CN100438164C - 用于呼吸酒精试验的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池组件(102)包括燃料电池(104)、燃料电池壳(106、108)和膜(170)。燃料电池壳包括端壁和延伸通过所述端壁的进入口(122)。进入口用来让呼吸样品进入到壳中。该膜结合在壳内，因此在壳和膜之间限定出了腔(110)。燃料电池定位在腔内并且相对于进入口基本上同心地对准。

Description

用于呼吸酒精试验的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年9月19日申请的美国临时申请No.60/504448的申请日的优先权和利益，该申请的作为一整体在这里引入以作参考。
技术领域
本发明总的来讲涉及一种呼吸酒精试验(breath alcohol testing)，更加具体地说，本发明涉及一种取样系统和用于呼吸酒精试验器的燃料电池结构。
背景技术
公知的呼吸试验器包括取样组件、燃料电池组件和根据燃料电池所产生的信号来确定样品中的酒精量的电子器件/软件。更加具体地说，取样组件进行工作以把控制量的呼吸样品输送到燃料电池组件，并且燃料电池产生表示所输送样品中的酒精量的信号。燃料电池应该快速地、完全地对控制量的酒精样品加入作出反应，并且响应于与酒精的反应而重复地产生电子。所产生的电子数量与由反应所消耗的酒精的浓度成比例。借助电子器件/软件来处理燃料电池所产生的信号以确定酒精浓度。
至少一些公知的取样组件包括泵，该泵通过管子连接到燃料电池组件。泵通过取样口、经过燃料电池的表面把呼吸样品抽到燃料电池壳(housing)中，并且通过泵使它离开壳的相对侧部，并且进入到周围空气中。其它公知的取样组件包括缸和活塞，该活塞直接连接到燃料电池组件上。在这种结构内，取样组件和燃料电池组件连接在一起从而通过小开口进行流动连通，使得活塞通过取样口把呼吸样品抽到燃料电池中，并且通过小开口抽入到缸中。更加具体地说，在这种结构内，燃料电池组件包括两个口并且有时称为旁通系统。
但是，就至少一些公知的旁通系统而言，由于泵或者活塞的工作而难以确保在每次都使一致的、大约相等的量被取样。而且，对于至少一些旁通系统而言，可能难以确保在测量期间使样品中的100％酒精被燃料电池消耗掉。这样，原来旁通而绕过燃料电池的任何酒精通过燃料电池会在重置时在燃料电池中可以开始新的反应，从而延长了随后试验之间的时间。
在另一种公知的结构中，取样组件直接连接到燃料电池组件上，并且取样组件包括可运动件，如膜。当取样组件连接到燃料电池组件上时，膜起作燃料电池壳的可运动壁的作用。相应地，当膜沿着一个方向进行运动时，呼吸样品被抽到燃料电池组件中，但是不通过它。燃料电池组件只具有一个口的这种组件有时称为死端系统(dead-endsystem)。
但是，对于至少一些公知的死端系统而言，当使用膜时，膜在“取样”位置上呈现它的自然模制形状，使得当膜处于重置位置上时，根据膜材料，应力可能被引导到膜材料中。随着时间的过去，这些应力可以改变重置膜的形状，这会对取样组件的长期校准产生不利的影响。
发明内容
在一个方面，提供了一种燃料电池组件。该组件包括燃料电池、燃料电池壳和膜。燃料电池壳包括端壁和延伸通过所述端壁的进入口。该进入口用以让呼吸样品进入到壳中。膜结合在壳内，使得腔限定在壳和膜之间。燃料电池定位在该腔内并且相对进入口基本上同心地对准。
在另一个方面，提供一种组件。该组件包括燃料电池壳、燃料电池和致动器。燃料电池壳具有延伸通过其中的中心线，并且包括相对于壳延伸通过并且同心地对准的进入口。燃料电池定位在腔中，使得燃料电池相对壳基本上同心地对准。燃料电池包括延伸通过其中的开口，并且同心地相对燃料电池对准从而让呼吸样品进入到壳中。致动器可拆下地结合到壳上。
在另一个方面，提供了一种燃料电池壳组件。该燃料电池壳组件包括在其中限定一腔的燃料电池壳，该燃料电池包括外表面、内表面和在内表面和外表面之间延伸的开口。该开口基本上同心地相对燃料电池对准，从而允许呼吸样品被抽到腔中并且基本上均匀地分布通过燃料电池。
附图说明
图1是可以与呼吸试验器一起使用的示例性公知旁通取样系统的示意图；
图2是可以与呼吸试验器一起使用的另一个公知旁通取样系统的实施例的示意图；
图3是可以与呼吸试验器一起使用的示例性公知死端取样系统的示意图；
图4是示例性取样系统的分解视图；
图5是图4所示取样系统的一部分的后部放大透视图；
图6是图4所示的取样系统的被装配的部分的放大透视图；
图7是图4所示的、处于取样工作模式下的取样系统的横剖视图；及
图8是图4和5所示的、处于重置工作模式下的取样系统的横剖视图。
具体实施方式
在呼吸试验器工业中，几个设计考虑因素可以影响呼吸试验器的性能。例如，在选择呼吸酒精试验器时，精确度、可靠性、费用、使用寿命长、射频干扰(RFI)抗扰性、快速处理和低能量使用典型地是考虑的因素。其它因素可包括在后面试验之间一定得经过时间的量(公知为试验循环时间)和长期校准稳定性。为了实现这些目的，因此制造商通常试图平衡/最佳化许多设计考虑的因素，这些因素在下面将更加详细地讨论。
燃料电池和气体样品室
与取样组件一起使用的燃料电池可以被看作从燃料中产生电能的电池。在进行测量应用时，被测量的燃料的量应该尽可能快地被消耗掉，并且产生电子的反应应该尽可能快地完成。此外，在加入样品时，所有酒精分子应该同时开始它们的化学变换。否则，一些分子比其它的更晚一些开始它们的反应，并且完成整个反应的时间在时间上被延长。
酒精分子的化学变换的效率和便利程度可依赖于在燃料电池组件中所限定出的顶部空间(headspace)的高度。在呼吸试验期间，呼吸样品留在顶部空间中。相应地，更小的顶部空间有利于为呼吸样品中的每个酒精分子提供这样的机会：即当呼吸样品从样品入口(inletsample port)进入燃料电池顶部空间时，与任何其它分子那样快地接触电极表面。因此，公知的燃料电池组件应该具有最小的顶部空间高度。
典型地，由于燃料电池在燃料电池组件内的方位，因此最靠近样品入口的一部分燃料电池通常与酒精反应的100％的时间有关，同时最远离样品入口的一部分燃料电池通常不能被完全使用。这样，为了抵消这种流动影响，至少一些公知的旁通系统取样组件在呼吸样品流动通道中设置隔板(baffle)从而试图在穿过燃料电池的呼吸样品中更加均匀地分布酒精分子。但是，公知的隔板可能不会增大试验期间所正被使用的燃料电池的量。
