CN106502286A - 一种带湿度调控单元的氢气传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带湿度调控单元的氢气传感器，包括传感器壳体，还包括设置在所述传感器壳体内的湿度调控单元，所述湿度调控单元包括壳体、封存在所述壳体中的湿度调节剂、以及覆盖在所述壳体开口上方的气体隔离膜。本发明能达到固定氢气传感器内部湿度的目的，使得传感器的检测性能免受环境湿度变化的影响，进而保证了氢气传感器可以应用于各种湿度条件下。

Description

一种带湿度调控单元的氢气传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体地说，涉及一种带湿度调控单元的氢气传感器。

背景技术

随着社会的发展以及生活水平的提高，我国汽车保有量逐年增加，汽车在给人们的生活带来便利的同时也在一定程度上影响了人们的生活。为了保持我国汽车工业的持续发展，满足老百姓的用车梦想，同时既要缓解能源危机又要把碧水蓝天还给社会大众，就必须要发展新能源汽车。目前的新能源汽车主要包括燃料电池车以及电动汽车，燃料电池车是以纯氢气为能源，结合燃料电池的动力性能开发出的新能源汽车；新能源汽车有别于传统汽车，不光体现在动力源、技术、排放物等方面，在汽车制造过程中也有一些细节需要注意，比如燃料电池车使用纯氢气作为燃料，在车内有储氢罐，这就对储氢罐以及管路的密封性提出了要求，一旦发生泄漏后果不堪设想；目前的电动汽车普遍采用锂离子电池作为动力源，锂电在过冲或短路时电池内部物质发生分解会产生氢气，同时作为电池温度管理主要手段的冷却液在充电电压达到一定等级时也会发生分解产生氢气。

氢气是一种无色、无味、无毒、易燃易爆的气体，当空气中的氢气含量达到4％时就会发生爆炸。氢气由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现，具有巨大的危险性。所以在新能源汽车上需要安装氢气监测单元，以达到实时在线检测氢气泄漏或生成情况，为人车安全保驾护航。

电化学式氢气传感器是目前广泛采用的氢气检测方法，主要原理是利用定电位电解法进行氢气检测。该类传感器的缺点之一在于：易受环境温湿度变化的影响、有一定的电解质泄漏的几率。在传统电化学氢气传感器中普遍采用的是液体电解质充当传质途径，即使是在正常使用中环境湿度的变化也会影响电解质的浓度，使其出现电解质干涸或者泄漏的现象，而且电解质的传质能力与湿度息息相关，不同湿度下电解质的传质能力不同，进而表现为传感器的检测性能不同。因此需要设计一种适合于监测车辆内部氢气含量、能消除环境湿度变化对电解质传质能力的影响的传感器。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种带湿度调控单元的氢气传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带湿度调控单元的氢气传感器，包括传感器壳体，还包括设置在所述传感器壳体内的湿度调控单元，所述湿度调控单元包括壳体、封存在所述壳体中的湿度调节剂、以及覆盖在所述壳体开口上方的气体隔离膜。

在本发明所述的氢气传感器中，所述湿度调节剂包括饱和金属盐溶液和金属盐固体，所述金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁或氯化钠中的一种或几种的混合物。

在本发明所述的氢气传感器中，所述气体隔离膜的材料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶或氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

在本发明所述的氢气传感器中，还包括位于所述湿度调控单元上方的气体反应中心，所述气体反应中心包括工作电极、对电极、参比电极以及固体电解质。

在本发明所述的氢气传感器中，所述工作电极、对电极、参比电极均为多孔气体扩散电极，所述工作电极固定在所述固体电解质的一面，所述对电极和参比电极固定在所述固体电解质的另一面。

在本发明所述的氢气传感器中，所述气体反应中心还包括工作电极引线、对电极引线、以及参比电极引线。

在本发明所述的氢气传感器中，所述传感器壳体的外壳底部设有与外界PCB板相连、用于将所述传感器产生的电信号传送至所述外界PCB板的工作电极插针、对电极插针、参比电极插针、以及空位插针。

在本发明所述的氢气传感器中，所述工作电极通过所述工作电极引线与所述工作电极插针相连；所述对电极通过所述对电极引线与所述对电极插针相连；所述参比电极通过所述参比电极引线与所述参比电极插针相连。在本发明所述的氢气传感器中，还包括位于所述湿度调控单元下方的氧气通道，所述氧气通道上设有气体隔离膜。

实施本发明的带湿度调控单元的氢气传感器，具有以下有益效果：本发明的氢气传感器中设计了湿度调控单元，该单元由壳体以及封存在其中的湿度调节剂组成。当环境中的湿度变大时，湿度调节剂会从环境中吸收水分；当环境中的湿度变小时，湿度调节剂会向环境中释放水分，由此达到固定传感器内部湿度的目的，使得传感器的检测性能免受环境湿度变化的影响，进而保证了传感器可以应用于各种湿度条件下。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明带湿度调控单元的氢气传感器的部分结构示意图；

图2是本发明带湿度调控单元的氢气传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

在图1示出的本发明的带湿度调控单元的氢气传感器中，包括传感器壳体11，还包括设置在传感器壳体11内的湿度调控单元，湿度调控单元包括壳体12、封存在壳体12中的湿度调节剂122、以及覆盖在壳体12开口上方的气体隔离膜121。

其中的传感器壳体11起到整个传感器的防护支撑作用，并通过位于传感器底部的插针111、112、113与外界PCB板及内部的气体反应中心13相连，实时将传感器产生的电信号传送给外界PCB板。传感器壳体11的材料可以是PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、尼龙等有一定强度和韧性的高分子聚合物，优选可以适用于酸性电解质的材料。

