CN111183356A - 用于电化学传感器的改善的基线稳定性的系统和方法 - Google Patents

Abstract

实施方案整体涉及用于在低相对湿度(即，15％的RH或更低)下操作电化学氧传感器的系统和方法。方法可包括：操作电化学传感器以检测场中的氧气，其中电化学传感器包括电解质和一个或多个电极，该电解质被配置成电连接一个或多个电极并具有初始浓度为大约8M的硫酸；以及在传感器的操作期间保持传感器精度以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低，而无需使用氮源重新校准传感器。

Description

用于电化学传感器的改善的基线稳定性的系统和方法

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

缩微平片附件的引用

不适用。

背景技术

电化学气体传感器通常包括与电解质接触的电极，以用于检测气体浓度。电极通过耦接到连接器引脚的接触线(或引线)来电耦合到外部电路。当气体接触该电解质和该电极时，可发生反应，该反应可在电极之间产生电势差和/或导致电流在电极之间流动。所得信号可以与环境中的气体浓度关联。

在监测各种气体的存在时，可存在可在传感器内进行反应的其他气体。例如，工作电极可包含催化剂，该催化剂可催化目标气体和干扰物气体两者的反应。因此，干扰物气体的存在可产生传感器中的交叉敏感性，从而导致环境气体中存在的目标气体的水平大于实际存在水平的错觉。由于各种目标气体的存在带来的危险，用于触发警报的阈值水平可相对低，并且由于干扰物的存在而引起的交叉敏感性可足够高以产生目标气体传感器的误警报(例如，正误识)。在干扰物气体无危害的情况下(意味着即使当暴露于低水平的(甚至不含有)实际有害气体时，传感器也可触发警报)尤其如此。

发明内容

在实施方案中，用于操作电化学氧传感器的方法可包括：操作电化学传感器以检测场中的氧气，其中电化学传感器包括电解质和一个或多个电极，该电解质被配置成电连接一个或多个电极并具有初始浓度为大约8M的硫酸；以及在传感器操作期间保持传感器精度以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低，而无需使用氮源重新校准传感器。

在实施方案中，电化学传感器可包括：外壳；位于外壳内的一个或多个电极；和电解质，该电解质沉积在外壳内并被配置成电连接一个或多个电极，其中电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸，其中传感器被配置成在相对湿度为大约15％或更低的环境中检测氧气，而无需使用氮源重新校准传感器。

在实施方案中，用于改装现有的电化学传感器的方法可包括：提供包括外壳和一个或多个电极的电化学传感器；以及在外壳内沉积电解质，其中电解质被配置成电连接一个或多个电极，并且其中电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式参考以下简要描述，其中类似的附图标号表示类似的部件。

图1示出了根据本公开的实施方案的电化学传感器的横截面图。

具体实施方式

首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。

以下简短术语定义应适用于整个申请文件：

术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；

短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可包括在本发明的多于一个实施方案中(重要的是，此类短语不一定是指相同的实施方案)；

如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；

术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或者另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围；并且

如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类语言)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。此类部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。

本公开的实施方案包括用于改善电化学传感器的操作的系统和方法，特别是在低湿度环境下。采用一个或多个化学传感器的典型气体检测器可需要校准以获得精确的传感器读数。作为示例，如果观察到的O₂读数不是20.9％，则氧(O₂)传感器可能需要校准。可手动或者使用自动测试和校准系统来校准。一般来讲，校准涉及用纯氮气(N₂)(即，O₂读数为零)校准和用20.9％的氧气校准。N₂校准将通常需要气体检测器附接到氮气源，诸如一瓶气体。20.9％的O₂校准可使用环境(例如，新鲜)空气来完成。

这些校准步骤(特别是用N₂)对于用户在用户已采用气体检测器之后执行可为困难且昂贵。为了防止在用户采用气体检测器之后需要校准，所公开的实施方案可提供具有与温度和/或湿度变化无关的稳定信号的气体检测器。当环境湿度变化时，特别是在低湿度下，典型的氧传感器可经历基线漂移，从而需要对气体检测器(和氧传感器)进行重新校准。低湿度环境可包括大约15％的相对湿度(RH)或更低。