含水量
另一个设计因素是，当允许与包含燃料电池的取样组件的内部环境连续连通时，空气的大气环境含水量在燃料电池组件内可以产生不良的结果。一般地，通过电解质来制造燃料电池，该电解质的浓度接近等于“平均”大气相对湿度(大约为45％-60％)。但是，环境在时间上的任何点处可以偏离这个平均相对湿度从而大于平均相对温度或者小于平均相对湿度。而且，在一些极端环境中，相对湿度的范围为接近0％到接近100％。其结果是，无论何时环境湿度不同于电池平衡值并且两个环境处于连通例如通过样品入口连通，燃料电池需要“排出”或者“吸收”水分(moisture)。
当呼吸样品或者湿模拟器样品(两者都处于大约100％的相对湿度下)进入燃料电池时且然后在酒精被消耗之后排出时，一些水分可以被加入到电池。类似地，当干燥气体样品(处于大约0％的相对湿度下)进入燃料电池并且被排出时，从燃料电池中可以除去少量的水分。在某种程度上这两种样品趋于相互平衡，这样，与长期环境平衡作用所可能产生的问题(issues)相比，一般地不会产生相同大小的问题。燃料电池电解质的水分含量的较大变化可以导致燃料电池失效，导致燃料电池可重复性较差，使燃料电池反应变慢，增大长期校准偏差，和/或产生不准确的读数。
为了有利于减少相对不稳定的含水量的影响，因此使用了几个公知的方法。在一个这样的方法中，通到燃料电池中的入口孔的尺寸被最小化，其中呼吸样品通过该入口孔必须移动到燃料电池的有效面积中。通常在试验之间密封这些入口孔。借助使入口孔形成得尽可能地小，在试验之间的时间的空闲期间，入口孔只产生了小的扩散通道用于在燃料电池与环境之间进行水分交换。环境大气压力的改变实际上在燃料电池和环境之间可以产生空气流，还产生水分交换。但是，如果取样入口孔太小，在寒冷冷凝情况期间，入口冷冻从而被冰封闭的风险增大了。此外，就更小的入口孔而言，呼吸样品进入电池需要更长的时间，并且需要更多的电力来通过所述孔来抽呼吸样品。此外，通过小进口孔的扩散可能仍然有利于在燃料电池和环境之间进行水分交换。
为了进一步有利于减少剧烈改变的含水量的影响，其它公知的燃料电池壳已经由具有低水传输特性的材料来制造。更加具体地说，这些材料通常防止水分传输。但是，这些材料通常增大了取样组件的总体装配成本。
已经用来方便地减小含水量影响的另一个公知方法是试图用柔性膜的边缘来关闭入口，该柔性膜还用作主取样机构元件。但是，由于入口密封件位于膜的边缘处，在此处可以施加少量的直接力以打开该入口，吸入力可以防止打开用于下一次呼吸样品的入口。
样品体积(sample volume)的控制
呼吸试验器的工作可能还依赖于控制样品组件中的样品体积。例如，在机械取样系统中，作为可运动件，如活塞、膜或者其它致动器从“开始”位置运动到“结束”位置，呼吸样品被抽到燃料电池顶部空间容积中用于测量。如在美国专利No.5,291,898中所描述的那样，可运动件每次在准确的相同的位置上理想地开始和结束，从而便于确保在每个试验工作期间对相同体积的气体进行取样。更加具体地说，在至少一些公知的取样组件中，在每个方向上刚性机械地停止有利于确保每次对相同体积的气体被取样。此外，随着时间的过去，机械磨损的影响最小化，以致样品体积大约保持一致。对于死端系统和旁通系统而言，这些原则是相同的。在测量之后，机构返回到“开始”位置以准备下一次取样。
但是，使用活塞和曲轴的、公知的旁通系统可能难以成形成确保每次一致且相同的体积被取样。相应地，就使用了活塞的公知旁通系统而言，通常依靠传感器来使活塞的运动开始和停止，这是因为沿着曲柄的一个方向进行旋转。这些传感器通常增加了燃料电池组件的成本和复杂性。就泵而言，运转时间的量典型地用来确定通过燃料电池顶部空间所用泵抽吸的体积。在一些死端系统中，柔性膜实际上在燃料电池组件内形成了可运动壁，因此在燃料电池中限定了顶部空间体积。在“开始”位置上，试图使燃料电池上方的顶部空间容积最小化，以致在试验期间，“结束”位置也可以保持尽可能地靠近燃料电池。更加具体地说，尽管“结束”位置应该意味着燃料电池上方的顶部空间容积明显增大，但是，理想地，在“结束”位置，燃料电池上方的容积的高度应该最小化从而使酒精分子尽可能地靠近有效表面(activesurface)。在旁通系统(没有可运动的壁)中，在燃料电池上方保持恒定的顶部空间容积。
样品分子消耗
如在美国专利No.4,487,055中所描述的那样，另一种设计考虑的因素是确保在试验测量期间燃料电池消耗呼吸样品内的100％的酒精。在确保测量期间由燃料电池消耗样品中的100％的酒精方面，公知的旁通系统会产生一些问题。具体地说，在重新设置时，初始时旁通而绕过燃料电池的样品的量被往回吹出通过燃料电池室，并往回通过入口孔。在系统重置时，当初始旁通而绕过燃料电池的酒精(bypassed alcohol)被引导返回燃料电池时，原来旁通而绕过的燃料电池的任何酒精在燃料电池中可实际上开始新的反应。增加的反应使在随后试验之间一定得经过的时间延长。
通常地，与所使用的取样组件无关，在呼吸试验器内，应没有一点酒精的样品“旁通”，以致在机械取样系统的重置或再循环期间，防止任何残留酒精被重新加入到燃料电池中。这种“旁通酒精”可以使额外的燃料电池反应不良地开始和/或完成，因此延迟了时间，直到可以得到下一个有效的样品。
各种方法已试图用来方便地控制样品内的酒精的消耗。例如，在至少一些公知呼吸试验器内，只沿着经过燃料电池的一个方向，通过燃料电池组件抽出呼吸样品，即样品进入燃料电池，从燃料电池中出去，进入泵，并且全部沿着通常是线性的方向从泵中排出。但是，在这种呼吸试验器内，可能难以确保通过燃料电池抽出的样品的量每次基本上恒定。
在其它公知的呼吸试验器内，几乎紧接在呼吸样品进入燃料电池组件之后，重置机构被重置。但是，其结果是，即使在燃料电池反应完成之前，样品通过样品进入口可以被排回来。相应地，借助这个系统，可能难以确保附着到燃料电池表面上的样品中的总酒精百分比随着时间(over time)保持基本上不变。
而且，当燃料电池老化时，并且当燃料电池暴露在酒精条件下时，酒精分子需要更长的时间才能附着到燃料电池有效表面。因此，在旁通系统中，可以旁通所述反应的酒精分子的数目随着燃料电池的老化而改变。相应地，这些系统的长期校准稳定性可能受到影响。
电子器件和软件
