CN106932451B - 电化学一氧化碳传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学一氧化碳传感器，包括外壳、导电连接层以及气体催化膜电极组件，导电连接层设置在外壳内的底部，气体催化膜电极组件设置在导电连接层上，气体催化膜电极组件自上而下由导电进气帽及其内设置的气体过滤单元、紧贴气体过滤单元下端设置的电极连接片、紧贴电极连接片下端设置的催化电极片组成，电极连接片上设置有气体导向孔，气体导向孔上设置有电流输送层，导电连接层和气体催化膜电极组件一起嵌入带有凹槽的密封圈中，并整体设置在所述外壳内形成传感器。本发明结构更紧凑、携带更方便、检测精度高、成本低、输出稳定及使用范围广。

Description

电化学一氧化碳传感器

技术领域

本发明涉及传感器应用领域，特别涉及一种电化学一氧化碳传感器。

背景技术

一氧化碳等有害气体，其特征为无色无味，不易发现；吸入后极易产生危险，严重可导致人员的伤亡；对于这种有害气体的检测，目前品种也较多，检测所用仪器大部分为工业的或是大型的实验场所。内部采用检测这种有害气体的传感器主要以半导体，红外线传感器，液态电化传感器，半固态电化学传感器。半导体传感器主要使用二氧化锡反应机理，在使用中功耗大不易携带，且受温度影响大，寿命短等问题；红外线传感器，虽精度高但成本也高，不易民众化；化学传感器则是目前人们在使用中的首选，但是在目前现有技术中液态化传感器所采用的储水反应桶结构寿命短体积大等缺点，另液态水容易挥发，在生产中也容易漏液，受温度影响限制；半固态电化学传感器因使用酸性电解质具有腐蚀及漏液情况，且生产工艺复杂，不利于安全生产，也容易受温度影响，寿命受酸性液体的影响，易挥发，随着时间推移其灵敏度也会随之下降。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术及上述问题，设计了一种结构更紧凑、携带更方便、检测精度高、成本低、输出稳定及使用范围广的纯固态电化学一氧化碳传感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

电化学一氧化碳传感器，包括外壳、导电连接层以及气体催化膜电极组件，所述导电连接层设置在外壳内的底部，所述气体催化膜电极组件设置在所述导电连接层上，所述气体催化膜电极组件自上而下由导电进气帽及其内设置的气体过滤单元、紧贴气体过滤单元下端设置的电极连接片、紧贴电极连接片下端设置的催化电极片组成，所述电极连接片上设置有气体导向孔，所述气体导向孔上设置有电流输送层，所述导电连接层和气体催化膜电极组件一起嵌入带有凹槽的密封圈中，并整体设置在所述外壳内形成传感器。

优选的，所述外壳采用导电性能强的钢体材料或采用非导电性的介质材料，所述外壳采用非导电性的介质材料时需要引出一根导电线。

优选的，所述电极连接片采用导电性强的钢体材料或采用导电引线的方式引出，所述气体导向孔垂直对应于电极连接片的工作电极面的方向。

优选的，所述导电进气帽采用导电性较强的钢体材料。

优选的，所述导电进气帽采用非导电性的介质材料时需要将其与电极连接片的导电引线电连接。

优选的，所述导电进气帽开设有气体输送门或气体输送孔。

优选的，所述气体过滤单元为活性的吸附气体物质、气体通过性良好的物质中的一种或两种组成。

优选的，所述电流输送层为透气性高且导电性好的膜片。

优选的，所述气体催化膜电极组件中电极连接片的气体导向孔进入一氧化碳气体时，催化电极片在工作电极面对气体进行催化中和使电极发生化学氧化反应并转化成电流由电流输送层输送至电极连接片上，再通过外壳体输出进行检测。

优选的，所述外壳与电极连接片采用无紧密贴合。

通过上述技术方案，本发明提供的电化学一氧化碳传感器，取代现有的液态储水反应桶的传感器，半固态酸性电化学传感器的问题，具有防腐蚀，成本低工艺简化，体积更小配套产品的集成度更高，同时该传感器对温度影响较小，其寿命为现有的2倍，反应灵敏度更快，线性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种电化学一氧化碳传感器的爆炸图；

图2为本发明实施例所公开的一种电化学一氧化碳传感器的结构示意图。

图中：

1、外壳；2、导电连接层；3、导电进气帽；4、气体过滤单元；5、电极连接片；6、催化电极片；7、橡胶垫；8、电流输送层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供的一种电化学一氧化碳传感器，如图1-2所示，包括外壳1、导电连接层2以及气体催化膜电极组件，所述导电连接层2设置在外壳1内的底部，所述气体催化膜电极组件设置在所述导电连接层2上，所述气体催化膜电极组件自上而下由导电进气帽3及其内设置的气体过滤单元4、紧贴气体过滤单元4下端设置的电极连接片5、紧贴电极连接片5下端设置的催化电极片6组成，所述导电进气帽3开设有气体输送门或气体输送孔，所述气体过滤单元4为活性的吸附气体物质、气体通过性良好的物质中的一种或两种组成，所述电极连接片5上设置有气体导向孔，所述气体导向孔上设置有电流输送层8，所述电流输送层8为透气性高且导电性好的膜片，所述外壳1与电极连接片5采用无紧密贴合，所述导电连接层2与气体催化膜电极组件之间还设置有一层电极连接片5，便于导电连接层2与气体催化膜电极组件的连接，所述导电进气帽3与气体过滤单元4之间设置有橡胶垫7，起到防震效果，所述导电连接层2和气体催化膜电极组件一起嵌入带有凹槽的密封圈中，并整体设置在所述外壳1内形成传感器。将整个结构外形设计成钮扣电池形体，体积小，且安装便捷携带方便。