操作地，在电化学传感器的工作(或感测)电极处，O₂根据以下公式被还原：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O (1)

在电化学传感器的反电极处，根据以下公式存在反平衡氧化：

2H₂O→4H⁺+O₂+4e^- (2)

传感器的信号可由O₂在工作电极处进行反应来产生。O₂可经由传感器的入口接触工作电极，并且O₂在一些情况下可经由来自传感器的反电极和/或出口的反向扩散来接触工作电极。电化学传感器的电解质可被配置成防止O₂从反电极和出口反向扩散。

在一些典型的电化学传感器中，可将电解质平衡到典型的环境条件(例如，大约25℃和大约50％的RH)。作为示例，6摩尔(M)硫酸(H₂SO₄)可用作电解质。在正常操作下，当环境湿度升高时，电解质可吸附水，并且当环境湿度降低时，电解质可失水。当传感器暴露于低湿度时，电解质体积将由于水的蒸发而减少，从而导致传感器内的电解质的分布发生变化。另外，电解质对O₂反向扩散(来自传感器的反电极和/或出口)的阻力可随着体积的减少而减小，从而导致传感器的基线信号漂移(需要重新校准)。由于O₂的这种反向扩散，因此典型的电化学传感器可在低相对湿度(诸如RH 15％或更低)的操作期间和之后受到漂移的基线信号的影响。

本公开的实施方案包括用于改善电解质对O₂反向扩散的阻力的系统和方法。在一个示例性实施方案中，通过将硫酸的初始浓度从大约6M增加到大约8M，可增加低湿度下的电解质体积。与典型的6M硫酸电解质相比，这可相当于33％的体积增加，这可代表电解质对O₂反向扩散的阻力增加33％。包含增加的浓度的硫酸(即，8M硫酸)的电解质可在某一湿度条件范围内成功操作，诸如10％的RH至95％的RH。包含电解质的氧传感器的信号可在该湿度条件的范围内稳定。氧传感器的信号可特别耐受低湿度条件(例如，15％的RH或更低)下的漂移。

所描述的实施方案可在低湿度环境下提供改善的氧气感测。当氧传感器仅需要在正常湿度环境(即，高于15％的RH)下操作时，由升高电解质的浓度(例如，从6M硫酸升高到8M硫酸)导致的电解质体积增加在历史上可能不是可取的，因为气体检测器和电化学传感器具有一个或多个有限的内部容积(例如，由于检测器和/或传感器的微型尺寸)。然而，当在低湿度环境下(即使暂时)采用传感器时，可能需要增加体积以防止O₂反向扩散。另外，在高于15％的RH的湿度水平下，体积增加可能不会对传感器的操作产生负面影响。

图1示出了电化学传感器10的横截面图。传感器10通常包括外壳12，该外壳限定设计用于容纳电解质溶液34的腔体或贮存器14。工作(或感测)电极24可定位在贮存器14内并邻近外壳12中的开口28(其中外壳12的一个或多个壁可限定贮存器14)。开口28可包括毛细管开口。反电极16和参考电极20可定位在贮存器14内。当气体(例如，氧气)在贮存器14内(例如，在工作电极24和电解质34之间的界面处)进行反应时，可在电极之间产生电流和/或电势，以提供气体的浓度的指示。参考电极20也可定位在贮存器14内以便为工作电极24与反电极16之间所检测到的电流和电势提供参考。参考电极20还可被配置成提供工作电极24相对于标准参考电极(诸如可逆氢电极)的电势的参考。

