氫氣泄漏檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用或者產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)。更特別地，其以能夠確保所述系統(tǒng)的安全性和可靠性的裝置為目標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]若干年來(lái)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域中擴(kuò)展了作為燃料和能量的來(lái)源的氫氣的使用。實(shí)際上，氫氣提供了特別是作為在星球上必須豐富可用的元素以及作為可再生的能量存儲(chǔ)器件的許多優(yōu)點(diǎn)。
[0003]該通用的燃料可在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒或者在燃料電池中使用，以向車輛、建筑物、發(fā)電廠以及更普遍的需要能量輸入的任何系統(tǒng)提供動(dòng)力。除了先前提到的優(yōu)點(diǎn)之外，例如，氫氣提供了遠(yuǎn)大于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
[0004]在研發(fā)這些新的解決方案的范圍中待解決的主要主題之一是安全性。具體地說(shuō)，在各種應(yīng)用中使用的氣體是取自大氣的氣體，但也是在壓力下存儲(chǔ)的氣體。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不論是直接在存儲(chǔ)器件處還是在該氣體從存儲(chǔ)器至使用位置的傳送期間，這些氣體的不合需要的擴(kuò)散都可能發(fā)生。由于這些氣體中的一些是易燃的，所以必須能夠快速地檢測(cè)其泄漏，以便避免對(duì)使用者危險(xiǎn)的事故。此外，為了不過(guò)多地干擾工作設(shè)備、特別是燃料電池，有用的是能夠避免諸如將導(dǎo)致電池的不必要關(guān)斷的任何錯(cuò)誤的泄漏檢測(cè)。
[0005]因此，近年來(lái)已經(jīng)研發(fā)了在燃料電池的環(huán)境氣體中的氣體、特別是氫氣的濃度的傳感器。所述傳感器以借助于具有加熱電阻的敏感單元測(cè)量熱導(dǎo)率為基礎(chǔ)，所述敏感單元的加熱或者耗散冷卻取決于周圍環(huán)境氣體的熱導(dǎo)率并且因此通常取決于所述周圍環(huán)境氣體的成分。因?yàn)榕c易于與氫氣混合的大部分常見(jiàn)氣體相比氫氣的熱導(dǎo)率非常高，所以這些相對(duì)緊湊并且使用簡(jiǎn)單的傳感器特別適于氣體中氫氣水平的測(cè)量。
[0006]例如，公開(kāi)的申請(qǐng)EP0291462描述了基于熱導(dǎo)率變化檢測(cè)空氣中的氣體的該原理。更確切地說(shuō)，該文件公開(kāi)了一種采用該原理的氣體微(型)傳感器。該微傳感器的敏感元件由通過(guò)化學(xué)侵蝕或者由硅基底濺射沉積的傳統(tǒng)技術(shù)獲得的氧化錫層構(gòu)成。
[0007]已經(jīng)設(shè)想了使用這種氫氣濃度傳感器來(lái)檢測(cè)使用氫氣作為燃料的系統(tǒng)的環(huán)境中的氫氣泄漏。具體地說(shuō)，可以使用能夠產(chǎn)生表示所測(cè)得的氫氣濃度的模擬信號(hào)并且因此當(dāng)該濃度的大且意外的提高發(fā)生時(shí)能夠給出警告的微控制器。然而，由于對(duì)應(yīng)于由于空氣中實(shí)際沒(méi)有氫氣而導(dǎo)致的零濃度測(cè)量的信號(hào)與對(duì)應(yīng)于由于裝置的傳感器和/或另一元件的故障而導(dǎo)致的零濃度測(cè)量的信號(hào)相類似，這種裝置的安全性缺陷已經(jīng)被觀察到。
[0008]因此，由于氫氣泄漏可能在未被檢測(cè)到的情況下發(fā)生，現(xiàn)有裝置未提供足夠的可靠性。本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足該可靠性要求的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明涉及一種氫氣泄漏檢測(cè)器，其設(shè)有能夠?qū)崟r(shí)檢驗(yàn)檢測(cè)裝置的正確運(yùn)行的器件。
[0010]更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種氫氣泄漏檢測(cè)器，其具有:對(duì)空氣中的氫氣濃度敏感的傳感器；所述傳感器包括直接暴露于現(xiàn)場(chǎng)濃度中的敏感單元，以及微(型)控制器。
[0011]所述檢測(cè)器的特征在于，所述微控制器包括用于基于濃度測(cè)量產(chǎn)生和傳輸模擬濃度信息的器件以及用于產(chǎn)生和傳輸檢測(cè)器的正確運(yùn)行的模擬信號(hào)的器件。
