一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽的制作方法

1.本实用新型涉及气体传感器领域，尤其涉及一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽。


背景技术：

2.半导体气体传感器是利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器，是最常见的气体传感器。半导体气体传感器以其灵敏度高、体积小、成本低等一系列优点，被广泛应用于家庭和工厂中对有毒有害和易燃易爆气体的泄露检，示例性的，适用于甲烷、液化气、氢气等的检测。然而，半导体气体传感器核心的敏感材料对环境中多种气体均会产生响应，选择性差。在实际使用中，半导体气体传感器由于对目标气体选择性差，容易产生交叉响应，导致气体传感器产生误报警引发安全事故，现有半导体气体传感器的误报警概率很高。
3.国家标准gb 15322.2-2019中可燃气体探测器的第2部分《家用可燃气体探测器》的“3.3.16抗气体干扰性能”中明确规定了“使探测器分别在下属气体干扰环境中工作30min，期间探测器不应发出报警信号或故障信号。”其中，下属气体包括：乙酸(6000
±
200)
×
10-6
(体积分数)和乙醇(2000
±
200)
×
10-6
(体积分数)。因此，亟需降低现有半导体气体传感器的误报警率，以达到国家标准。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型实施例提供了一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有半导体气体传感器由于对目标气体选择性差，导致误报警概率高的问题。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.本实用新型提供一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，包括：
7.固定连接并形成容置空腔的管身和底座；所述管身顶部镂空；在所述管身内，紧贴所述管身顶部设置多层上层钢网；在所述上层钢网下方设置碗状内环，所述碗状内环碗口方向朝下，所述碗状内环中部镂空，且镂空尺寸与所述管身顶部的镂空尺寸一致；在所述碗状内环下方填充活性物质颗粒；在所述活性物质颗粒下方设置单层下层钢网，以支撑所述活性物质颗粒；所述下层钢网与所述底座之间形成气体反应空间，在所述气体反应空间内设置气体传感芯片；所述管身底部侧壁向外延伸，形成帽檐；所述底座设有多个引脚。
8.在本实用新型的一些实施例中，所述管身为中空的圆柱形结构；所述底座为圆柱形结构。
9.在本实用新型的一些实施例中，所述管身与所述底座通过焊接进行to封装，形成密封的容置空腔。
10.在本实用新型的一些实施例中，所述管帽采用不锈钢材质。
11.在本实用新型的一些实施例中，所述上层钢网和所述下层钢网均为不锈钢钢网。
12.在本实用新型的一些实施例中，在所述管身内，紧贴所述管身顶部错层铺设双层不锈钢网。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述上层钢网和所述下层钢网均为120目不锈钢钢网。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述活性物质颗粒为球状高活性炭颗粒。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述管帽还设有无线通信模块，用于将所述气体传感芯片检测得到的信号传输至外部设备。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述碗状内环采用镍铬合金材料
17.本实用新型的有益效果至少是：
18.本实用新型提供一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，通过管帽结构设计以及to封装形式，将过滤器与管帽集成到一起，以低成本的方式达到最佳的过滤效果，制造工艺简单。其中，设置碗状内环支撑管身内部空间，起加固作用的同时，支撑管身顶部使其受力不塌陷；设置双层上层钢网防止大颗粒尘埃、杂物进入管帽，实现初步过滤；设置过滤结构，该结构以活性物质填充为主，对活性气体进行吸附和过滤，实现在吸收空气中活性干扰气体的同时，又不影响甲烷气体的通过；设置下层钢网支撑活性物质，固定过滤空间。本实用新型提供的管帽能够有效提升传感器对甲烷气体的选择性，降低或消除误报警的概率。
19.本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在本公开内容以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
20.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
22.图1为本实用新型一实施例中用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽的剖面示意图。
23.图2为本实用新型一实施例中用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽的结构尺寸示意图。
24.图3为本实用新型一实施例中上层钢网与下层钢网的结构尺寸示意图。
25.图4为本实用新型一实施例中碗状内环的结构尺寸示意图。
26.图5为本实用新型一实施例中用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽的工作流程示意图。
27.图6为本实用新型一实施例中活性气体过滤管帽与普通无过滤作用的管帽对活性
干扰气体的灵敏度特性对比示意图。
28.图7为本实用新型一实施例中普通无过滤作用管帽的剖面示意图。
29.附图标记说明：
30.100：管身；200：底座；