图1示出了电化学传感器10的“堆叠”配置的示例。本文公开的实施方案还可应用于其他传感器配置，诸如平面配置和/或其他堆叠配置。

外壳12限定内部贮存器14，并且一个或多个开口28可设置在外壳12中，以允许将目标气体通过外壳12进入气体空间中。外壳12通常可由对电解质和被测目标气体基本上为惰性的任何材料形成。在实施方案中，外壳12可由聚合物材料、金属或陶瓷形成。例如，外壳12可由以下材料形成，包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)(例如，高密度聚乙烯(HDPE))、聚苯醚(PPE)，或其任何组合或共混物。

一个或多个开口28和30可穿过外壳12形成以允许环境气体进入贮存器14和/或允许外壳12内生成的任何气体逸出。在图1所示的实施方案中，一个或多个开口可包括入口28和出口30。一个或多个开口28和30可设置在盖中(例如，当存在盖时)和/或设置在外壳12的壁中。在一些实施方案中，一个或多个开口28和30可包括扩散阻隔以限制气体(例如，氧气、氮气等)流向工作电极24。可通过将开口28形成为毛细管来产生扩散阻隔，并且/或者可使用薄膜或者膜来控制通过该一个或多个开口28和30的质量流率。

在实施方案中，入口28可用作毛细管开口，以提供在外壳12的内部与外部之间速率受限的气体交换。在实施方案中，一个或多个开口28和/或30可具有约10μm与约1.5mm之间的直径，其中一个或多个开口28和/或30对于较大开口而言可使用常规钻孔形成，而对于较小开口而言可使用激光钻孔形成。在另一个实施方案中，一个或多个开口28和/或30可更大，其中一个或多个开口28和/或30可包括最多至外壳12的总直径的任何直径。一个或多个开口28和/或30可具有介于约0.5mm与约5mm之间的长度，取决于盖或外壳12的厚度。当膜用于控制流入和/或流出外壳的气体流时，开口直径可大于上文列出的尺寸，因为薄膜可有助于和/或可能负责控制气体流入和流出外壳12的流速。

在图1中，贮存器14可包括(或包含)反电极16、参考电极20和工作电极24。在一些实施方案中，电解质34可包含在贮存器14内，并且反电极16、参考电极20和工作电极24可通过电解质34电接触。在一些实施方案中，可使用一个或多个多孔隔板或其他多孔结构来保持与电极接触的电解质34。

电解质34可以是任何常规的含水酸性电解质，诸如硫酸(H₂SO₄)、磷酸或它们的任何组合。例如，电解质34可包含摩尔浓度为约8M的硫酸。由于硫酸是吸湿的，因此在约3％至约95％的环境相对湿度(RH)范围内，浓度可以在约10重量％至约70重量％(1摩尔至11.5摩尔)之间变化。

在一些实施方案中，电解质34可呈固体聚合物电解质形式，该电解质包含离子交换膜。在一些实施方案中，电解质34可呈游离液体形式，设置在基质或浆液中，诸如玻璃纤维，或者以半固体或固体凝胶的形式设置。

工作电极24可设置在外壳12内。进入传感器10的气体可接触工作电极24的一侧，并且穿过工作电极24以到达工作电极24与电解质34之间的界面。然后气体可进行反应以生成指示目标气体浓度的电流。如本文所讨论，工作电极24可包括多个层。基层或衬底层可包含疏水性材料或经疏水处理的材料。催化材料可在工作电极24的一侧上形成为电极，并被放置成与电解质34接触。

在实施方案中，工作电极24可包括多孔衬底或膜作为基层。衬底可透过所关注的气体(该所关注的气体可包括氧气)。在实施方案中，衬底可包括由碳纤维或石墨纤维形成的碳纸。在一些实施方案中，可通过添加导电材料诸如碳将衬底制成为导电性的。碳的使用可提供足够程度的导电性，以允许通过耦接到工作电极24的触点检测由工作电极24的表面处的气体与电解质34的反应产生的电流(例如，其中触点可包含铂材料)。也可以使用其他导电衬底，诸如碳毡、多孔碳板和/或导电聚合物(诸如例如聚乙炔)，这些导电衬底中的每个导电衬底均可如下所述的那样被制成为疏水性的。另选地，导电触点(例如，该导电触点可包含铂材料)可耦接到催化层以将催化材料电耦合到外部电路，如本文更详细描述。在实施方案中，衬底在一些实施方案中可为约5密耳至约20密耳厚。

