一种化学过滤器的制作方法

本实用新型涉及送风过滤领域，具体涉及一种能检测腐蚀性气体、氨气以及voc的化学过滤器。

背景技术：

化学过滤器能够有效去除洁净室和相关受控环境中的各类有害气体，如腐蚀性气体。过滤材料采用特殊浸渍处理的颗粒活性炭、或离子交换树酯、高氧化性能的微球吸附剂，针对性强，吸附后不易解析，不产生二次污染。化学过滤器一般配合ffu使用，化学过滤器安装于ffu的入风口处，以对通过ffu送入洁净空间的空气进行气体过滤与净化。

现有技术中，通常采用点监测的方法实时监测洁净空间中的腐蚀性气体，即对洁净空间中布置多个采样点，然后将采集到的气体通过管路送至分析设备，分析设备对气体进行分析以测定气体中是否含有腐蚀性气体，如含有，则及时停止采样点所在位置的机台的工作，防止产品被污染。

然而，在洁净空间中布置多个采样点并且通过管路采样然后进行气体分析存在以下缺陷：首先，受限于管路的长度，对于大面积的厂房无法做到采样点的全面覆盖，无法做到全面监测；其次，由于每台分析设备连接多个不同的采样点，分析设备中会残留有前道分析的气流，无法保证后道分析气体的纯度，监测不准确；再次，由于每台分析设备可以连接的管路是有限的，所以连接的采样点也是有限的，需要配备多台分析设备，分析设备仪器昂贵，成本高。综上所述，采用点监测的方法，很难做到监测的全面性和准确性且成本高昂。

因此开发一种能够实现腐蚀性气体检测的全面性和准确性且节省成本的化学过滤器成为了本领域的急需技术。对此，中国实用新型专利201821266741.4公开了一种能检测腐蚀性气体的化学过滤器，其主要原理是利用与流经化学过滤器通道结构的腐蚀性气体接触的腐蚀试片和腐蚀性气体发生反应而导致电阻变化，然后用检测单元检测该腐蚀试片的电性能参数，从而判断化学过滤器内是否有腐蚀性气体通过。

然而，实际应用发现，上述化学过滤器存在如下应用缺点：(1)该专利技术仅能测知有无腐蚀气体通过及通过的腐蚀性气体的浓度变化趋势，并无法知道化学过滤器的使用寿命状况；(2)除了常见的腐蚀性气体，一些更微量的有害气体(如氨气、voc)因含量更少而无法被检测出。

因此，开发一种高检测灵敏度的化学过滤器，显然具有更佳的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高检测灵敏度的化学过滤器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由腐蚀试片a、腐蚀试片b、电阻r1、电阻r2组成的惠斯通电桥，且腐蚀试片a和电阻r1组成一支路，腐蚀试片b和电阻r2组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表或电流表；

所述电阻r1、电阻r2相等；

所述腐蚀试片a设于所述过滤单元的上游入口处，所述腐蚀试片b设于所述过滤单元的下游出口处。

上文中，所述腐蚀试片是一种具有一定电阻值的导体或半导体，其与腐蚀性气体接触后会发生腐蚀，导致其本身的电阻值会发生改变。本申请的核心正是利用了这一点，通过腐蚀试片的电阻值的变化，配合惠斯通电桥来检测，通过两个腐蚀试片在惠氏电桥的运作中的电压(或电流)随时间变动的监测，提供对化学过滤器使用寿命的监测与判断。至于电压(或电流)随时间变动，可以数值的变动与拐点，也可以是斜率变化。

至于腐蚀试片的形状，其可以是片形、条形、棒形或其他本领域常用的形状，本申请不作限制。

优选的，所述腐蚀试片a的阻值：电阻r1的阻值>10。

优选的，所述腐蚀试片b的阻值：电阻r2的阻值>10000。

上述技术方案中，所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的材料相同或不同，分别为铁片、铜片、银片或半导体。上述半导体例如为硅、锗、砷化镓等。

上述技术方案中，所述化学过滤器为v形活性炭空气过滤器、平板式活性炭空气过滤器、箱形活性炭空气过滤器、筒形活性炭空气过滤器、折叠式活性炭空气过滤器、袋式活性炭空气过滤器或密褶式活性炭空气过滤器。

