CN102353711A - 原电池型半固态溶解氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种原电池型半固态溶解氧传感器，它包括有电解池，所述电解池内填充有电解质，所述电解质是酸性半固态电解质，所述酸性半固态电解质是由有机凝胶材料、盐类材料和酸性介质构成的混合物；其中，所述有机凝胶材料是由果胶配制成的胶体状水溶液，所述果胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的30%；所述盐类材料是柠檬酸钠，所述柠檬酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的8%；所述酸性介质是柠檬酸，所述柠檬酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.002。该溶解氧传感器具有结构简单、响应时间短、灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好、实用性强、使用寿命长、无漏液、污染小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶解氧传感器，具体的说，涉及了一种原电池型半固态溶解氧传感器。
背景技术
水体中溶解氧含量是评价水质好坏的一个重要指标，在水产养殖中，溶解氧含量低于某一定值，鱼类就会死亡，工业生产中，溶解氧含量过高金属设备就会被腐蚀；溶解氧含量在污水处理、医学卫生、环境保护方面都是一个重要的评价指标。现有的电化学溶解氧传感器多采用液态碱性电解质，液态电解质容易导致漏液进而易使传感器破坏，且碱性体系使得传感器易受环境中酸性气体的影响而缩短传感器的使用寿命；专利号为95223420.3的实用新型专利公开了一种酸性电解质原电池式溶解氧传感器，其中采用硅胶、烷基纤维素、聚乙烯醇作为胶体材料，其所用材料对人体和环境均有不利影响，且该传感器的响应时间在20秒左右，难以满足使用需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种结构简单、响应时间短、灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好、实用性强、使用寿命长、无漏液、污染小的原电池型半固态溶解氧传感器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种原电池型半固态溶解氧传感器，它包括有电解池，所述电解池内填充有电解质，所述电解质是酸性半固态电解质，所述酸性半固态电解质是由有机凝胶材料、盐类材料和酸性介质构成的混合物；
其中，所述有机凝胶材料是由明胶或者果胶或者二者构成的胶体混合物配制成的胶体状水溶液，其中，所述明胶或者所述果胶或者二者构成的所述胶体混合物的重量是所述胶体状水溶液总重量的25%～38%，所述胶体混合物中明胶与果胶的质量比为2.5～3.5:1；
所述盐类材料是柠檬酸钠、醋酸钠或者二者构成的盐类混合物，所述盐类材料的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%～10%；
所述酸性介质是硫酸、醋酸、柠檬酸、果酸中的任何一种或者几种构成的酸类混合物，所述酸性介质所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.001～0.004。
基于上述，所述有机凝胶材料是由果胶配制成的胶体状水溶液，所述果胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的30%；所述盐类材料是柠檬酸钠，所述柠檬酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的8%；所述酸性介质是柠檬酸，所述柠檬酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.002。
基于上述，所述有机凝胶材料是由明胶配制成的胶体状水溶液，所述明胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的32%；所述盐类材料是醋酸钠，所述醋酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%；所述酸性介质是醋酸，所述醋酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.003。
基于上述，它还包括有具有进水孔的保护盖、尾端具有通孔的压膜盖、密封圈、透气膜、不锈钢补偿体、线腔、后盖、热敏电阻、负载电阻、分别设置在所述电解池内的阴电极和阳电极；其中，所述透气膜蒙罩在所述电解池一端的进气口上，所述密封圈环压在所述透气膜的边沿上，所述压膜盖套装在所述电解池一端的进气口上并环压在所述密封圈外侧，所述压膜盖的尾端顶设在所述保护盖内，所述保护盖安装在所述电解池一端的进气口上；所述电解池的另一端与所述不锈钢补偿体的一端密封连接，所述不锈钢补偿体的另一端与所述线腔的一端密封连接，所述后盖安装在所述线腔的另一端；所述不锈钢补偿体内填充有导热胶，所述热敏电阻和所述负载电阻分别埋设在所述导热胶内。
基于上述，所述阴电极采用直径为1～3毫米的银丝，所述阳电极采用厚度为0.3～1毫米、宽度为2～5毫米的铅片。
基于上述，所述透气膜采用厚度为20微米的PE膜。
基于上述，所述热敏电阻阻值为20千欧，所述负载电阻阻值为2千欧。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，该溶解氧传感器具有以下优点：1、采用明胶、果胶等凝胶材料，无毒无害，对身体和环境无不利影响；2、采用半固态电解质，避免了传感器漏液导致的传感器失效；3、在电解质中适当加入柠檬酸钠、醋酸钠等盐类，增强了电解质的导电性，提高了传感器的响应速度，具有很高的实用价值。
该溶解氧传感器是一种不与酸性气体反应的半固态电解质溶解氧传感器，它采用无毒无害的半固态酸性材料作电解质，有效避免了传感器漏液问题，减少了传感器生产和使用过程中对人体和环境造成的污染，同时还提高了传感器的寿命和反应速度，其具有结构简单、响应时间短、灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好、实用性强、使用寿命长、无漏液、污染小的优点。
采用该原电池型半固态溶解氧传感器和常规的液态电解质溶解氧传感器，在同样的温度、湿度、压力条件下，各存放一个月，其中，液态电解质溶解氧传感器漏液率20%，半固态溶解氧传感器无一支漏液；且该原电池型半固态溶解氧传感器的T90响应时间是10秒，而液态电解质溶解氧传感器的T90响应时间是20秒。
附图说明
图1是所述原电池型半固态溶解氧传感器的剖视结构示意图。
图2是所述原电池型半固态溶解氧传感器的拆分结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种原电池型半固态溶解氧传感器，它还包括有具有进水孔的保护盖5、尾端具有通孔的压膜盖4、密封圈7、透气膜、填充有电解质的电解池2、不锈钢补偿体3、线腔1、后盖6、热敏电阻、负载电阻、分别设置在所述电解池2内的阴电极和阳电极；
