CN102597761B - 包含排气构件的传感器 - Google Patents

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Abstract

一个传感器(10)包括一个壳体(20)、在该壳体内的至少两个电极(50，60，70)、在这两个电极之间提供离子电导率的一种电解质以及一个排气构件(80)，该排气构件包括一个第一区段(82)，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道(24)的一个部分(84)。该排气构件还包括至少一个被连接到该第一区段上的延伸构件(83)，该延伸构件延伸穿过该壳体内部的至少一个部分。该排气构件的第一区段(82)是多孔的，使得气体能够从该壳体内部经由该排气构件扩散到该壳体的外部。还披露了一种从传感器的内部排出气体的对应的方法。

Description

包含排气构件的传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请号61/256,712的权益，其披露内容通过引用结合在此。
背景技术
除非在本文件中另外清楚地指出，否则在此所使用的术语并非旨在受限于任何具体的狭义解释。在此所引用的任何参考文献的披露内容通过引用进行结合。
安培计式电化学气体传感器是在结构以及操作上与电池以及燃料电池类似的电化学电池。这样，这三种装置具有一些共同的结构，包括(i)一个阳极或阳极室(其中发生电化学氧化)，(ii)一个阴极或阴极室(其中发生电化学还原)，(iiii)一种离子式导电的电解质(该电解质保持了在这两个电极之间的离子式电接触)，(iv)一个壳体(该壳体封闭了这些电极以及电解质)，(v)触点或极点(它们总体上是在这些电极与外电路之间的金属型电触点)以及(vi)用于与这些装置相连接的外电路。电池以及燃料电池主要作为电源来工作并且对于可以与它们处于电接触的电路设置了极少的设计限制。安培计式气体传感器经常要求使用特定的驱动电路(例如一个恒电势器)来获得适当的功能。然而，存在多种安培计式气体传感器，它们与燃料电池类似地工作，并且仅要求一种在目标或分析物气体存在的情况下对在该阳极与阴极之间流动的电流进行测量的方法。
蓄电池是独立式的电化学能量存储和转换装置。它们被安排为使阳极以及阴极均包括较大量的具有不同电化学能的物质，或与这些物质紧密地电接触。当一个蓄电池的阳极以及阴极被连接到一个电子电路中时，显著的且有用的量的电流流动穿过电子电路。这种电流的来源是阳极以及阴极材料的电化学转换(氧化以及还原)。从一种电化学的观点看，电池是独立式的，因为它们是用足够的阳极材料以及阴极材料制作的，以提供一个有用的寿命或电能的量。这样，电池经常是良好地密封的。在许多设计中，电池是不透气地密封的。这些电池的常见例子包括勒克朗谢电池(“干”电池)以及普兰特电池(铅酸蓄电池)。
另一方面，燃料电池是电化学的能量转换装置，它们要求阳极材料、阴极材料、或阳极材料与阴极材料两者的外部供给。燃料电池的电极通常是电催化性质的。在该方面，这些燃料电池的电极提供了电化学活性表面以支持该电池的电化学反应，但是实际上在化学上并不参与这些反应。和蓄电池不同(其有用寿命总体上在这些电化学活性的电极材料被消耗掉时结束)，只要为该装置供应电化学活性的燃料(阳极材料)以及氧化剂(阴极材料)，燃料电池就将连续地运行。通常的燃料电池的一个例子是革罗夫电池，或氢-氧燃料电池。在革罗夫电池中，氢是燃料并且氧是氧化剂。