多孔衬底可为疏水性的以防止电解质34穿过工作电极24。可由疏水性材料形成衬底，或可用疏水性材料处理衬底。在实施方案中，可通过用疏水性材料诸如氟化聚合物(例如PTFE等)浸渍衬底，从而将衬底制成为疏水性的。在一些实施方案中，衬底或膜可包含GEFC-IES(例如，全氟磺酸与PTFE的共聚物，该共聚物可从金能燃料电池有限公司(GoldenEnergy Fuel Cell Co.，Ltd.)商购获得)、

(聚四氟乙烯与全氟-3，6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯-磺酸的共聚物，该共聚物可从杜邦公司(Dupont^TM)商购获得)或者纯的或几乎纯的聚四氟乙烯(PTFE)。浸渍工艺可包括使用浸涂工艺、涂布工艺或轧制工艺将含疏水性材料的溶液或浆料设置在衬底上。另选地，可将干燥组合物诸如粉末施加到衬底。在一些实施方案中，可使用任选的烧结工艺将疏水性材料注入到衬底中以产生工作电极24的疏水性基层，其中疏水性基层的两个侧面都是疏水性的。烧结工艺可导致疏水性聚合物与衬底的碳粘结或熔合，以将疏水性材料牢固地粘结到衬底。

所得衬底可包含约30重量％至约50重量％的疏水性聚合物。添加到衬底的疏水性材料的量可影响衬底的导电性，其中导电性趋于随着疏水性材料的量的增加而降低。与衬底一起使用的疏水性聚合物的量可取决于所需的疏水性程度、氧气的孔隙度以及所得工作电极的导电性。

可通过将所需催化剂与粘结剂混合并将混合物沉积在衬底材料上来形成催化层。粘结剂可包括全氟化离子电解质溶液(例如，GEFC-IES、

等)、疏水性材料(诸如PTFE)、它们的混合物等。当用作粘结剂时，GEFC-IES、

和/或PTFE可影响气体扩散参数，同时负载电催化剂并将发生电化学过程处的催化剂、气体和电解质之间的界面最大化。乙二醇或其他类似化学品可用作稀释剂以形成催化剂浆液、配方或催化剂体系，其可通过印刷机印刷在衬底上。

催化层可被沉积到衬底上，例如通过丝网印刷、在选定区域从放置在衬底上的悬液过滤，通过喷涂，或适合产生固体材料的图案化沉积的任何其他方法。沉积可以是单个材料的沉积或者多于一种材料在层中顺序的沉积，以便例如通过其厚度改变电极材料的特性，或者在为气体反应的主要位置的层上或层下添加具有增加的导电性的第二层。一旦沉积，印刷元件可在高温下烧结以形成电极。

在工作电极24中，催化层可包含碳(例如石墨)和/或一种或多种金属，诸如钯、铂、钌和/或铱。在传感器10的实施方案中，工作电极24可包含铂。所用催化剂可以是纯金属粉末、与碳混合的金属粉末，或者负载在导电介质(诸如碳)上的金属粉末，或者作为共混物或作为合金的两种或更多种金属粉末的组合。用于各个电极的材料可相同或者不同。

反电极16可包括其上设置有催化材料的衬底或膜，诸如PTFE膜、GEFC-IES膜、

膜等。在实施方案中，可将催化材料混合并使用任何合适的工艺将该催化材料设置在膜上，该任何合适的工艺诸如轧制、涂布、丝网印刷等以将催化材料施加到膜上，如本文更详细描述的。然后，可通过如本文所述的烧结工艺将催化剂层粘结到膜。