其中，所述透气膜蒙罩在所述电解池2一端的进气口上，所述密封圈7套装在所述电解池2一端的进气口上并环压在所述透气膜的边沿上，所述压膜盖4套装在所述电解池2一端的进气口上并环压在所述密封圈7外侧，所述压膜盖4的尾端顶设在所述保护盖5内，所述保护盖5采用螺纹方式安装在所述电解池2一端的进气口上；
所述电解池2的另一端与所述不锈钢补偿体3的一端采用螺纹方式密封连接，所述不锈钢补偿体3的另一端与所述线腔1的一端采用螺纹方式密封连接，所述后盖6安装在所述线腔1的另一端；
所述不锈钢补偿体3内填充有导热胶，所述热敏电阻和所述负载电阻分别埋设在所述导热胶内；所述热敏电阻与所述负载电阻埋于导热胶中以便进行温度补偿。
所述阴电极采用直径为1～3毫米的银丝，所述阳电极采用厚度为0.3～1毫米、宽度为2～5毫米的铅片；所述透气膜采用厚度为20微米的PE膜；所述热敏电阻阻值为20千欧，所述负载电阻阻值为2千欧；氧气在阴电极上反应产生的电流，经热敏电阻和负载电阻后流向外电路。
所述电解质是酸性半固态电解质，所述酸性半固态电解质是由有机凝胶材料、盐类材料和酸性介质构成的混合物；
其中，所述有机凝胶材料是由明胶或者果胶或者二者构成的胶体混合物配制成的胶体状水溶液，其中，所述明胶或者所述果胶或者二者构成的所述胶体混合物的重量是所述胶体状水溶液总重量的25%～38%，所述胶体混合物中明胶与果胶的质量比为2.5～3.5:1；
所述盐类材料是柠檬酸钠、醋酸钠或者二者构成的盐类混合物，所述盐类材料的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%～10%；
所述酸性介质是硫酸、醋酸、柠檬酸、果酸中的任何一种或者几种构成的酸类混合物，所述酸性介质所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.001～0.004。
实施例2
本实施例与实施例1的不同主要在于：所述有机凝胶材料是由果胶配制成的胶体状水溶液，所述果胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的30%；所述盐类材料是柠檬酸钠，所述柠檬酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的8%；所述酸性介质是柠檬酸，所述柠檬酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.002。
实施例3
本实施例与实施例1的不同主要在于：所述有机凝胶材料是由明胶配制成的胶体状水溶液，所述明胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的32%；所述盐类材料是醋酸钠，所述醋酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%；所述酸性介质是醋酸，所述醋酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.003。
该传感器在空气中输出120毫伏，响应时间（T90）为9秒，其可用于水产养殖、污水检测、医疗卫生、环境监测等领域。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种原电池型半固态溶解氧传感器，包括有电解池，所述电解池内填充有电解质，其特征在于：所述电解质是酸性半固态电解质，所述酸性半固态电解质是由有机凝胶材料、盐类材料和酸性介质构成的混合物；
其中，所述有机凝胶材料是由明胶或者果胶或者二者构成的胶体混合物配制成的胶体状水溶液，其中，所述明胶或者所述果胶或者二者构成的所述胶体混合物的重量是所述胶体状水溶液总重量的25%～38%，所述胶体混合物中明胶与果胶的质量比为2.5～3.5:1；
所述盐类材料是柠檬酸钠、醋酸钠或者二者构成的盐类混合物，所述盐类材料的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%～10%；
所述酸性介质是硫酸、醋酸、柠檬酸、果酸中的任何一种或者几种构成的酸类混合物，所述酸性介质所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.001～0.004。
2.根据权利要求1所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：所述有机凝胶材料是由果胶配制成的胶体状水溶液，所述果胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的30%；所述盐类材料是柠檬酸钠，所述柠檬酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的8%；所述酸性介质是柠檬酸，所述柠檬酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.002。
3.根据权利要求1所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：所述有机凝胶材料是由明胶配制成的胶体状水溶液，所述明胶的重量是所述胶体状水溶液总重量的32%；所述盐类材料是醋酸钠，所述醋酸钠的重量是所述胶体状水溶液总重量的6%；所述酸性介质是醋酸，所述醋酸所加入的量需使所述酸性半固态电解质的氢离子当量浓度为0.003。
4.根据权利要求1或2或3所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：它还包括有具有进水孔的保护盖、尾端具有通孔的压膜盖、密封圈、透气膜、不锈钢补偿体、线腔、后盖、热敏电阻、负载电阻、分别设置在所述电解池内的阴电极和阳电极；其中，所述透气膜蒙罩在所述电解池一端的进气口上，所述密封圈环压在所述透气膜的边沿上，所述压膜盖套装在所述电解池一端的进气口上并环压在所述密封圈外侧，所述压膜盖的尾端顶设在所述保护盖内，所述保护盖安装在所述电解池一端的进气口上；所述电解池的另一端与所述不锈钢补偿体的一端密封连接，所述不锈钢补偿体的另一端与所述线腔的一端密封连接，所述后盖安装在所述线腔的另一端；所述不锈钢补偿体内填充有导热胶，所述热敏电阻和所述负载电阻分别埋设在所述导热胶内。
5.根据权利要求4所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：所述阴电极采用直径为1～3毫米的银丝，所述阳电极采用厚度为0.3～1毫米、宽度为2～5毫米的铅片。
6.根据权利要求4所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：所述透气膜采用厚度为20微米的PE膜。
7.根据权利要求4所述的原电池型半固态溶解氧传感器，其特征在于：所述热敏电阻阻值为20千欧，所述负载电阻阻值为2千欧。
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