所述气体催化膜电极组件中电极连接片5的气体导向孔进入一氧化碳气体时，催化电极片6在工作电极面对气体进行催化中和使电极发生化学氧化反应并转化成电流由电流输送层输送至电极连接片上，再通过外壳1体输出进行检测。

催化电极片6经过处理干燥过的PEMFC膜进行工作层和催化层的加工，具体加工可用印刷技术或喷涂技术进行，所用的催化机理材料可用贵金属铂或钯按一定比例进行加工粘接，后期处理时间短，加工PEMFC膜后可进行热处理及热压工艺以增加担载量的的粘性度，加工完成后进行冲剪贴合。

所述外壳1采用导电性能强的钢体材料或采用非导电性的介质材料，所述外壳1采用非导电性的介质材料时需要引出一根导电线。

所述电极连接片5采用导电性强的钢体材料或采用导电引线的方式引出，所述气体导向孔垂直对应于电极连接片5的工作电极面的方向。

所述导电进气帽3采用导电性较强的钢体材料，所述导电进气帽3采用非导电性的介质材料时需要将其与电极连接片5的导电引线电连接。

本发明实例中的适用范围：

1、本结构相当于一个微型的固态聚合型燃料电池，主要输出稳定的电流信号，且输出的电流信号与空气中的一氧化碳浓度成良好的线性关系。

2、本结构对于一氧化碳敏感度极好，可改变内部结构不同机理延伸出其他类型传感器。

3、本结构完全可以取代现有技术条件下的半固态电化学传感器，储水式电化学传感器。

本发明实施例的工作原理如下：

1、当在空气中包含有一氧化碳气体扩散到导电进气帽的气体过滤单元上时，气体过滤单元将一氧化碳气体输送至电极连接片的气体导向孔中，且气体过滤单元阻断其他气体以便内部得到净化干净的一氧化碳气体。在气体导向孔中的一氧化碳气体经过电极连接片上的导向孔传送到催化电极片的工作电极面上，在催化电极面上由担载的催化剂对一氧化碳气体进行催化中和使得电极上的离子发生移动与对电极上进行交换从而转化出电流信号，此信号会根据气体的含量从而转化能力不同。这样输出的电流信号就会根据气体所含量输出正比例关系的电流信号。

2、所述催化电极片所担载的催化含量有粘接的牢度是恒量电流信号移动的速度，从而影响整体传感器的性能。

本发明实施例的电流输出参数如下：

1、本结构的传感器输出信号与一氧化碳浓度成正比的关系；

2、本结构的传感器输出参数并非是一致的，从3-6nA/PPM之间。

本发明公开的一种电化学一氧化碳传感器，取代现有的液态储水反应桶的传感器，半固态酸性电化学传感器的问题，具有防腐蚀，成本低工艺简化，体积更小配套产品的集成度更高，同时该传感器对温度影响较小，其寿命为现有的2倍，反应灵敏度更快，线性更好。同时，将整个结构设计成钮扣电池形状体，体积更小，安装携带便捷，基于外壳可设计为底部平面或度部稍留安装台面，具有结构紧凑，或利用非导电性介质易可。充分利用催化氧化机理原理，将一氧化碳气体催化成电流输出，从而对一氧化碳气体的检测，检测气体不限于一氧化碳气体，适用性更广。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.电化学一氧化碳传感器，包括外壳、导电连接层以及气体催化膜电极组件，其特征是：所述导电连接层设置在外壳内的底部，所述气体催化膜电极组件设置在所述导电连接层上，所述气体催化膜电极组件自上而下由导电进气帽及其内设置的气体过滤单元、紧贴气体过滤单元下端设置的电极连接片、紧贴电极连接片下端设置的催化电极片组成，所述电极连接片上设置有气体导向孔，所述气体导向孔上设置有电流输送层，所述导电连接层和气体催化膜电极组件一起嵌入带有凹槽的密封圈中，并整体设置在所述外壳内形成传感器，所述外壳采用导电性能强的钢体材料或采用非导电性的介质材料，所述外壳采用非导电性的介质材料时需要引出一根导电线，所述电极连接片采用导电性强的钢体材料或采用导电引线的方式引出，所述气体导向孔垂直对应于电极连接片的工作电极面的方向。

2.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述导电进气帽采用导电性的钢体材料。

3.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述导电进气帽采用非导电性的介质材料时将其与电极连接片的导电引线电连接。

4.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述导电进气帽开设有气体输送门或气体输送孔。

5.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述气体过滤单元为活性的吸附气体物质、气体通过性良好的物质中的一种或两种组成。

6.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述电流输送层为透气性高且导电性好的膜片。

7.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述气体催化膜电极组件中电极连接片的气体导向孔进入一氧化碳气体时，催化电极片在工作电极面对气体进行催化中和使电极发生化学氧化反应并转化成电流由电流输送层输送至电极连接片上，再通过外壳体输出进行检测。

8.根据权利要求1所述的电化学一氧化碳传感器，其特征是：所述外壳与电极连接片采用无缝紧密贴合。