优选的，所述化学过滤器模块化设置。

优选的，所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的阻值相等。

优选的，所述腐蚀试片b的外表面设有防腐蚀涂层。

优选的，所述腐蚀试片a的阻值：腐蚀试片b的阻值<0.02。

与之相应的另一种技术方案：一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由检测元件a、检测元件b、电阻r1、电阻r2组成的惠斯通电桥，且检测元件a和电阻r1组成一支路，检测元件b和电阻r2组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表或电流表；

所述电阻r1、电阻r2相等；

所述检测元件a设于所述过滤单元的上游入口处，所述检测元件b设于所述过滤单元的下游出口处；

所述检测元件a、检测元件b相同或不同，分别是具有吸附气体的金属氧化物或/和半导体氧化物，其能够吸附气体之后产生导电性能变化。

优选的，所述检测元件a、检测元件b均为三维反蛋白石结构in2o3气敏元件。

所述三维反蛋白石结构in2o3气敏元件是现有技术，具体可以参见2016年《吉林大学》的博士论文：邢瑞庆的《纳米半导体氧化物voc气体传感器研究》。

这种方案可以检测氨气和voc等。

所述的金属氧化物或/和半导体氧化物可以是in2o3、sno2等n型半导体氧化物，其传感器类型均属于表面电导型。优选的，所述检测元件a、检测元件b的阻值相等。

上述方案的机理如下：检测元件a和检测元件b通过化学吸附将氨气分子吸附到金属氧化物(或半导体氧化物)的传感层上，引起其电导发生变化，从而确定氨气的浓度。具体的，以金属氧化物膜为例：当金属氧化物膜暴露于化学还原性气体(如氨气)中，通过氧化膜与气体间的相互作用和吸附，导致还原性气体发生氧化，颗粒表面氧减少使势垒高度减小，从而使电导大小发生变化，基于由大量颗粒组成的金属氧化物膜在相邻颗粒间形成双肖特基势壁垒，在接界处引起电荷俘获，势垒的高度可确定电导的大小，从而实现对还原性气体(如氨气)的监测。

具体的，在氧化性气体中，吸附气体的电子亲和能大于半导体的功函数，电子将会从半导体转移到气体上，气体获得电子后以负电荷的形式在半导体表面吸附，此时，半导体因失去电子表面能带向上弯曲，表面电阻升高；在还原性气体中，吸附气体的电子亲和能小于半导体的功函数，电子将会转移到半导体上，气体失去电子以后正电荷形式在半导体表面吸附，此时，半导体导带上的电子数目增多，半导体电阻降低。也就是说，当其表面吸附气体分子时，半导体氧化物与吸附气体分子之间将会产生电子的转移，导致半导体导带上的电子数目增加或减少，进而引起半导体电阻的降低或升高

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

(1)本实用新型公开的化学过滤器通过设置腐蚀试片a、b构成惠斯通电桥，通过两个腐蚀试片在惠氏电桥的运作中的电压(或电流)随时间变动的监测，提供对化学过滤器使用寿命的监测与判断，由于电压计(电流计)设于惠氏电桥中，而电阻r1和电阻r2相等，因此当腐蚀试片a和b的阻值相等时，电压计的读数为0，而当有腐蚀发生时，腐蚀试片的阻值发生变化，此时电压计的读数就会发生变化，即使是微小的腐蚀也能被检测到，从而大大提高了检测的灵敏度；

(2)本实用新型公开的化学过滤器除了可以检测腐蚀性气体之外，还可以检测一些更微量的有害气体(如氨气、voc(有机污染物))，因此具有更广泛的适应性；

(3)本实用新型公开的化学过滤器模块化设置，即过滤器本体、以及检测机构组成一个整体，方便安装，且易于推广应用；

(4)本实用新型的成本很低，更适于商业化应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中惠斯通电桥的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一

参见图1，一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由腐蚀试片a、腐蚀试片b、一个电阻r0、另一个电阻r0组成的惠斯通电桥，且腐蚀试片a和电阻r0组成一支路，腐蚀试片b和另一个电阻r0组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表；

所述腐蚀试片a设于所述过滤单元的上游入口处，所述腐蚀试片b设于所述过滤单元的下游出口处。

所述腐蚀试片a的阻值：电阻r0的阻值＝1：1。所述腐蚀试片b的阻值：电阻r0的阻值＝1：1。所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的阻值相等。即惠斯通电桥的4个臂的阻值均相同。