安培计式电化学气体传感器是燃料电池的特殊情况。它们典型地是微型尺寸的(与用于发电的燃料电池相比)并且被设计为使用有分析意义的目标气体(即，分析物气体)作为燃料。在没有目标气体时，不存在发生于电极上的本体电化学转化(法拉第反应)，并且因此该传感器内流动的电流实质上为零。当存在时，分析物气体经历了电化学氧化或还原，从而导致了法拉第电流的产生。产生的电流被外部驱动电路感知并且提供了该感应器的分析信号。典型地，观察到的电流与该分析物气体的浓度直接成正比。
如以上所讨论的，蓄电池、燃料电池以及安培计式电化学气体传感器在许多方面是类似的。然而，安培计式气体传感器的制造具有许多独有的困难。首先，与蓄电池不同，必须存在一个气体入口以允许该分析物气体进入该电池中。还必须存在将电流从电极的表面运载到外电路中的触点或极点。最后，该传感器必须以保存离子型电解质的方式制造，该电解质通常是一种高度腐蚀性的水性酸或碱。将安培计式电化学气体传感器密封以防止内部液体电解质泄漏而同时允许分析物气体进入并且收集产生的电流，明显是电化学气体传感器的机械设计的重要特征。
氧气传感器是安培计式电化学气体传感器的一种特殊情况。典型地，电化学氧气传感器包括一个贵金属工作电极以及一个牺牲性金属阳极，该阳极典型地是铅或锌。这种类型的传感器已经使用了许多年，用来检测并且测量许多不同应用中的氧气浓度。基于铅的传感器受到若干缺点的影响，包括有限的寿命以及有毒金属的使用。
尽管如此，氧气传感器的牺牲性金属阳极典型地是一个铅阳极。进入该传感器的氧在工作电极上被还原，而铅阳极被氧化成氧化铅。只要在传感器中存在电化学可得的铅，传感器就工作。为了增加使用寿命，必须增加铅含量或者必须减小氧气的注入量。用来增加传感器寿命的这些途径中的每一种均具有相关的优点以及缺点。然而，在任何情况下，传感器的寿命受其中存在的铅量的限制，这个量在制造时就被确定。
近来，已经披露了一种新型的氧气传感器，典型地称作“氧气泵”传感器。氧气泵传感器并不包括一个牺牲性的基础金属阳极。取而代之，氧气泵传感器包括一个电催化的阳极或对电极。进入该传感器的氧气在工作电极处被还原成一种氧离子。同时，电解质在对电极处被氧化，从而在一对一的分子基础上产生了氧。这种类型的氧气传感器可以具有比包括牺牲性阳极的那些传感器远远更长的使用寿命。然而，在对电极处产生的氧气需要被去除，以确保氧气泵传感器的正常运行。如果不以有效的方式去除氧气，则内部产生的氧气可以对该传感器加压并且到达工作电极，由此影响该传感器的分析信号。此外，内部压力的增加可以引起液体电解质从该传感器壳体的多个内部部分泄漏。
已经开发了许多以氧气泵原理运行的传感器。这些传感器包括一个薄的、多孔的、疏水的隔膜，以创造一个将产生的氧气排出的排气系统。尽管这些基于隔膜的排气系统可以创造多个扩散路径以将氧气从该传感器壳体的内部排出，但该传感器壳体必须包括一个被该薄的、多孔的、疏水的隔膜覆盖的通道或孔。这些孔或通道与增大的电解质泄漏风险相关联。此外，一个基于隔膜的排气系统的有效工作或运行可以受到该传感器的取向的影响。例如，在某些取向上，该隔膜的内表面可以完全被液体电解质浸润或接触，这可以显著地不利地影响隔膜排出气体的工作。在不同的位置设置多于一个通道/隔膜排气孔可以减小与位置或取向有关的效应，但是可以增加从该传感器泄漏液体电解质的可能性。
发明内容
在一个方面，一个传感器包括一个壳体、在该壳体内的至少两个电极、在这些电极之间提供离子电导率的一种电解质、以及一个排气构件。该排气构件包括一个第一区段，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道的一个部分，该部分被连接到延伸穿过该壳体内部的至少一部分的该第一区段上。该排气构件的第一区段是多孔的，使得气体可以从该壳体内部经由该排气构件扩散到该壳体外部。例如，该排气构件可以阻止电解质从中流动穿过。