湿度调节剂为具有特定浓缩湿度的物质，优选由饱和金属盐溶液和金属盐固体按一定比例混合而成，金属盐可为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁或氯化钠中的一种或几种的混合物组成。当环境中的湿度变大时，湿度调节剂会从环境中吸收水分；当环境中的湿度变小时，湿度调节剂会向环境中释放水分，由此达到固定传感器内部湿度的目的，使得传感器的检测性能免受环境湿度变化的影响，进而保证了传感器可以应用于各种湿度条件下。

本发明还通过具有防水透气作用的气体隔离膜121来实现传感器1内部的湿度调控，其具体工作原理如图1所示，当外界环境湿度发生变化时，湿度调控单元12内的湿度调节剂122会通过气体隔离膜121分别在湿度调控单元12及传感器内部进行自扩散并迅速达到平衡，从而实现传感器内部的湿度调控，使其免受外界湿度变化的影响。气体隔离膜121在常压下可以让水蒸气透过，但不能让液体和粉尘通过，该气体隔离膜121的材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物(PFA)、聚乙烯/四氟乙烯共聚物(PETFE)、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶(SR)或氟化硅橡胶(FSR)中的一种或多种的组合。

如图2所示，本发明的氢气传感器还包括位于湿度调控单元12上方的气体反应中心13，气体反应中心13包括工作电极131、工作电极引线132、对电极133、对电极引线134、参比电极135、参比电极引线136及固体电解质137。

工作电极131、对电极133、参比电极135分别与电解质137良好接触，以保证传质的通畅性。工作电极131、对电极133、参比电极135均为多孔气体扩散电极，以热压、粘接或刻蚀等方式牢固地固定在电解质上。其中，工作电极131固定在固体电解质137的一面，对电极133和参比电极135固定在固体电解质137的另一面。

其中，工作电极131、对电极133和参比电极135可以是同样的多孔气体扩散电极，也可以是不同的多孔气体扩散电极，其中的活性成分，即催化剂，可以是金(Au)、铑(Rh)、铂(Pt)、钌(Ru)、钯(Pd)、铱(Ir)、银(Ag)、碳中的一种或几种金属的混合物，也可以是担载于导电碳颗粒上的上述金属或金属混合物，其中的导电碳颗粒可以是碳黑、碳纳米管或活性碳中的一种或几种的组合，在本发明中优选担载型催化剂。

传感器壳体11的外壳底部设有与外界PCB板相连、用于将传感器产生的电信号传送至外界PCB板的工作电极插针111、对电极插针112、参比电极插针113、以及空位插针114。工作电极131通过工作电极引线132与工作电极插针111相连；对电极133通过对电极引线134与对电极插针112相连；参比电极(135)通过参比电极引线(136)与参比电极插针113相连，以实现电信号的传播。

本发明的带湿度调控单元的氢气传感器还包括位于湿度调控单元下方的氧气通道14，氧气通道14上设有气体隔离膜141。环境中的氧气通过气体通道14上的气体隔离膜141到达对电极133发生化学反应。所用的气体隔离膜141的材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物(PFA)、聚乙烯/四氟乙烯共聚物(PETFE)、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶(SR)或氟化硅橡胶(FSR)中的一种或多种的组合。

氢气分子到达工作电极131上发生相应的电化学反应并产生电信号；环境中的氧气通过气体通道15上的气体隔离膜151到达对电极发生化学反应，与工作电极131上发生的电化学反应一起形成闭环反应，保证化学反应的完整性，从而实现环境中氢气的检测。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种带湿度调控单元的氢气传感器，包括传感器壳体(11)，其特征在于，还包括设置在所述传感器壳体(11)内的湿度调控单元，所述湿度调控单元包括壳体(12)、封存在所述壳体(12)中的湿度调节剂(122)、以及覆盖在所述壳体(12)开口上方的气体隔离膜(121)。

2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述湿度调节剂(122)包括饱和金属盐溶液和金属盐固体，所述金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁，碳酸钾、硝酸镁或氯化钠中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体隔离膜(121)的材料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶或氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，还包括位于所述湿度调控单元(12)上方的气体反应中心(13)，所述气体反应中心(13)包括工作电极(131)、对电极(133)、参比电极(135)及固体电解质(137)。

5.根据权利要求4所述的氢气传感器，其特征在于，所述工作电极(131)、对电极(133)、参比电极(135)均为多孔气体扩散电极，所述工作电极(131)固定在所述固体电解质(137)的一面，所述对电极(133)和参比电极(135)固定在所述固体电解质(137)的另一面。

6.根据权利要求5所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体反应中心(13)还包括工作电极引线(132)、对电极引线(134)、以及参比电极引线(136)。

7.根据权利要求6所述的氢气传感器，其特征在于，所述传感器壳体(11)的外壳底部设有与外界PCB板相连、用于将所述传感器产生的电信号传送至所述外界PCB板的工作电极插针(111)、对电极插针(112)、参比电极插针(113)、以及空位插针(114)。

8.根据权利要求7所述的氢气传感器，其特征在于，所述工作电极(131)通过所述工作电极引线(132)与所述工作电极插针(111)相连；所述对电极(133)通过所述对电极引线(134)与所述对电极插针(112)相连；所述参比电极(135)通过所述参比电极引线(136)与所述参比电极插针(113)相连。

9.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，还包括位于所述湿度调控单元下方的氧气通道(14)，所述氧气通道(14)上设有气体隔离膜(141)。