通常地，有两种公知方法来通过电子器件和软件读取燃料电池信号。一种这样方法公知为峰值方法(peak method)，而另一种这样的方法公知为积分方法(integral method)。具有许多公知的软件方法，这些软件方法使用了峰值或者积分读数的基本方法，然后使用各种方法来试图在没有减少测量精确度的情况下更快地得到最后的测量结果。
峰值方法通常测量反应速率，而积分方法测量反应所产生的电子的总数量。积分方法和相关联的线路通常是更快、更加精确的和更加稳定的测量方法，该方法描述在美国专利No.4,770,026中。此外，相信积分方法的精确度更加不容易与有便于提高分析速度的方法相妥协。但是，在使用呼吸试验设备时所可能产生的各种各样情况，如温度、湿度、试验频率和间隔及持续时间下，一般地纯粹的积分方法长期地提供更加精确的测量系统。因此，通过取样技术可完成的设计改变以及有助于纯积分方法的速度和可靠性的燃料电池构造可以代表目前工艺水平中的重要和可靠的改进。
加热
通常公知的是，加热燃料电池和取样组件在一定情况下可能是有利的。例如，加热燃料电池可便于在燃料电池中更加有效地、快速地发生化学反应。由于经过变化的温度而使温度对燃料电池和/或相关联的机械和电部件的影响，加热通常还使得该设备可以避免这样问题，即这些问题可能与所考虑的信号的温度系数相关联。
但是，加热需要额外的电力并且可能不利地限制了电池寿命。与其它情况所需要的相比，加热还通常导致需要额外的设备加热时间。但是，至少一些公知的系统使用了盘或者半导体加热器，该加热器结合在燃料电池壳的一侧上。但是，这种设计可以使热电信号作为跨越燃料电池所引导的热梯度的结果而在燃料电池中产生。这些热电信号可以降低燃料电池的精确度。
其它公知的系统使用外部加热器(盒(pouch)或者架子)，从而便于把整个呼吸试验设备加热到基本均匀的温度。但是，与正常情况下在手持式设备中所希望的相比，这些加热器通常需要更多的电力，因此，包括这种加热器的一些设备通常需要较大的电池或者外部电压源如汽车或者建筑物中的电源电压。其结果是，这种加热器可以限制怎样使用手持式设备的自由度。
均匀地加热燃料电池组件和取样组件可以产生积极的效果，但是这种加热也可增加燃料电池使水分丢失到系统的环境中的速度，在该系统中并在试验之间，燃料电池与所述环境没有密封。在要进行试验时，通过只对设备加热，这个效果可以多少得到减轻，但是在这样做时，在执行试验之前的加热次数通常被增加。
图1是可以与呼吸试验器一起使用的示例性公知旁通取样系统10的示意图。图2是可以与呼吸试验器一起使用的另一个公知旁通取样系统12的实施例的示意图。图3是可以与呼吸试验器一起使用的示例性公知死端系统取样系统14的示意图。考虑了许多上述设计因素来设计取样系统10、12和14，这样，每个也可以遇到许多上述问题。
旁通取样系统10包括：燃料电池组件16，该组件包括壳20，该壳装有燃料电池22；以及取样机构24。取样机构24包括泵26并且通过连接管28结合到燃料电池组件16上。在试验期间，泵26的工作使得呼吸样品通过形成在壳20的壁上的取样口30抽入燃料电池壳20中。更加具体地说，泵26使呼吸样品通过燃料电池22的暴露的表面而抽向壳20的相对侧部。然后通过管28把呼吸样品抽到泵26中，其中从取样组件10中通过排放口32来排出样品。
旁通取样系统12也包括：燃料电池组件40，它包括其中包含燃料电池22的壳42；以及取样机构44。取样机构44包括结合到燃料电池组件40上的缸46和活塞48。更加具体地说，取样机构44通过开口50与燃料电池组件40呈流体连通地结合。在试验期间，活塞48的工作使呼吸样品通过形成在壳42的侧壁内的取样口49且跨越燃料电池22被抽吸，并且通过开口50抽入到缸46中。
死端取样系统14包括取样机构58，该机构58包括运动件60和燃料电池子组件62，该子组件62包括壳64，该壳64在其内装有燃料电池22。在示例性实施例中，运动件60是膜。取样机构58结合到燃料电池组件62上，使得膜60起着限定燃料电池壳64的运动壁的作用。相应地，在试验期间，当膜60沿着第一方向运动(用箭头66来表示)时，呼吸样品通过沿着壳64侧壁所形成的样品口68抽到燃料电池组件62中。当膜60沿着相反的第二方向运动时(用箭头70来表示)，呼吸样品被迫从壳64通过口68排出。
图4-8示出了本发明的一个实施例的示例性取样系统100的各个方面。具体地说，图4是取样系统100的分解视图，及图5是一部分取样系统100的放大后透视图。图6是取样系统100的装配部分的放大透视图，及图7和8是定位在取样工作模式和重置工作模式中的取样系统100的各自横剖视图。如图4所示一样，取样系统100是死端取样系统，它包括燃料电池壳组件102和定位于其内的燃料电池104。在示例性实施例中，壳组件102是多件的组件，它包括底部106和结合部108，底部和结合部可拆下地结合在一起，使得基本上是气密的腔或者室110限定在壳组件102内。在一个实施例中，壳组件部分106和108由塑性材料模制而成。燃料电池104和备份盘(backup disk)111(下面将更加详细地进行描述)装在腔110内。
在示例性实施例中，壳底部106包括侧壁112，该侧壁从基本上是圆形的底部114延伸并且外接该底部114。在替换的实施例中，底部114是非圆形和/或侧壁112没有基本上垂直地从底部114延伸。相应地，在示例性实施例中，底部106具有相对于侧壁112的内表面118所测得的内径DBI和相对于侧壁112的外表面120所测得的外径DBO。
侧壁112形成有基本上是平滑的内表面118，如下面更加详细地描述的那样，该内表面118使得壳底部106可拆下地结合到壳连接部108上。
中空的进口管122延伸通过底部114。在示例性实施例中，进口管122具有基本上是圆形的横截面，并且相对于底部114基本上同心地对准。更加具体地说，在示例性实施例中，进口管122基本上同心地延伸通过底部114，以致径向内端126从底部114的内表面132向内延伸一个距离d1(示出在图7中)。在示例性实施例中，底部114与进口管122整体地形成。如下面将更加详细地进行描述的一样，进口管122使呼吸样品进入燃料电池壳组件102中以进行反应。在分析之后，从进口管122中还排出空气。
在示例性实施例中，壳连接部108包括侧壁140，该侧壁140具有：内表面142，该内表面限定内径DCI；及外表面144，它限定用于连接部108的外径DCO。在示例性实施例中，外径DCO接近等于壳底部外径DBO。在替换实施例中，外径DCO大于壳底部外径DBO。在另一个替换实施例中，外径DCO小于壳底部外径DBO。