在多个实施方案中，该排气构件进一步包括一个第二区段，该第二区段被连接到该延伸穿过该通道的部分上。例如该第二区段可以是多孔的并且例如可以被附接到该壳体的一个外表面上。该第二区段例如可以延伸超过该通道的周界以覆盖该通道。该第二区段可以例如以一个角度延伸到该延伸穿过该通道的部分上。在多个实施方案中，该第二区段总体上垂直地延伸到该延伸穿过该通道的部分上。
该第一区段以及该第二区段例如可以是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的，以便穿过其中而提供一个气体扩散路径。
该延伸构件(连同该延伸穿过该通道的部分以及该第二区段)可以例如由单独的聚合材料颗粒模制。这些单独的颗粒的至少一部分可以例如包括聚四氟乙烯或由聚四氟乙烯形成。
在多个实施方案中，至少该排气构件的延伸构件是疏水、疏油或多疏性(multiphobic)的。
该延伸构件可以例如延伸穿过该壳体的内部，使得该延伸构件的一个表面区域在该壳体内部中不能被电解质完全接触。
该工作电极可以例如被适配为将氧气还原成一种氧离子，并且该传感器可以例如被适配为感测氧气。
在另一个方面是一种从检测器的内部排出气体的方法，该检测器包括一个壳体、在该壳体内的至少两个电极以及在电极之间提供离子电导率的一种电解质，该方法包括提供一个排气构件，该排气构件包括一个第一区段以及至少一个延伸构件，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道的一个部分，该延伸构件被连接到该延伸穿过该通道的部分上。该延伸构件至少部分地延伸穿过该壳体内部的一部分，该第一区段是多孔的，使得气体可以从该壳体内部经由该排气构件扩散到该壳体的外部。
在另一个方面，一个容器包括一个壳体以及一个排气构件，该排气构件包括一个第一区段，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道并且被连接到至少一个延伸构件的一个部分，该延伸构件延伸穿过该壳体内部的至少一部分。该第一区段是多孔的，使得气体可以从该壳体内部扩散到该壳体的外部。该排气构件的第一区段可以例如阻止液体从中流动穿过。
该排气构件可以例如进一步包括一个第二区段，该第二区段与该延伸穿过该通道的部分相连接。例如该第二区段可以是多孔的并且例如可以被附接到该壳体的一个外表面上。
在多个实施方案中，该延伸构件延伸穿过该壳体内部，使得该延伸构件的一个表面区域在该壳体内部中不能被该壳体内的一种液体完全接触。该液体可以例如包括一种电解质。该第二区段可以，例如以一个角度延伸到该延伸穿过该通道的部分上。
在多个实施方案中，该第一区段以及该第二区段是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的。
在此描述的排气构件减小了对位置或取向的依赖性而没有增加与在一个传感器(或其他)壳体内形成多个通道相关联的电解质泄漏可能性，从而提供了一种用于从一个传感器(或其他)壳体内部排出气体(例如氧气)的稳健且有效的系统。
在此描述的装置、系统和/或方法，连同其属性以及伴随的优点将通过以下结合附图进行的详细说明而最好地得以了解和理解。
附图说明
图1A展示了一个含排气构件的传感器的侧面剖开视图。
图1B展示了图1A的传感器的透视图，其中该排气构件是与该传感器壳体分开的。
图2展示了图1的延伸排气构件的侧视图。
图3展示了图1的延伸排气构件的正视图。
图4展示了图1的排气构件的透视图。
图5展示了图1的排气构件的另一个侧视图。
图6展示了一个排气构件的实施方案的一部分的显微照片。
图7展示了排气构件的另一个实施方案的透视图。
图8A展示了排气构件的另一个实施方案。