31.101：上层钢网；102：碗状内环；103：活性物质颗粒；
32.104：下层钢网；105：气体反应空间；106：帽檐。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
34.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
35.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
36.在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
37.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
38.为了解决现有半导体气体传感器由于对目标气体选择性差，导致误报警概率高的问题，本实用新型提出了一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，如图1所示，管帽由管身100、底座200、上层钢网101、碗状内环102、活性物质颗粒103、下层钢网104、气体反应空间105、帽檐106构成，具体的：
39.固定连接并形成容置空腔的管身100和底座200。其中，管身100的顶部设置镂空。在管身100内，紧贴管身100顶部设置多层上层钢网101。在上层钢网101下方设置碗状内环102，碗状内环102的碗口方向朝下，碗状内环102的中部设置镂空，且镂空尺寸与管身100顶部的镂空尺寸一致。在碗状内环102下方填充活性物质颗粒103。在活性物质颗粒103下方设置单层下层钢网104，以支撑活性物质颗粒103。下层钢网104与底座200之间形成气体反应空间105，在气体反应空间105内设置气体传感芯片。管身100的底部侧壁向外延伸，形成帽檐106。底座200设有多个引脚。
40.在一些实施例中，本实用新型的管帽整体(管身100和底座200)采用不锈钢材质。
41.在一些实施例中，管帽100为中空的圆柱形结构，底座200为圆柱形结构。
42.在一些实施例中，如图2所示，为管身100和底座200的结构尺寸图。示例性的，管帽整体高度为12毫米；管身100内径7.7毫米，壁厚0.2毫米，管身100顶部镂空直径5毫米，管身100底部侧壁向外延伸1.2毫米，形成帽檐106，即帽檐106的宽度为1.2毫米；底座200直径10.5毫米，与包含帽檐106的管身100的直径相同。
43.在管身100顶部设置镂空，为气体进入提供路径，在管身100内，紧贴管身100顶部设置多层上层钢网101，并错层铺设，防止大颗粒异物、灰尘进入，实现初步过滤。在一些实
施例中，如图3所示，错层铺设两层120目的不锈钢钢网，直径均为7.6毫米，厚度均为0.2毫米。
44.在管身100内上层钢网101下方嵌入碗状内环102，碗状内环102中部设置镂空。如图4所示，为碗状内环102的结构尺寸图，碗状内环102中部的镂空尺寸与管身100顶部的镂空尺寸一致，即镂空直径5毫米，同样为空气进入提供路径。碗状内环102外径7.7毫米，与管身100内径相同，因此两者紧配合结构。碗状内环102具备一定硬度，高度2.2毫米，嵌入至管身100后支撑内部空间，起加固作用的同时，支撑管身顶部使其受一定力度时不塌陷。
45.在一些实施例中，碗状内环102采用镍铬合金材料。
46.在碗状内环102内以及下方填充活性物质颗粒103，以过滤除目标气体以外的活性气体。在本实用新型的实例中，活性气体指的是对具有氧化还原活性的气体，如一氧化碳、乙醇、甲苯和丙酮等有机挥发物质。
47.在一些实施例中，填充0.15克特制的活性物质颗粒，示例性的，特制的活性物质颗粒为球状高活性炭颗粒。
48.在一些实施例中，活性物质颗粒采用以石油沥青为原料的球状高活性炭颗粒，其不仅具有活性炭原有的吸附性能，同时又兼备了颗粒小、高填充量、高流动性、发尘量小、强度大、耐磨性能优异、粒径均一性好等其他特性，有效过滤非目标的活性气体，例如乙醇、甲苯、丙酮等。
49.在一些实施例中，活性物质颗粒103填充高度约5.6毫米。
50.在活性物质颗粒103下方设置单层下层钢网104，以支撑填充的活性物质颗粒103，固定过滤空间。在一些实施例中，如图3所示，下层钢网104与上层钢网101一致，采用120目的不锈钢钢网，直径为7.6毫米，厚度为0.2毫米。
51.管身100底部侧壁向外延伸，形成帽檐106，便于管身100与底座200焊接，以达到较好的密封效果。同时，管身100和底座200采用to封装形式。封装后，气体传感芯片位于下层钢网104和底座200直径形成的气体反应空间105中，气体反应空间105为密封空间，避免受其他气体等因素的干扰。
52.在一些实施例中，管帽还设有无线通信模块，用于将气体传感芯片检测得到的信号传输至外部设备，以实现报警。
53.在实施中，本实用新型提供的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽包括管身和底座两部分，管身又由管身壳体、上层钢网、碗状内环、活性物质颗粒、下层钢网五部分组成。通过碗状结构与下层钢网，将填充的活性物质颗粒的过滤结构集成到管身内部，充分的利用了管身的内部空间，使得传感器具有体积小、便携的优点。同时，过滤结构有效的过滤活性干扰气体，提升了半导体气体传感器对气体的选择性，降低传感器误报警。用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽的制作过程包括以下步骤s101～s105：
54.步骤s101：获取管身和底座；其中，管身为中空结构，顶部设置镂空。
55.步骤s102：获取两张120目不锈钢钢网，将网孔错层后嵌入管帽顶部并压紧。
56.步骤s103：将碗状内环嵌入管帽内部并压紧，与步骤s102中的不锈钢钢网紧贴，与管身紧贴合。
57.步骤s104：获取0.15克活性物质颗粒，填充进管身并压紧。
58.步骤s105：获取一张120目不锈钢钢网，嵌入管帽，压紧活性物质颗粒。