可运动柔性膜170可拆下地结合在燃料电池壳底部106内。除了一单个基本上是圆形的穿透部171之外，膜170是连续的，使得当膜170夹紧在燃料电池壳底部106内时，膜170在壳部106内及在底部114和膜170之间产生了气密的腔110。更加具体地说，在示例性实施例中，膜170基本上是圆形的，并且包括底侧172和相对的致动侧174。此外，膜170是连续的，并且没有如穿透部171那样的穿透部。
除了穿透部171之外，膜底侧172是连续的，并且膜致动侧174包括边缘176和基本上是圆柱形的毂178。边缘176从侧部174向外延伸，并且使膜170结合在壳底部106内，毂178从致动侧174径向向外地延伸。如这里所描述的那样，更加具体地说，边缘176提供柔性件，该柔性件使膜170结合在壳底部106内。在替换实施例中，膜底侧172保持连续，但是形成有至少一部分毂178。在示例性实施例中，膜毂178相对于膜170基本上同心地对准，并且形成有底切部(图4中没有示出)，该底切部便于膜170结合到致动器184上，正如这里所描述的一样。
在示例性实施例中，具有顶表面187的平头销186基本上同心地插入通过膜穿透部171。销186借助压配合保持在形成于致动器184的电枢189的一端中的凹口(在图4中没有示出)内。更加具体地说，当销186完全插入时，表面187基本上与膜底侧172相平齐。
致动器电枢189形成有凹入部分192，该凹入部分192在电枢189的端部196的附近与电枢189相外接。在示例性实施例中，由钢铁材料(ferrous material)来制造电枢189。在示例性实施例中，致动器184的框架197使致动器184刚性地结合到燃料电池壳组件102上。更加具体地说，在示例性实施例中，在装配期间，致动器184被压配合和胶合到连接部108上。在替换实施例中，连接部108定制成与其它致动器和/或驱动装置一起使用。在其它替换实施例中，连接部108和致动器184都刚性地安装到第三件上。在示例性实施例中，连接部108包括通风孔198，该通风孔便利于确保在连接部108内所限定出的腔199永远不被密封，从而防止形成这样的压力的增加：在取样期间，膜170不得不克服该压力的增加来进行运动，这些在下面将更加详细地进行描述。在另处的替换实施例中，致动器184以这样的方式结合到壳组件102上，以致腔199保持通风，因此不需要通风孔198。在另处的替换实施例中，通风孔198不是形成在连接部108内，而是定位成便于防止腔199被增压。
在示例性实施例中，致动器184包括圆柱形接受器206，根据通过包括在致动器184内的电线圈(未示出)的电流的方向，电枢189在该接受器内能从接受器206的一端208运动到另一端210。在接受器206的底部是永久磁体(图4中没有示出)，该永久磁体在样品位置上在克服由被压缩锥形弹簧218所引起的力的同时把电枢189保持在销216的头部214上，如图7所示。弹簧218总是在一定程度上被压缩到致动器184内的面220与衬垫222之间。衬垫222便于防止弹簧218的小直径端224压入到膜毂178中或者压绕着膜毂178，同时弹簧218的大直径端230保持与驱动器面220抵靠接触。在另一个实施例中，弹簧218不是锥形的。
刚性夹紧环240在膜170和燃料电池104之间延伸。在示例性实施例中，夹紧环240是环形体，它沿着圆周方向连续地延伸。如下面更加详细地描述的那样，夹紧环240便于把取样系统100的部件保持一起。在示例性实施例中，并且如下面更加详细地描述的那样，夹紧环240便于确保用于燃料电池金属线(wire)250的间隙，该金属线250通过埋头孔251和在壳底部106中形成的小开口262从燃料电池壳组件102退出。
在示例性实施例中，燃料电池104基本上是圆形的并且包括开口252，该开口延伸通过燃料电池104并且相对于燃料电池104基本上同心地对准。作为替换，开口252也可不相对于燃料电池104同心地对准。此外，在示例性实施例中，备份盘111基本上是圆形的并且包括开口258，该开口258基本上同心地延伸通过其中。开口252和258被定尺寸成安装从其通过的入口管端126，使得燃料电池104可以定位靠在备份盘111上，该备份盘111本身又可定位靠在底部内表面132上，同时包围入口管122。燃料电池104的工作面(active face)260面对与呼吸样品被抽来的方向相背离的方向，使得呼吸样品从燃料电池104的中心进入并且基本上均匀地延伸到燃料电池104的外边缘上。应该注意的是，本发明不针对燃料电池104的结构和备份盘111。
图5是一部分取样系统100的放大后部透视图。具体地说，图5是燃料电池壳底部106的放大后部视图。如上面所描述的那样，入口管122延伸通过底部114(在图4中示出)，并且在示例性实施例中，入口管122具有基本上是圆形的横截面，并且基本上同心地相对底部114对准。更加具体地说，在示例性实施例中，入口管122基本上同心地延伸通过凸台260，该凸台260从底部114的外表面133向外延伸。在替换实施例中，底部114不包括凸台260。入口管122的长度(图5中没有示出)使得管122的径向外端264从底部外表面133向外延伸一个距离(图5中没有示出)。管的径向外端264典型地伸入到存在要取样的气体的接口或者其它歧管中。在示例性实施例中，底部114与凸台260和入口管122形成一体。
图6是取样系统100的装配好的部分的放大透视图。具体地说，图6示出了结合到膜170上的电枢189的装配好的透视图。在装配期间，电枢189的顶部200(在图4中示出)定义为电枢189的区域，该顶部在电枢端192与凹入部196(在图4中示出)之间延伸，该顶部被插入到膜毂178内，使得顶部200接合形成在膜毂178中的底切部(图6中没有示出)。电枢凹入部196使得可运动电枢189在毂底切部(hub undercut)内刚性地结合到燃料电池壳组件102(在图4中示出)，这些在下面将更加详细地进行描述。在一个实施例中，使用胶粘剂来把电枢189固定在毂178内。相应地，在至少一些实施例中，由于膜底侧172是连续的，因此致动器的安装不会影响燃料电池壳组件102是否是气密的密封组件。尤其地，在示例性实施例中，燃料电池壳组件102与致动器184无关地被气密地密封。
