采用多相触媒合金、远红外陶瓷过滤器的可反吹清洗和快速标定的气体检测探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用多相触媒合金、远红外陶瓷过滤器的可反吹清洗和快速标定的气体检测探头，特别是涉及一种采用多孔型多相触媒合金、远红外和负离子陶瓷触媒过滤器(例如:可以滤除硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷(HMDS)之类有机硅等)以及以其为关键部件的可反吹清洗和快速标定的高分辨率、高稳定的可燃性或有毒气体检测探头，属于安全防护技术领域。所述的采用多相触媒合金、远红外陶瓷触媒过滤器的气体检测探头颇适合使用于催化燃烧式气体传感器、半导体陶瓷式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器、珈伐妮型电化学气体传感器等类型气体传感器。它对干扰气体的过滤效果明显，而对被测气体的吸收率甚小，此外，它过滤干扰气体的能力不受环境湿度的影响，其成本低、性能稳定、可靠性高、寿命长，可反吹清洗和快速标定的。因此它与适宜的气体传感器配合能够构成具有抗中毒、长寿命、高分辨率、高稳定、高可靠特性的可反吹清洗和快速标定的可燃或有毒气体气体检测探头。
【背景技术】
[0002]目前国际上的绝大多数气体传感器的选择性还不能完全满足各种行业的要求，特别是在抗硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷(HMDS)之类有机硅等干扰气体上存在较大的技术缺陷:
目前商品化的催化燃烧式气体传感器、半导体陶瓷式气体传感器等抗击硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体的能力脆弱，对于某些化工部门种类繁多的杂气，防不胜防；尤其是近年来，很多行业的材料和工艺都进行了改进和创新，就连建筑材料的组分都发生了较大的变化:例如油灰也开始大量使用硅油，硅橡胶也进入了寻常百姓的生活，因而硅材料产品几乎到处可见。实验表明，硅材料，特别是有机硅材料的聚合度比较低、易挥发，给气体传感器带来致命的伤害，导致气体传感器灵敏度下降，老化加剧，可靠性丧失。此外，硫化氢、二氧化硫等也给气体传感器本身的构成材料和其周边附件等带来巨大伤害。这是气体传感器行业有目共睹的。
[0003]由于被测气体中存在硫化氢、二氧化硫等的干扰，气体传感器的检测准确度、灵敏度和长期稳定度很快就发生大幅度下降:对于应监测的气体，其灵敏度下降；而对于勿需检测的气体(硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体)，其灵敏度反而增大，所谓“敏化效应”，因而误报警的概率大大地增加。例如:当把氧化锡半导体陶瓷式气体传感器当作为甲烷敏感器使用时，由于上述干扰气体的附着和吸收，使得它对需要监测的气体——甲烷的灵敏度下降，而对勿需检测的气体——乙醇的灵敏度却增大，有时甚至对于乙醇的灵敏度高于对甲烷的灵敏度。而对于催化燃烧式气体传感器而言，由于上述硅成分的吸附，使得它对烷类的灵敏度急剧下降，有时甚至丧失对烷类的敏感性。上述现象即所谓的“中毒老化”现象，它严重地影响了气体报警器输出数据的可靠性。更严重的“中毒老化”现象是检测信号的巨大漂移:虽然气体报警探头提供的信号电平和可燃气体浓度指示值还远远低于爆炸下限值，可是实际上可燃气体浓度已经达到或超过可燃气体爆炸下限浓度值。这种误报现象是多么可怕！
据英国、日本、韩国等权威部门统计，目前普通气体检测探头和气体报警器通常3?5个月就会发生误报现象。其主要原因是硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体在作怪。倘若气体报警器没有过滤防护装置，那么在空气中只要含有不足lppm浓度的六甲基硅烷，则气体报警器在该气氛中仅工作数秒钟，其灵敏度将发生明显的下降。
[0004]我们的实验表明，当环境中含有lppm (1X10 6)以上浓度的硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体时，则催化燃烧式气体传感器、半导体陶瓷式气体传感器都将产生明显的“中毒”老化现象。此外，高湿度空气以及气体传感器上的水滴等都将降低催化燃烧式气体传感器、半导体陶瓷式气体传感器的分辨率、稳定性、可靠性和使用寿命。
[0005]我国的状况并不乐观:大多数的可燃或有毒气体气体检测探头和气体报警器的生产厂家把商品化的气体传感器直接装入气体检测探头内，而不再另加能够消除存在于被测气体中给气体传感器带来不良影响的干扰气体(例如，硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体)之干扰气体滤除装置。当然，也有的厂家采用了灰尘过滤器，如图3 (a )和图3 ( b )所示。它们是采用粉末冶金法模压加工而成。图3 ( a )给出一种常规气体检测探头的具有的防粉尘功能的金属过滤器(以粉末冶金法制作)结构示意图，图3 ( b)给出一种常规气体检测探头的具有的防粉尘功能的金属过滤器(以粉末冶金法制作)过滤器俯视图。