所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的材料相同，均为银片。

所述化学过滤器为v形活性炭空气过滤器。

当化学过滤器刚刚过滤腐蚀气体时(即化学过滤器处于有效状态时)：位于过滤单元的上游入口处的腐蚀试片a的阻值会逐渐变大，而腐蚀试片b的阻值不变，此时电压表的读数会从0逐渐变大，并逐步达到一个峰值；而当化学过滤器逐渐吸满杂质气体而失效时，设于过滤单元的下游出口处的腐蚀试片b的阻值会变大，此时电压表的读数会从峰值逐渐下降，下降时就说明该化学过滤器失效了，需要更换了。

实施例二

一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由腐蚀试片a、腐蚀试片b、电阻r0、另一个电阻r0组成的惠斯通电桥，且腐蚀试片a和电阻r0组成一支路，腐蚀试片b和另一个电阻r0组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表；

所述腐蚀试片a设于所述过滤单元的上游入口处，所述腐蚀试片b设于所述过滤单元的下游出口处。

所述腐蚀试片a的阻值：电阻r0的阻值＝1：1。所述腐蚀试片b的阻值：电阻r0的阻值＝1：1。所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的阻值相等。即惠斯通电桥的4个臂的阻值均相同。所述腐蚀试片a的外表面设有防腐蚀涂层。

所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的材料相同，均为银片。

所述化学过滤器为v形活性炭空气过滤器。

当化学过滤器刚刚过滤腐蚀气体时(即化学过滤器处于有效状态时)：位于过滤单元的上游入口处的腐蚀试片a的阻值不变(因为腐蚀试片a的外表面设有防腐蚀涂层)，此时电压表的读数会一直为0；而当化学过滤器逐渐吸满杂质气体而失效时，设于过滤单元的下游出口处的腐蚀试片b的阻值会变大，此时电压表的读数会从0逐渐变大，此时就说明该化学过滤器失效了，需要更换了。

实施例三

一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由腐蚀试片a、腐蚀试片b、电阻r0、另一个电阻r0组成的惠斯通电桥，且腐蚀试片a和电阻r0组成一支路，腐蚀试片b和另一个电阻r0组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表；

所述腐蚀试片a设于所述过滤单元的上游入口处，所述腐蚀试片b设于所述过滤单元的下游出口处。

所述腐蚀试片a的阻值：电阻r0的阻值＝15：1。所述腐蚀试片b的阻值：电阻r0的阻值＝12000：1。所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的阻值之比为15：12000。

所述腐蚀试片a和腐蚀试片b的材料相同，均为银片。

所述化学过滤器为v形活性炭空气过滤器。

当化学过滤器刚刚开始工作时，由于腐蚀试片a的阻值远小于腐蚀试片b的阻值，因此电压表的读数处于一个高点值；当化学过滤器刚刚过滤腐蚀气体时(即化学过滤器处于有效状态时)：位于过滤单元的上游入口处的腐蚀试片a的阻值会逐渐变大，而腐蚀试片b的阻值不变，此时电压表的读数会从高点值逐渐变大，并逐步达到一个峰值；而当化学过滤器逐渐吸满杂质气体而失效时，设于过滤单元的下游出口处的腐蚀试片b的阻值会变大，此时电压表的读数会又从峰值逐渐下降，下降时就说明该化学过滤器失效了，需要更换了。

实施例四

一种化学过滤器，包括框架和过滤单元，还包括检测机构，所述检测机构包括由检测元件a、检测元件b、电阻r1、电阻r2组成的惠斯通电桥，且检测元件a和电阻r1组成一支路，检测元件b和电阻r2组成另一支路；该惠斯通电桥的检流计为电压表或电流表；所述电阻r1、电阻r2相等；

所述检测元件a设于所述过滤单元的上游入口处，所述检测元件b设于所述过滤单元的下游出口处；

所述检测元件a、检测元件b都是三维反蛋白石结构in2o3气敏元件。

所述三维反蛋白石结构in2o3气敏元件材料，复合了不同比例的cuo后，具有via-holes结构的三维反蛋白结构in2o3-cuo复合材料的大孔平均尺寸为410±5nm，且无孔隙堵塞情况，对丙酮的检测下限可达30ppb。

这种方案可以检测氨气。优选的，所述检测元件a、检测元件b的阻值相等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。