衬垫222绕着电枢189沿着圆周方向延伸，当取样系统100完全装配好时，衬垫222定位在弹簧218和膜170之间。更加具体地说，衬垫222在弹簧218和膜170之间延伸以便于防止弹簧端224压入或者压到绕膜毂178周围。
图7和8是定位在取样工作模式和重置工作模式上的取样系统100的相应横剖视图。入口管122延伸通过底部114并且具有长度L，该长度L使得管的径向内端126从底部内表面132向内延伸一个距离d1，并且使管的径向外端134从底部外表面133延伸一个距离d2。
连接部108包括连接环270，该连接环270具有稍稍小于壳底部表面118的直径DBI的外径DCR。相应地，当壳组件102完全装配好时，如下面更加详细地描述的那样，连接环270以压配合布置的方式安装到壳底部内表面118内。在替换实施例中，连接环270可以以不同的配合布置来安装，例如以滑动配合布置或者干涉配合(interference fit)布置来进行安装，但不局限于此。
连接环270形成有分支(offset)274，该分支274具有的直径DCF小于连接环直径外径DCR，以致基本上是平坦的区域276被限定在分支274与连接环270的外表面278之间。
膜170可拆下地结合在燃料电池壳底部106内。具体地说，在示例性实施例中，膜毂178基本上同心地相对于膜170对准并且形成有底切部280，该底切部280便于膜170结合到致动器184上。更加具体地说，销186基本上同心地插入通过膜穿透部171并且借助压配合被保持在形成于致动器电枢189的一端内的凹口284内。
当销186完全插入通过膜穿透部171时，销表面187基本上与膜底侧172相平齐。由于表面187与膜170相比变硬，因此面187提供了更加坚实的表面用于当膜170处于重置位置(在图8中示出)时进口管端126接触该表面。同样地，当膜170在重置期间内保持被延长的时间段时，表面187便于防止更软的膜170“绕着”进口管端126进行“变形”或者“模制”。在没有表面187的情况下，绕着进口管端126的膜变形使得膜170变成无意地粘在进口管端126上。随着时间的过去，这些膜变形还可能不合乎需要地改变膜170的硬停止重置位置，这个在下面将更加详细地进行描述。在一个替换实施例中，销186和电枢189被一体制造在一起。在另一个替换实施例中，销186没有同心地相对膜170对准。在另一个替换实施例中，销186没有插入通过膜170。在另一个替换实施例中，表面187包括通风零件，如表面缺陷或者刻痕，从而促进有意的泄漏和/或通风，以便于防止与周围情况相比在室110内形成长时间的压差。在另一个替换实施例中，膜170被覆盖模制(overmold)到硬表面元件上以形成一单个零件，然后把该单个零件装配到电枢189上。在这些实施例中，不需要销186气密地密封在膜穿透部171中，而是，膜170主要密封在毂底切部280包围电枢端200的地方。
使膜170运动从而使呼吸样品进入到燃料电池壳组件102中，并且由致动器184来重叠，正如这里所描述的一样。致动器184可以在硬停止之间进行工作。在一个实施例中，致动器184是低功率闭锁电螺线管(latching electrical solenoid)。应该注意的是，致动器184不局限于是低功率闭锁电螺线管，而是，可以使用使燃料电池壳组件102和取样系统100如这里所描述的那样进行工作的任何其它致动器或者驱动装置。因此，膜170可以在图8所示的、可重复的开始位置(重置)与图7所示的、可重复的结束位置(样品)之间进行运动。
一般地，当系统100没有使用时，膜170处于重置位置上。在重置位置上，膜170处于“模制状态”(“as-molded”)的形状，使得对膜170没有引起内部应力。而且，当膜170处于重置位置上时，膜170以相对入口管端126密封接触被定位，以致使入口管122完全与腔110相隔绝。在替换实施例中，入口管端126包括通风部件，如刻痕或者缺陷，该通风部件便于促进有意的泄漏和/或通风，从而防止在腔110与入口管122内的环境情况之间形成长期的压差。在样品位置上，膜170从入口管端126运动一个可重复的距离d3，使得入口管122打开并且没有障碍地使呼吸样品进入壳组件102中。
在装配期间，当壳部件106和108挤压在一起时，膜170、夹紧环240、燃料电池104、备份盘111和燃料电池金属线250紧紧地结合在合适位置上。如图4所示一样，尽管部件106、108、170、240、104和111中的每一个具有通常是圆形的横截面形状，但是应该注意的是，这些部件在不同的实施例中可以具有不同形状。两个刚性燃料电池壳部件106和108压配合在一起，从而膜170借助连接环分支274保持在合适位置上。具体地说，在装配壳组件102时，夹紧环240定位在燃料电池104和膜170之间，膜边缘176紧紧地安装在壳连接部区域276内。这样，当壳组件102完全装配好时，在不使用紧固器或者胶的情况下，部分106和108就形成了绕着膜170边缘的、气密密封的组件。而且，在装配壳组件102时，它施加压力从而把部件170、240、104、111和金属线250“夹层”在一起，使得在壳组件102内便于密封和电接触。膜边缘176在“夹层”的情况下形成柔性件，从而可以适应装配中的任何公差。燃料电池金属线250(它接触燃料电池104本身)通过小孔262退出燃料电池壳组件102，该小孔262借助环氧树脂来密封。在示例性实施例中，夹紧环240包括斜面290，该斜面290便于确保用于燃料电池金属线250从燃料电池壳组件102退出的间隙。
此外，燃料电池壳组件102能被容易地打开并且重新关闭，从而在没有使用固定器、胶或者热封的情况下更换燃料电池104。而且，由于燃料电池壳组件102只包括八个零件(包括两个燃料电池金属线250、燃料电池104、备份盘111、膜170和三个模制零件106、108和240)，因此在连接到非一体的致动器184上之前容易装配组件102。在取样系统100进行工作期间，这种结构便于减小燃料电池壳组件102内的机械磨损，并且便于使用螺线管致动器184，该致动器184以很小的机械磨损或者没有机械磨损地进行工作。
除了压配合之外，替换实施例使用溶剂或者胶来在壳部件106和108之间提供额外的附着力。在一个实施例中，胶粘剂是分离型的粘合剂。而且，在其它实施例中，在壳零件106和108结合在一起的外侧接缝处可以形成槽，从而在这些零件被胶合或者压配合在一起时便于使这些零件容易分开。在另一个替换实施例中，壳部件106和108滑配合在一起，然后用胶使它们结合在一起。