[0006]换言之，大多数国产的气体检测探头仅仅依靠气体敏感元件表面本身的催化、过滤功能，以及安装具有的防粉尘功能的金属过滤器(以粉末冶金法制作)实现的。显然，国产气体检测探头的选择性和长期稳定性不佳，抗击硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体的能力较差，斥水滴和耐高湿度特性欠佳。国内也有一些气体检测探头和气体报警器的生产厂家为了适应某些行业的使用要求，为了抗击硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等气体的干扰，采用活性炭作为气体检测探头的过滤器材料。此外，目前该结构还存在不能实现过滤器表面污染物的反吹清洗和进行快速标定，它的可操作性欠佳。
[0007]活性炭是目前的一种常规过滤材料，遗憾的是它具有下述3个缺点:(1)活性炭对气体的过滤效应无选择性，换言之，它在滤出硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等杂气的同时，也对应监测的气体(例如，甲烷、异丁烷、一氧化碳、氢气等)进行一定程度的“吸附”和“衰减”。因此，不仅大大地降低了气体检测探头的检测灵敏度，并且增大了气体检测探头的响应时间，甚至有时增加了 4?7倍。换言之，活性炭过滤法是以牺牲报警灵敏度和响应时间为代价。(2)活性炭的有效过滤孔径取决与环境的温度和湿度，因此其过滤特性与环境参数的关系是一种多元函数曲线，不确定度较大。换言之，其过滤特性受控于使用的地域、季节、使用时间和工况。(3)活性炭分子的吸附是一种可逆式的物理吸附机制，因此其过滤能力是短暂的，很容易饱和。饱和后，则出现解吸现象，活性炭失去吸附能力，寿命短，需要再生处理或更换新鲜的活性炭。显然，把活性炭作为气体检测探头的过滤器材料并不理相
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[0008]简言之，目前的现状是绝大多数气体检测探头和气体报警器对干扰气体(例如，硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等气体)的滤除能力是很微弱的，对有害气体的抵抗力颇低，斥水滴和耐高湿度特性欠佳，已经不能满足很多部门的使用要求，国外某些技术先进国家已把对上述干扰气体的滤除、抑制要求已经列入本国行业标准或国标之中，而我国正在酝酿中。一言以蔽之，国内、外绝大多数气体检测探头和气体报警器的主要缺点是，对干扰气体(例如，硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等气体)的滤除能力不足，缺乏斥水滴和耐高湿度特性，不能或不便于反吹清洗以及进行快速标定，可操作性欠佳。因此，为了解决市场上的供需矛盾，开发采用多相触媒合金、远红外陶瓷过滤器的可反吹清洗和快速标定的气体检测探头技术必须提到日程上来。
[0009]
【发明内容】
[0010]本发明的目的是解决目前可燃或有毒气体的干扰气体过滤器和以其为关键部件的气体检测探头在滤除硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等的干扰气体、反吹清洗、快速标定、斥水滴和耐高湿度特性上存在的缺陷或不足，提供一种采用多相触媒合金、远红外陶瓷过滤器的可反吹清洗和快速标定的气体检测探头。其过滤能力不受环境湿度影响，成本低、性能稳定、可靠性高、寿命长的硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等气体过滤器和以其为关键部件的气体检测探头。该干扰气体过滤器不仅对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体的吸收和过滤能力强，而且对被测气体的吸收甚小，此夕卜，斥水滴、耐高湿度、可反吹清洗和快速标定。换言之，本发明的采用多相触媒合金、远红外陶瓷触媒过滤器的气体检测探头不仅具有对干扰气体气体的清除功能，而且还具备选择性地过滤作用，即它不仅能够清除硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷等硫、硅系干扰气体，而且斥水滴和耐高湿度，可以毫无吸收地让氢气、一氧化碳以及天然气等烷类气体顺利通过该气体过滤器进入气体气体检测探头的传感器敏感空间。
[0011]值得指出的是，对于催化燃烧式气体传感器而言，六甲基硅烷(HMDS)是一种危害性最大、挥发性最高的有机硅干扰气体。倘若气体报警器没有过滤防