图8B展示了排气构件的另一个实施方案。
图8C展示了排气构件的另一个实施方案。
图9展示了一个含排气构件的氧气泵传感器的代表性研究结果。
具体实施方式
如在此以及在所附的权利要求中所使用的，单数形式“一个/一种(a/an)”、“该”包括复数的引用内容，除非上下文另外清楚地指出。因此，例如，对“一个延伸构件”的引用包括多个此种延伸构件以及本领域普通技术人员已知的其等效物，以此类推，并且对“该延伸构件”的引用是指一个或多个此种延伸构件以及本领域普通技术人员已知的其等效物，以此类推。
在几个实施方案中，一个排气构件包括至少一个第一区段，该第一区段包括至少一个三维构件或结构，该构件或结构在例如一个传感器的壳体内延伸，以提供一个用于将一种或多种气体从该壳体内部排出到该壳体外部的路径。
这个或这些延伸构件能以任何适当的方式来确定尺寸和形状。在几个实施方案中，该延伸构件延伸穿过该壳体，其方式为该延伸构件的用于为气体提供离开该壳体的排气路径的功能不会显著地受该壳体的位置或取向的影响。在该方面，在几个实施方案中，该延伸构件延伸穿过该壳体，使得不论该传感器壳体的位置或取向，该电解质都不会在该壳体内延伸构件的那个部分的整个表面上浸润或接触该延伸构件的表面。在该方面，如果该延伸构件的至少一部分与该传感器壳体内的一个体积(例如，气泡)的气体处于接触中，则该延伸构件更有效地起作用以将气体从该传感器壳体的内部排出。该延伸构件可以例如在穿过该壳体的任何方向上，以例如总体上直线和/或总体上曲线的方式延伸。
该排气构件可以例如与该壳体分开制造并且与其组装在一起。该排气构件还可以作为该传感器壳体的零件或一部分而起作用。
该延伸构件可以例如包括一种多孔的聚合或塑性材料或者由其形成。在水性电解质的情况下，该延伸构件的多孔的聚合物或其他材料可以是总体上疏水性质的，以将从中穿过的任何水性电解质的流动最小化或消除。在非水性(例如有机)电解质的情况下，该多孔塑料或其他材料可以是总体上疏油性质的，以将从中穿过的任何非水性电解质的流动最小化或消除。该多孔塑料材料还可以是疏水并且疏油的。此种材料被称为“多疏性的”。该延伸构件还可以用化学方法或者以其他方式进行处理，以将从中穿过的液体电解质的流动或泄露最小化或消除。
总体上，如在此所使用的，术语“疏水的”是指在电化学传感器内经历的压力下实质地或完全地耐受水的浸润的材料(并且因此在延伸构件的情况下限制了从中穿过的水性电解质的流动)。总体上，如在此所使用的，术语“疏油的”是指在电化学传感器内经历的压力下实质地或完全地耐受低表面张力液体(例如非水性电解质系统)浸润的材料(并且因此在延伸构件的情况下限制了从中穿过的水性电解质的流动)。如在此使用的，短语“低表面张力液体”总体上是指具有小于水的表面张力的液体。疏水的、疏油的、以及多疏性的材料例如在美国专利号5,944,969中进行讨论。
该延伸构件的这种或这些材料(例如多孔的塑料材料)还优选地在典型地使用电化学传感器的条件下是实质上化学惰性的且热惰性的。
在几个实施方案种，延伸构件可以是由多孔的PTFE(聚四氟乙烯)形成的。然而，可以使用任何提供了所希望的特征(例如孔隙率、疏水性和/或疏油性)的聚合的或其他材料。
如以上所描述的，这个或这些延伸构件可以采取几乎任何形状。所研究的形状包括具有圆形或直线形截面的棒。然而，可以使用总体上具有任何截面形状的一个或多个延伸构件。在几个研究中，这些构件或形状从预模制的棒或从片材原料中切下。复杂的三维形状可以例如通过将单独的聚合物颗粒模制成所希望的三维结构而生产。在几个实施方案中，模制的或烧制的聚合物结构由聚四氟乙烯(PTFE)颗粒形成，这些颗粒具有在20-200μm范围内的颗粒大小(直径)。在多个实施方案中，这些颗粒被筛分或筛选为具有小于150μm、小于108μm或小于90μm的颗粒大小/直径。产生的三维结构具有0.5μm或小于0.5μm的有效孔径。