无论壳部件106和108是压配合、滑动配合还是其它的对准和接合，模制的闭锁元件如底切部可以用来方便地保持一些部件。在这个实施例中，闭锁件可以与壳部件106和108一起整体地模制，或者结合到壳部件106和108中。而且，闭锁件可以设置在二个部件中的任何一个的外表面上或者该组件的其它位置上，如设置在壳部件106和108内。在另一个替换实施例中，当组件102插入到一夹子或者一外壳中时，壳部件106和108可拆卸地结合，作为被结合到呼吸试验设备或者用来取样和测量酒精的其它这样设备中的一部分。
在呼吸试验期间，当致动器184被通电从而取样品时，电枢189快速运动离开呼吸入口管端126，从而拉动其毂178处的膜170离开入口管122。当膜170进一步运动离开呼吸入口管122时，它开始把被测量的呼吸样品抽到燃料电池壳组件102中。更加具体地说，致动器184进行运动，直到它相对磁体278达到硬停止。从致动器184中断开电力，该组件由于磁体278而保持在样品位置上。在示例性实施例中，由销216的头部所形成的衬垫214有便于减小把电枢189保持靠在衬垫214上的磁力大小。或者，壳组件102不包括衬垫214。
当呼吸样品进入燃料电池壳组件102中时，呼吸样品流过燃料电池104的中心，并且排出到腔110中，但是开始于稍稍高于燃料电池104的表面的一位置。这样，呼吸样品以360度极的方式(polar fashion)基本上均匀地分布且跨越圆形燃料电池104。呼吸样品这从燃料电池104的中心还径向地向它的外边缘分布。因此，呼吸样品中的任何酒精分子具有基本上接近相同的机会来几乎同时开始与燃料电池104反应。而且，入口管122到燃料电池104的方位还便于把反应工作分布在燃料电池104的整个表面上。反应所产生的电子借助外部电路尽可能快地被排出，合成电压曲线被尽可能快地积分以为执行呼吸试验的操纵者产生快速且精确的结果。
一旦得到该读数，相对于呼吸样品模式期间所使用的极性，用反极性来给致动器184通电，其结果是，致动器电枢189快速移离磁体278并且朝向呼吸入口管122。因此，从呼吸入口管122中排出呼吸样品，直到致动器184到达硬停止，其中膜毂178定位靠在呼吸入口管端126上。当膜170处于这个位置上时，除了非常小的缺陷(imperfection)形成于密封件上以便于在改变周围压力条件期间在组件102和周围压力之间产生压力平衡之外，燃料电池壳组件102又与环境密封隔绝。
然后，从致动器184中断开电力，并且弹簧218把致动器184和样品系统100偏置到重置位置上。形成在连接部108内的、倒角的圆柱形表面286便于保持锥形弹簧218的大直径端230相对于电枢189对中，以致因此所引起的弹簧力总是通常在轴向上施加。在一个替换实施例中，衬垫222被成形成基本上符合由毂178的外侧形状所限定的膜170的形状，因此基本上防止膜170从电枢189中移去。在另一个替换实施例中，当膜毂178相对呼吸入口管端126定位时，壳组件102与周围和环境密封隔绝。当处于重置位置上时，膜170相对入口管122处于自然地、模制状态(as-molded)位置，以致在膜170本身内不会引起明显的应力。
在取样期间，当膜170在与它最外部边缘相邻接的周边处进行弯曲时，膜170运动到反映重置位置的位置上，其中膜170在该最外部边缘处被夹紧用于气密的密封。膜170平稳地运动，而在从重置位置运动到样品位置上时，它自己不会弯曲(buckling)或者折叠。入口管122不需要如此小，以便承受冻结，或者明显地使取样过程慢下来，但是该进入管122足够小以致用较小的力、借助膜170来方便地密封。在另一个替换实施例中，膜170设计成自己折叠，或者另外设计便于使膜170的该部分非轴向运动在毂178与它的周边之间延伸。相应地，便于减小轴向运动所需要的力的最小量。
上述取样组件和燃料电池组件便于在该过程中使用少量能量执行精确的、可靠的、不昂贵的、持续时间长的和快速的酒精试验。燃料电池和致动器的结合还便于试验之间的快速循环次数，并且具有有利于长期校准稳定性的许多优点。此外，燃料电池壳组件具有足够小的尺寸和质量，从而可以应用在手持式装置中以通过用快速加热次数而使用非常少量的能量来进行传统的电阻加热(或者热电加热和冷却)。
在图4-8中示出的这些实施例的各种替换实施例也是可能的并且是可以预期的。例如，致动器不是安装到燃料电池组件上，而是安装到印制电路板或者设备壳上。此外，呼吸入口管的燃料电池内的端部可以是许多不同各种选择的形状中的一种，以便于改善样品跨越燃料电池表面上的均匀分布。此外，呼吸入口管的燃料电池内的端部在边缘上可能具有设计出来的缺陷从而使燃料电池不会完全地与外部空气相密封。而且，可以使用各种各样的致动器来使燃料电池膜运动以进行取样和重置。例如，可以使用直角致动器或者具有机械优点的致动器。
在上面详细地描述了燃料电池壳组件和取样组件的示例性实施例。这些组件或者部件不受这里所描述的具体实施例的限制，而宁可说是，每个组件的部件可以与这里所描述的其它部件相独立地、分开地使用。例如，尽管在使用积分方法的上下文中描述了取样系统，但是可以想到，该组件也可以与峰值测量方法和其它替换方法一起使用。而且，尽管许多部件被描述和示出成具有一般是圆形的、平坦的形状，但是这些部件可以形成有非圆形的和/或非平面的形状。此外，每个部件不需要具有相同的平面形状。
还可以想到，燃料电池壳可能需要在入口处进行暂时不密封，然后，在取来呼吸样品平衡任何压差之前，进行重新密封，其中，所述压着可能是由于周围压力改变了，如由于天气或者海拔高度改变，或者温度改变(因为燃料电池壳在取样之后最后才密封)，在燃料电池壳的内侧和外侧之间而产生的。在某种意义上，例如在被测试的人准备吹气之前，在设备的初始通电期间，通过非常快速地提取样品和重置而借助该组件可以取人造的样品(faux sample)。在被测试的人员吹气并且从呼吸中取出酒精样品来进行分析之前，这种“打嗝(burping)”操作便于基本上平衡取样器外侧和内侧的压力条件。在这种人造取样期间，将没有测量。另一方面，借助在人试验之前作为标准预测试的部分来吹气之前，采用“空白(blank)”测量循环来测试接口处的酒精，以完成“打嗝”。接口的“空白”测量不需要精确测量，因此它可以用作两个目的：证明在接口中名义上没有酒精，并且使该组件“打嗝”。这些方法中的每一个有利于在人们呼吸中总是得到一致的样品。这种方法不需要如这里所描述的那样在入口处具有故意的小泄漏。此外，燃料电池金属线通过膜从燃料电池壳中退出，该膜在被夹紧时在所述线周围提供气密的密封，而没有环氧树脂。