[0012]此外，在有利的實(shí)施例中，微控制器包括用于檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)儀和/或傳感器的一個(gè)或多個(gè)部件的完整性的器件。因此，狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀的正確運(yùn)行的該模擬信號(hào)的存在能夠警告使用者檢測(cè)裝置的元件故障。
[0013]此外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，微控制器包括用于檢驗(yàn)濃度測(cè)量與所產(chǎn)生的模擬濃度信息的一致性的器件。
[0014]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，正確運(yùn)行的模擬信號(hào)是常高信號(hào)。因此，當(dāng)裝置正確地運(yùn)行時(shí)發(fā)出高信號(hào)，并且當(dāng)檢測(cè)到裝置的故障時(shí)發(fā)出低信號(hào)或者零信號(hào)。此外，這使得裝置的供應(yīng)(供電)中斷也能夠被解釋為故障，因?yàn)樵谠撉闆r下不會(huì)發(fā)出模擬信號(hào)，這對(duì)應(yīng)于零信號(hào)。
[0015]在本發(fā)明的一種特定構(gòu)造中，檢測(cè)器或者狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀包括單一模擬輸出(端)。在該情況下，表示所測(cè)得氣體濃度的信號(hào)和正確運(yùn)行的信號(hào)必須在該單一輸出上發(fā)出。因此，在該構(gòu)造中，有用的是，正確運(yùn)行的模擬信號(hào)是以有規(guī)律的時(shí)間間隔(每隔一定時(shí)間)發(fā)出的常高信號(hào)。這使得能夠在兩個(gè)信息項(xiàng)不會(huì)混亂的情況下在同一輸出上發(fā)出兩個(gè)獨(dú)立的信息項(xiàng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下給出的參考附圖的說(shuō)明中顯現(xiàn)，所述附圖通過(guò)非限制性實(shí)例顯示本發(fā)明主題的實(shí)施例。
[0017]圖1是在應(yīng)用實(shí)例、在該情況下為燃料電池中的帶有其處理電子元件的氫氣濃度檢測(cè)器的實(shí)施例的高度簡(jiǎn)化示意圖。
[0018]圖2顯示了由根據(jù)本發(fā)明的傳感器輸送的模擬信號(hào)的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1顯示了包括敏感電路的面板32的氫氣傳感器11的示意圖，所述面板由呈板片或者膜形式的基底、例如硅基底組成?；淄扛灿杏杀惶幚韱卧?2控制的電壓源從供電端(子)133和供電端(子)134供電的集成或者沉積電加熱電阻132。面板32的表面之一包括溫度傳感器135，所述溫度傳感器135例如由所謂的PT100熱阻層形成，并由一組導(dǎo)體136連接至處理單元12，以便提供對(duì)應(yīng)于在加熱和散熱至周圍環(huán)境氣體的雙重作用下的敏感單元面板32的瞬時(shí)溫度的信號(hào)。此外，氫氣濃度傳感器11結(jié)合有溫度探測(cè)器138、例如PT100探測(cè)器，以便確定周圍環(huán)境氣體的溫度。例如，在1988年5月11日的專利文件EP0291 462 BI和1991年2月25日的專利文件EP O 501 089 Al中描述了這種傳感器的物理部件。
[0020]氫氣濃度傳感器11的處理單元12包括由4條信號(hào)線連接至敏感單元32的數(shù)字模塊82。在圖1中示意性示出的數(shù)字模塊82是算法功能的概要表示，其被安裝在微(型)控制器中并且包括用于計(jì)算氫氣濃度傳感器11的輸出量的模塊81。
[0021]在處理單元12的輸出(端)處的第一線301通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器控制施加至面板32的傳感器的加熱電阻132的電壓?？梢曰谟糜谡{(diào)節(jié)控制單元80中的加熱功率的站或級(jí)(stage) 311來(lái)控制電壓值。在下文中，假定加熱電阻以功率調(diào)節(jié)模式供電，雖然加熱電阻132的諸如電壓調(diào)節(jié)或者電流調(diào)節(jié)的其他供電模式也是可能的。
[0022]第二線303接收為流過(guò)加熱電阻132的電流的映像的電壓信號(hào)。該信息被處理單元12的輸入(端)處的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換，以便被用于監(jiān)測(cè)在氫氣濃度傳感器11的電阻132中實(shí)際耗散的加熱功率的電路313處理。在示意圖中可以看到，被發(fā)送至數(shù)字模塊82中的比較器320的該信息與在計(jì)算模塊81的輸出(端)322處產(chǎn)生的設(shè)定值進(jìn)行比較。在數(shù)字模塊82中，這兩個(gè)量的比較結(jié)果控制加熱功率調(diào)節(jié)器311的輸入321。因此，敏感單元30的面板32的加熱由基于在數(shù)字模塊8