在烧结的聚合物结构的情况下，这些聚合物颗粒可以例如被加热到高于玻璃化转变温度(Tg)但是低于熔化温度(Tm)的一个温度。当加热到高于玻璃化转变温度时，这些聚合物颗粒彼此粘附。通过颗粒之间的空隙间距或体积提供了一个受控的孔隙率。在多个实施方案中，可以将压力施加到被加热的聚合物颗粒上，以有助于粘附和/或模制。聚合物颗粒可以在具有几乎任何形状的模具内进行烧结，以提供所希望的三维元件。
作为替代方案，可以形成一种开孔泡沫。在一种开孔泡沫中，多个孔连接成一种相互连接的多孔网络。例如，在使用一种发泡剂(例如水)的聚合反应的过程中，可以形成一种聚氨酯和/或聚脲泡沫。
在多个代表性的研究中，将包括通过烧结PTFE颗粒形成的多孔延伸构件的多个排气构件通过多种方法(包括例如热铆接、超声焊接、激光焊接、粘合剂、以及注塑模制)结合到传感器壳体中。对于本领域的普通技术人员而言清楚的是，将这些排气构件附接或结合到传感器壳体中的其他方法也是合适的。在所有的研究中，包括三维多孔聚合物型延伸构件的排气构件提供了有效的并且高效的气体扩散路径，而同时保持了该传感器壳体对抗电解质泄漏的稳健性。
图1A和1B展示了包括一个壳体20的传感器10的实施方案。该壳体20内放置一个传感器支持构件30，该支持构件可以例如给至少两个电极(例如，一个工作电极以及一个对电极)提供支持。支持构件30可以给一个或多个电极提供支持，例如包括本领域已知的参比电极。总体上，使用参比电极来将该工作电极保持在已知的电压或电势下。一种分析物气体可以通过一个入口通道22进入壳体20。
电解质可以例如至少部分地被吸收到(在图1A中示意性地展示的)吸液材料40上，如传感器领域已知的，该吸液材料被传感器支持物30支持。该电解质提供了在电极50、60以及70(例如，一个工作或感测电极、一个参比电极以及一个对电极)之间的离子导电率。吸液材料40还进行工作以将电极50、60以及70物理地分开，从而防止它们之间的短路。在一种吸湿性电解质的情况下若该电解质体积作为吸收水的结果而增加，则传感器壳体20包括例如检测器支持物30下方(在图1中的取向上)的一个保留体积，以便例如为该电解质提供额外的体积。
在图1A和1B的实施方案中，一个排气构件80包括一个第一区段82，该第一区段包括至少一个延伸构件83，该延伸构件延伸(即，具有一个延伸的长度)穿过壳体20的内部体积的至少一部分。如以上所描述的，首先，延伸构件83可以延伸穿过壳体20，使得延伸构件83的表面区域不能被该电解质完全接触或浸润。因此，在图1A和1B的实施方案(连同其他实施方案)中提供了不依赖于取向或位置的气体排出作用，其中仅在壳体20内形成了一个用于气体排出的单一的通道(即，通道24)。因此延伸构件83的至少一部分保持与一个体积的气体相接触，这有助于维持其有效的工作以除去气体(例如，在一种氧气泵类型的传感器的情况下是氧气)。在一个氧气泵传感器的几个实施方案中，延伸构件83被放置为提供与从对电极至入口通道22相比更容易的、从对电极至延伸构件83的扩散路径。
排气构件80还在图2至5中展示。在所展示的实施方案中，延伸构件83的形状总体上是圆柱形。在所展示的实施方案中，排气构件80的第一区段82还包括连接到延伸构件83上的一个部分84，该部分在排气构件80与壳体20操作性地连接在一起时与通道24相邻并且从中延伸穿过。部分84可以例如比延伸构件83的直径更大，并且可以被确定尺寸为具有比通道24的直径稍微更小的直径。在多个实施方案中，第一区段80(包括部分84以及延伸构件83)被整体地形成。