此外，取样系统/燃料电池组件在进行“单次”取样的过程中可以循环多于一次或重复。这种循环可便于在被动试验模式中或者出于其它原因而取样周围空气。此外，在燃料电池和壳壁之间可以省去装有额外电解液的备份盘。此外，膜的出口边缘可以被成形成能够更加灵活地清除任何公差如V形或者半圆形横截面。作为夹子的替换方式，在膜和燃料电池之间可以使用O形环。在另一个替换实施例中，可以省去夹紧环。此外，借助任何紧固机构使燃料电池壳保持在一起，该紧固机构使燃料电池壳如这里所描述的那样进行工作，该紧固机构例如可以使用固定器或者胶来代替压配合、或者使用加热或者超声波密封，但不局限于这些。
尽管根据各种各样的具体实施例来描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该认识到，在权利要求的精神实质和范围内本发明可以进行变型。

Claims (58)

1.一种燃料电池组件，所述组件包括：
燃料电池；
燃料电池壳，该壳包括端壁和延伸通过所述端壁的进入口，所述进入口用以让呼吸样品进入所述壳中；
膜，该膜结合在所述壳内，使得在所述壳与所述膜之间限定腔，所述燃料电池定位在所述腔内并且相对所述进入口基本上同心地对准；及
致动器，该致动器与膜结合以便使膜在重置位置和样品位置之间运动。
2.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述燃料电池包括第一侧、第二侧和在第一侧与第二侧之间延伸的开口。
3.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述进入口从所述壳端壁径向地延伸一距离，所述燃料电池包括延伸通过其中的一开口，该开口尺寸定成接受通过其中的所述进入口的至少一部分。
4.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜能在取样位置与重置位置之间有选择地运动。
5.如权利要求4所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜被模制并且当处在重置位置上时该膜保持在它的自然的在模制的状态。
6.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜是柔性的并且包括第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧中的每一个由外边缘来定界，所述第一侧和所述第二侧中的至少一个包括毂的至少一部分用以把所述膜结合到致动器上。
7.如权利要求6所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜第一侧基本上连续地延伸通过所述膜。
8.如权利要求6所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜第一侧和第二侧中的一个包括边缘，该边缘从所述膜侧向外延伸，所述边缘用来在所述壳内结合所述膜。
9.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，它还包括基本上是圆柱形的主体，该主体在所述膜和所述燃料电池之间延伸。
10.如权利要求9所述的燃料电池组件，其特征在于，所述主体包括夹紧机构，该夹紧机构便于把所述燃料电池和所述膜中的至少一个固定在所述壳内。
11.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述壳还包括从所述端壁延伸的侧壁，所述膜相对所述壳侧壁以密封接触而被结合。
12.如权利要求11所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜能没有弯曲地在第一位置和第二位置之间移动。
13.如权利要求11所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜能没有被折叠地从第一位置和第二位置移动。
14.如权利要求11所述的燃料电池组件，其特征在于，当所述膜在第一和第二位置之间移动时，所述膜保持与所述壳侧壁密封接触。
15.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜可有选择地移动从而基本上密封所述进入口。
16.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述进入口与所述壳端壁形成一体。
17.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述壳还包括第一壳部分和第二壳部分，该第二壳部分可拆卸地结合到所述第一壳部分上，只有所述第一壳部分包括所述端壁。
18.如权利要求17所述的燃料电池组件，其特征在于，所述膜只被结合在所述第一壳部分内。
19.如权利要求17所述的燃料电池组件，其特征在于，所述第一壳部分以压配合连接布置可拆卸地结合到所述第二壳部分上。
20.如权利要求17所述的燃料电池组件，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分中的至少一个还包括底切部，该底切部成形成便于把所述第一和第二壳部分结合在一起。
21.如权利要求17所述的燃料电池组件，其特征在于，所述壳组件用在手持式呼吸试验器中。
22.如权利要求1所述的燃料电池组件，其特征在于，所述进入口成形成把呼吸样品基本上均匀地分布而遍及所述燃料电池。
23.一种组件，该组件包括：
燃料电池壳，它具有通过其中延伸的中心线，所述壳包括延伸通过所述壳并且相对所述壳同心地对准的进入口；
燃料电池，它定位在所述壳中，使得所述燃料电池相对所述壳基本上同心地对准，所述燃料电池包括延伸通过其中的开口，并且所述开口相对所述燃料电池同心地对准用以让呼吸样品进入到所述壳中；
致动器，它可拆卸地结合到所述壳上；及
膜，该膜与所述致动器结合，所述致动器能使膜在在重置位置和样品位置之间运动。
