0,(kppm)及多个第一关系函数F1(kppm)计算多个第一预测变异系数α(kppm)(即分区计算阶段B3所述的多个分区参考值)。者(或这些差值的绝对值中的最小者)所对应的第一预测变异系数α(xppm)以及此第一预测ppm)计算目标变异系数β(xppm)。步骤S943中被选择的第一预测变异系数α(xppm)与第二关系计算的多个商值之中选择一者代入具有对应的指定浓度的第二关系函数F2(kppm)以获得目部40的测量目标电阻值Rsen(测量目标导抗值)及第二目标感材部301的第一测量参考电阻值Rref1，通过第二导电层403检测第二感测层401的测量目标电阻[0165]请参考步骤S104，控制器70’依据第一参考变异系数α、多个第一关系函数F1(k二测量参考电阻值Rref2、多个第二关系函数F2(kppm)及目标气体浓度转换函数计算目标气体标气体的状况，第一关系函数F1(kppm)的每一者为第一参考感材部30及第二参考感材部50异率及第二测量参考电阻值Rref2变异率的相依关系。关于多个第二原始参考电阻值二关系函数F2(kppm)是第二测量参考电阻值Rref2及测量目标电阻值Rsen的相依关系。举另一例来说，第二关系函数F2(kppm)是第二测量参考电阻值Rref2变异率及测量目标电阻值Rsen变依据第一参考变异系数α及多个第一关系函数F1(kppm)计算多个第二参考变异系数γ(k)(式37))(式38))(式39))(式40)二参考变异系数γ(kppm)计算多个第二预测参考电阻值Rref2,pre,(kppm)(第二预测参考导抗始参考电阻值Rref2,0,(kppm)与第二参考变异系数γ(kppm)的乘积作为第二预测参考电阻值电阻值Rref2,0,(xppm)及多个原始目标电阻值Rsen0,(kppm)阻变异相关性为第二参考感材部50的电阻值变异与目标感材部40的电阻值变异的相依关值Rref2,0,(kppm)及第二关系的第二预测参考电阻值Rref2,pre,(以第二原始参考电阻值Rref2,0,(kppm)的商值代入第二关系函数后得到的数值作为目标变[0187]以上描述适用于气体感测装置100的第一实施例的气体