在所展示的实施方案中，排气构件80进一步包括一个第二区段或构件86，它总体上垂直于第一区段80的部分84延伸。第二区段86可以例如有助于形成与壳体20的外部的一个适当的连接。在该方面，如以上描述的，第一区段80的部分84延伸穿过壳体20中的通道24，以连接到这个或这些延伸构件83上。在所展示的实施方案中，第二区段86具有比部分84的直径更大的宽度并且覆盖通道24(延伸超过通道24的直径或周界)，以创造一种密封(从而限制液体电解质逃逸的可能性)并且提供一个表面区域从而确保与壳体20的固定接合或确保排气构件80与与壳体20的连接。第二区段86可以例如通过热铆接、超声焊接、激光焊接、粘合剂、注塑模制或通过任何其他适当的附接方式附接到壳体20上。无论将排气构件80附接到壳体20上的方法如何，都应当小心进行，不要破坏由排气构件80提供的、将气体从壳体20的内部排出到其外部的扩散路径。如在图1B中展示的，壳体20可以例如包括一个基座26，该基座的尺寸被确定为接收并且容纳第二构件84。
在所展示的实施方案中，第二区段86以一个角度延伸到部分84上(在所展示的实施方案中是垂直的)，以有助于覆盖通道24并且有助于提供一个表面区域，从而符合壳体20的一个表面并且形成与该表面的连接。在所展示的实施方案中，第二区段86被形成为一个总体上矩形的平坦的材料带。如以上所描述的，总体上平坦的第二区段86有助于与壳体20的连接。
第一区段82(包括延伸构件83以及其部分84)以及第二区段86各自可以例如由一种多孔材料形成，该材料提供了从中穿过的气体(例如氧气)的扩散作用，同时阻止了电解质从中穿过。在几个实施方案中，第一区段82以及第二区段86是由这样一种多孔材料一体地或整体地形成的。作为替代方案，第一区段82可以例如分开地形成并且附接到第二区段86上。同样，延伸构件83可以例如与部分84分开地形成并且附接到其上。然而，在附接过程中必须小心，以保证留有穿过排气构件80的扩散路径。在几个实施方案中，排气构件20由PTFE颗粒整体地形成，这些颗粒被模制以形成一种疏水的多孔结构。在图6中展示了由模制的PTFE颗粒形成的一个排气构件的一部分的显微照片，这些颗粒具有约100μm的最大粒径。
图7展示了与壳体20连接地使用的排气构件80′的另一个实施方案。在图7中展示的实施方案中，一个第一区段82′包括一个具有楔形形状的延伸构件83′。即，延伸构件83′的直径在其连接到第二区段86′上的一个第一端处比在其一个第二端或远端处更大。当排气构件80′与壳体20操作性地连接时，延伸构件83′的在第二区段86′附近的部分穿过壳体20内的通道24。在延伸构件83′与第二区段86′的接点处延伸构件83′的直径可以例如被确定尺寸为稍微小于通道24的直径。第一区段82′以及第二区段86′可以例如整体地形成，如以上描述的。
图8A和8B分别展示了排气构件80a和80b的替代实施方案，分别包括至少一个第一区段82a和82b，这些第一区段具有延伸构件83a和83b，这些延伸构件以曲线的方式延伸通过一个传感器壳体(例如传感器壳体20)的内部。排气构件80a和80b的一个部分或构件84a和84b分别延伸穿过该传感器壳体内的一个通道，以将气体从该传感器壳体的内部排出到该传感器壳体的外部。排气构件80a和80b可以进一步包括一个第二构件或区段(类似于排气构件80的第二区段86或与其相同)，该第二构件或区段与该壳体的外部进行协作，以有助于与该壳体形成一种(液体)密封并且有助于对该壳体形成适当的连接或附接。