24.如权利要求23所述的组件，其特征在于，所述壳组件用在手持式呼吸试验器中。
25.如权利要求23所述的组件，其特征在于，所述壳还包括第一壳部分和第二壳部分，该第二壳部分可拆卸地结合到所述第一壳部分上，所述第一壳部分包括端壁和侧壁，该侧壁与所述端壁外接并且从其上延伸。
26.如权利要求25所述的组件，其特征在于，所述第一壳部分以压配合连接布置可拆卸地结合到所述第二壳部分上。
27.如权利要求25所述的组件，其特征在于，所述第一壳部分和所述第二壳部分中的至少一个还包括底切部，该底切部成形成为便于把所述第一和第二壳部分结合在一起。
28.如权利要求23所述的组件，其特征在于，它还包括延伸通过所述壳的进入口，所述进入口相对所述壳同心地对准，所述进入口的至少一部分延伸通过所述燃料电池开口。
29.如权利要求28所述的组件，其特征在于，所述进入口成形为基本上均匀地分布呼吸样品遍及所述燃料电池。
30.如权利要求28所述的组件，其特征在于，所述进入口从所述燃料电池的外表面延伸一个径向距离。
31.如权利要求28所述的组件，其特征在于，所述进入口与所述壳形成一体。
32.如权利要求23所述的组件，其特征在于，它还包括膜，该膜被结合在所述壳内，使得在所述壳和所述膜之间限定一腔，所述燃料电池定位在所述腔内。
33.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜可在取样位置和重置位置之间是有选择地移动的。
34.如权利要求33所述的组件，其特征在于，所述膜被模制并且当在重置位置上时该膜保持在它的自然的、在模制的状态。
35.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜是柔性的并且包括第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧中的每一个由外边缘来定界，所述第一侧和所述第二侧中的至少一个包括毂的至少一部分用以把所述膜结合到致动器上。
36.如权利要求35所述的组件，其特征在于，所述膜的第一侧连续地延伸通过所述膜。
37.如权利要求35所述的组件，其特征在于，所述膜第一侧和第二侧中的一个包括边缘，该边缘从所述膜侧向外延伸，所述边缘用来把所述膜结合在所述壳内。
38.如权利要求32所述的组件，其特征在于，它还包括基本上是圆柱形的主体，该主体在所述膜和所述燃料电池之间延伸。
39.如权利要求38所述的组件，其特征在于，所述主体便于把所述燃料电池和所述膜中的至少一个固定在所述壳内。
40.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述壳还包括从端壁延伸的侧壁，所述膜相对所述壳侧壁以密封接触被结合，使得在所述膜与所述端壁之间限定所述腔。
41.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜被结合到所述致动器上并且能没有弯曲地在所述壳内有选择地移动。
42.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜被结合到所述致动器上并且能没有被折叠地在所述壳内有选择地移动。
43.如权利要求32所述的组件，其特征在于，当所述致动器使所述膜运动时，所述膜保持与所述壳密封接触。
44.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜能有选择地运动以防止气流进入到所述壳腔中。
45.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述膜能有选择地运动从而使所述壳腔与所述壳外部的环境基本上相密封。
46.一种燃料电池壳组件，该燃料电池壳组件包括：
燃料电池壳，其在其中限定腔；
燃料电池，该燃料电池包括外表面、内表面和在内表面和外表面之间延伸的开口；所述开口相对所述燃料电池基本上同心地对准，用于允许呼吸样品被抽入到所述腔中并且允许呼吸样品被基本上均匀地分布遍及所述燃料电池；
膜，该膜结合在所述壳内，使得在所述壳与所述膜之间限定腔，所述燃料电池定位在所述腔内；及
致动器，该致动器与膜结合以便使膜在重置位置和样品位置之间运动。
47.如权利要求46所述的组件，其特征在于，所述壳组件用在手持式呼吸试验器中。
48.如权利要求46所述的组件，其特征在于，所述壳包括端壁和侧壁，该侧壁与所述端壁相外接，并且从所述端壁径向地延伸，所述端壁包括延伸通过其中的进入口，并且该进入口相对所述壳端壁基本上同心地对准，所述进入口的至少一部分延伸通过所述燃料电池开口，使得所述进入口的端部与所述燃料电池外表面保持一距离。
49.如权利要求48所述的组件，其特征在于，所述壳包括多个主体部分，这些主体部分以压配合连接布置可拆下地结合在一起。
50.如权利要求49所述的组件，其特征在于，所述多个主体部分中的至少一个包括底切部，该底切部成形为便于把所述多个主体部分结合在一起。
51.如权利要求49所述的组件，其特征在于，所述进入口与所述壳的多个主体部分中的一个整体地形成。
52.如权利要求48所述的组件，其特征在于，它还包括膜，该膜可拆下地结合在所述壳内，使得所述膜外周边与所述壳处于密封接触，所述膜限定所述腔的一部分。
53.如权利要求52所述的组件，其特征在于，所述膜可在取样位置和重置位置之间有选择地移动。
54.如权利要求52所述的组件，其特征在于，所述膜包括第一侧和相对的第二侧，所述第一侧和所述第二侧中的一个连续地延伸遍及所述膜，所述膜第一侧和第二侧中的至少一个包括毂的至少一部分，该毂相对所述膜基本上同心地对准。
55.如权利要求52所述的组件，其特征在于，它还包括基本上是圆柱形的主体，该主体在所述膜和所述燃料电池之间延伸，所述圆柱形主体便于把所述膜和所述燃料电池固定在所述壳内。
56.如权利要求52所述的组件，其特征在于，它还包括致动器，该致动器可拆下地结合到所述壳上，所述致动器成形成在没有折叠所述膜的情况下有选择地使所述膜移向和移离所述进入口。
57.如权利要求56所述的组件，其特征在于，在所述致动器的工作期间，所述膜外周边保持与所述壳处于密封接触。
58.如权利要求52所述的组件，其特征在于，所述膜可有选择地移动以基本上密封所述进入口。
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