59.步骤s106：在不锈钢钢网与底座之间设置气体传感芯片，将管身与底座焊接并进行to封装。
60.基于本实用新型提供的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，如图5所示，其工作过程包括以下步骤s201～s204：
61.步骤s201：在大气环境下，气体从管帽顶部镂空处进入传感器。
62.步骤s202：气体经过双层的上层钢网，过滤掉空气中的粉尘和大颗粒杂质。
63.步骤s203：气体继续进入，经过活性物质颗粒，过滤掉空气中的活性干扰气体。
64.步骤s204：经过过滤的气体到达气体反应空间，与内置的气体传感芯片敏感材料发生反应从而起到报警作用。
65.如图6所示，为本实用新型提供的活性气体过滤管帽与普通无过滤作用的管帽作为传感器对活性干扰气体的灵敏度特性对比的示意图，其中，普通无过滤作用的管帽剖面图如图7所示，其管帽内部无过滤结构，仅包括钢网301、内环302和气体反应空间303，且整体高度略低。图6中以乙醇气体为例，曲线
①
为本实用新型提供的管帽对不同浓度乙醇气体的灵敏度反应，由数据显示，本实用新型提供的管帽可以很好的过滤乙醇气体，传感器对乙醇气体基本无反应；曲线
②
为普通无过滤作用的传感器，由数据显示，其对不同浓度乙醇气体有明显的反应，说明乙醇气体对其存在干扰作用。
66.综上所述，本实用新型提供一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，通过管帽结构设计以及to封装形式，将过滤器与管帽集成到一起，以低成本的方式达到最佳的过滤效果，制造工艺简单。其中，设置碗状内环支撑管身内部空间，起加固作用的同时，支撑管身顶部使其受力不塌陷；设置双层上层钢网防止大颗粒尘埃、杂物进入管帽，实现初步过滤；设置过滤结构，该结构以活性物质填充为主，对活性气体进行吸附和过滤，实现在吸收空气中活性干扰气体的同时，又不影响甲烷气体的通过；设置下层钢网支撑活性物质，固定过滤空间。本实用新型提供的管帽能够有效提升传感器对甲烷气体的选择性，降低或消除误报警的概率。
67.这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
68.描述组合的术语“基本由
…
构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其它元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
69.多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其它的元件、成分、部件或步骤。
70.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，包括：固定连接并形成容置空腔的管身和底座；所述管身顶部镂空；在所述管身内，紧贴所述管身顶部设置多层上层钢网；在所述上层钢网下方设置碗状内环，所述碗状内环碗口方向朝下，所述碗状内环中部镂空，且镂空尺寸与所述管身顶部的镂空尺寸一致；在所述碗状内环下方填充活性物质颗粒；在所述活性物质颗粒下方设置单层下层钢网，以支撑所述活性物质颗粒；所述下层钢网与所述底座之间形成气体反应空间，在所述气体反应空间内设置气体传感芯片；所述管身底部侧壁向外延伸，形成帽檐；所述底座设有多个引脚。2.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述管身为中空的圆柱形结构；所述底座为圆柱形结构。3.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述管身与所述底座通过焊接进行to封装，形成密封的容置空腔。4.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述管帽采用不锈钢材质。5.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述上层钢网和所述下层钢网均为不锈钢钢网。6.根据权利要求5所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，在所述管身内，紧贴所述管身顶部错层铺设双层不锈钢网。7.根据权利要求5所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述上层钢网和所述下层钢网均为120目不锈钢钢网。8.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述活性物质颗粒为球状高活性炭颗粒。9.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述管帽还设有无线通信模块，用于将所述气体传感芯片检测得到的信号传输至外部设备。10.根据权利要求1所述的用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，其特征在于，所述碗状内环采用镍铬合金材料。

技术总结
本实用新型提供一种用于半导体气体传感器的活性气体过滤管帽，包括：固定连接并形成容置空腔的管身和底座；管身顶部镂空；在管身内，紧贴管身顶部设置多层上层钢网；在上层钢网下方设置碗状内环，其碗口方向朝下且中部镂空，镂空尺寸与管身顶部的镂空尺寸一致；在碗状内环下方填充活性物质颗粒；在活性物质颗粒下方设置单层下层钢网，以支撑活性物质颗粒；下层钢网与底座之间形成气体反应空间，在气体反应空间内设置气体传感芯片；管身底部侧壁向外延伸，形成帽檐；底座设有多个引脚。本实用新型有效提升半导体气体传感器对甲烷气体的选择性，极大降低误报警的概率。极大降低误报警的概率。极大降低误报警的概率。


技术研发人员：商文霞
受保护的技术使用者：湖南元芯传感科技有限责任公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/17