在图8A和8B的实施方案中，延伸构件83a和83b形成了一个封闭的回路。图8C展示了排气构件80c的一个替代实施方案，包括至少一个第一区段82c，该第一区段具有多个延伸构件83c，这些延伸构件以曲线的方式延伸通过一个传感器壳体(例如传感器壳体20)的内部。排气构件80c的一个部分或构件84c延伸穿过该传感器壳体内的一个通道，以将气体从该传感器壳体的内部排出到该传感器壳体的外部。
在图8A至8C中展示的延伸构件例如在传感器壳体20内大致侧向地延伸。然而，其延伸构件可以在这样一个壳体内纵向延伸。此外，其排气构件的一个或多个延伸构件(或其一个或多个部分)可以例如具有分支的结构，以在一个或多个平面或方向上延伸。
图9展示了一个含排气构件80的氧气泵传感器的代表性研究结果，如以上描述的。在这些研究中的氧气泵传感器实施方案中，工作电极、对电极以及参比电极各自包括施加到多孔的PTFE隔膜的一侧上的铂(Pt)黑。每个隔膜可用作一种支持结构，并且在工作电极的情况下，与Pt黑一起形成了一个气体扩散电极，如在安培计式气体传感器领域已知的。该工作电极通过一个外部恒电势器电路被保持在相对于参比电极为-600mV的电势下。
图9展示了研究的典型结果，其中传感器经受了一个空气流动以及一个氮气(N2)(即，具有零体积百分比氧的气体)流动。在这些实验中，以约250mL/min的流速将空气(包括20.8体积百分比O2)施加到该传感器上。在图9中的5min标记处，流动突然改切换成氮气(N2)(即，具有0.0体积百分比氧的气体)。在图9中的10min标记处，流束突然切换回空气(包括20.8体积百分比O2含量)。表1列出了此种传感器的典型性能特征。
表1
所研究的传感器的多孔排气构件有效地工作，以将气体从传感器排出。并未有效地排出气体的传感器在所进行的研究持续时间内将会失效。
这些多孔的排气构件总体上可以与任何必须从中排出气体的(例如，在传感器、电池，等等中的)容器或壳体(从该容器/壳体的内部排出到其外部)相连接。如以上所描述的，该容器或壳体的内部可以包括一种液体(例如一种电解质)，其中该排气构件阻止或防止了液体从该容器的内部流动到其外部但是提供了一个排出空气的扩散路径。
以上的说明以及附图提供了当前时间的实施方案。当然，就以上的传授内容而言并在不背离此处的范围的情况下，不同的变更、添加和替代设计对于本领域的普通技术人员是清楚的，该范围通过以下的权利要求而不是以上的说明指出。落入权利要求的等价含义以及范围内的所有改变以及变化应包含在这些权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种传感器，包括：
一个壳体；
在该壳体内的至少两个电极，
在该壳体的内部体积内的一种电解质，该电解质在这些电极之间提供离子导电率；以及
一个排气构件，包括一个第一区段，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道的一个部分，以及至少一个延伸构件，该至少一个延伸构件从该第一区段延伸穿过该壳体内部的至少一个部分，使得不管该壳体的取向如何，该电解质不浸润与该内部体积接触的该至少一个延伸构件的整个表面，并且该至少一个延伸构件与在该壳体的内部体积之内并且在该至少一个延伸构件之外的一个体积的气体接触，该第一区段的延伸穿过该壳体内的通道的所述部分和该至少一个延伸构件是多孔的，使得气体能够从该壳体的内部经由该排气构件通过该第一区段扩散到该壳体的外部。
2.如权利要求1所述的传感器，其中该排气构件阻止电解质的流动从其中穿过。
3.如权利要求1所述的传感器，其中该排气构件进一步包括一个第二区段，该第二区段被连接到该延伸穿过该通道的部分上，该第二区段是多孔的并且被附接到该壳体的一个外表面上。
4.如权利要求3所述的传感器，其中该第二区段延伸超过该通道的周界以覆盖该通道。
5.如权利要求4所述的传感器，其中该第二区段以一个角度延伸到该延伸穿过该通道的部分上。
6.如权利要求5所述的传感器，其中该第二区段总体上垂直地延伸到该穿过该通道的部分上。
7.如权利要求4所述的传感器，其中该第一区段以及该第二区段是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的，以提供从其中穿过的一个气体扩散路径。
8.如权利要求1所述的传感器，其中该至少一个延伸构件是由单独的聚合材料颗粒模制的。
9.如权利要求8所述的传感器，其中至少该排气构件的延伸构件是疏水、疏油或多疏性的。
10.如权利要求5所述的传感器，其中该第一区段以及该第二区段是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的。
11.如权利要求10所述的传感器，其中这些单独颗粒的至少一部分包括聚四氟乙烯。
12.如权利要求1所述的传感器，其中该第一区段是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的，以提供从其中穿过的一个气体扩散路径。
13.如权利要求1所述的传感器，其中该至少两个电极中的至少一个为工作电极，该工作电极被适配为将氧气还原成一种氧离子并且该传感器被适配为感测氧气。
14.一种用于从传感器的内部排出气体的方法，该传感器包括一个壳体、在该壳体内的至少两个电极以及在该壳体的内部体积内的一种电解质，该电解质在这些电极之间提供离子电导率，该方法包括：
提供一个排气构件，该排气构件包括一个第一区段，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道的一个部分，以及至少一个延伸构件，该至少一个延伸构件被连接到该延伸穿过该通道的所述部分上，该延伸构件至少部分地延伸穿过该壳体的内部体积的一个部分，使得不管该壳体的取向如何，该电解质不浸润与该内部体积接触的该至少一个延伸构件的整个表面，并且该至少一个延伸构件与在该壳体的内部体积之内并且在该至少一个延伸构件之外的一个体积的气体接触，该第一区段的延伸穿过该壳体内的通道的所述部分和该至少一个延伸构件是多孔的，使得气体能够从该壳体的内部经由该排气构件通过该第一区段扩散到该壳体的外部。
15.一种用于液体的容器，包括：
一个壳体，包括用于容纳液体的内部体积；以及
一个排气构件，包括一个第一区段，该第一区段包括延伸穿过该壳体内的一个通道的一个部分，以及至少一个延伸构件，该延伸构件延伸穿过该壳体的内部体积的至少一个部分，使得不管该壳体的取向如何，该液体不浸润与该内部体积接触的该至少一个延伸构件的整个表面，并且该至少一个延伸构件与在该壳体的内部体积之内并且在该至少一个延伸构件之外的一个体积的气体接触，该第一区段的延伸穿过该壳体内的通道的所述部分和该至少一个延伸构件是多孔的，使得气体能够从该壳体的内部通过该第一区段扩散到该壳体的外部。
16.如权利要求15所述的容器，其中该第一区段阻止液体的流动从其中穿过。
17.如权利要求15所述的容器，其中该排气构件进一步包括一个第二区段，该第二区段与该延伸穿过该通道的部分连接，该第二区段是多孔的并且被附接到该壳体的一个外表面上。
18.如权利要求15所述的容器，其中该至少一个延伸构件是疏水、疏油或多疏性的。
19.如权利要求18所述的容器，其中该液体包括一种电解质。
20.如权利要求17所述的容器，其中该第二区段以一个角度延伸到该延伸穿过该通道的部分上。
21.如权利要求20所述的容器，其中该第一区段以及该第二区段是由单独的聚合材料颗粒整体地形成的。
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