在实施方案中，用于反电极16的催化材料可包括贵金属，诸如铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)或它们的任何组合。反电极16的催化剂负载量可在本文针对工作电极24描述的任何范围内。在实施方案中，反电极16的催化剂负载量可与工作电极24的催化剂负载量相同或基本上相同，该催化剂负载量也可大于或小于工作电极24的催化剂负载量。

类似地，参考电极20可包括其上设置有催化材料的衬底或膜，诸如PTFE膜、GEFC-IES膜、

膜等。在实施方案中，催化材料可与疏水性材料(例如PTFE等)混合并设置在PTFE膜上。用于形成工作电极或反电极的方法中的任何方法也可用于制备参考电极20。在实施方案中，与参考电极20一起使用的催化材料可包括贵金属，诸如铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)或它们的任何组合。参考电极20的催化剂负载量可在本文针对工作电极24描述的任何范围内。在实施方案中，参考电极20的催化剂负载量可与工作电极24的催化剂负载量相同或基本上相同，该催化剂负载量也可大于或小于工作电极24的催化剂负载量。虽然在图1中示出为具有参考电极20，但是电化学传感器10的一些实施方案可不包括参考电极20。

为了检测响应于氧气的存在而产生的跨电极的电流和/或电势差，可将一个或多个电触点(或引线)电耦合到工作电极24、参考电极20和/或反电极16。接触工作电极24的触点可接触工作电极24的任一侧，因为衬底包括导电材料。触点可类似地电耦合到反电极16和参考电极20。触点可电耦合到外部连接引脚，以提供与外部处理电路的电连接。外部电路可检测电极之间的电流并将电流转换成对应的氧浓度(例如，通过与预先存在的表/数据库进行比较，该表/数据库将电流和/或电势差与气体水平关联，例如基于先前的测试)。

在使用中，环境气体可穿过开口28流入或扩散到传感器10中，该开口用作传感器10的进气端口。环境气体可包括氧气。气体可接触工作电极并穿过多孔衬底层的细孔，以到达用催化剂层处理过的工作电极24的表面。电解质可与工作电极24的表面接触，并且氧气可进行反应并导致在工作电极24与反电极16之间形成的电解电流，该电解电流对应于氧气在环境气体中的浓度。通过测量电流，可使用例如外部检测电路来确定氧气的浓度。

本公开的一些实施方案可包括用于操作电化学氧传感器的方法，其中传感器可包括大约8M的初始电解质浓度。示例性方法可包括提供传感器，该传感器包括一个或多个电极、和被配置成电连接一个或多个电极的8M的硫酸电解质。可使用氮源(即，不含氧气)来初始地校准传感器，以设置氧传感器的零基线。在一些实施方案中，还可使用新鲜(或环境)空气(该新鲜(或环境)空气包含大约20.9％的氧气)来校准传感器(在场中使用之前)。

方法还可包括操作传感器以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低。方法还可包括在传感器操作期间保持传感器精度以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低，而无需使用氮源重新校准传感器(即，传感器可在低湿度环境下操作，而无需重新校准)。在一些实施方案中，可操作传感器以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约10％或更低。在一些实施方案中，尽管在大约15％或更低的相对湿度下操作，但可操作传感器以检测氧气，该传感器的精度在±0.1％的O₂内。在一些实施方案中，尽管在相对湿度为大约15％或更低的环境中操作传感器，但在传感器的寿命期间可能不需要使用氮源重新校准传感器。

实施方案还可包括用包含初始浓度为大约8M的硫酸的电解质来改装现有的电化学传感器的方法(其中现有的传感器可通常包含小于8M硫酸)。在改装方法中，提供电化学传感器可包括将电解质施加到现有的传感器，其中电解质包含浓度为大约8M的硫酸。

在一些情况下，现有的传感器结构可与电解质浓度的变化一起使用。可在不需要重新配置预先存在的传感器设计(包括尺寸、材料、布局等)的情况下作出变化。

本文已描述了各种设备和方法，示例性实施方案或方面可包括但不限于：

在第一实施方案中，用于操作电化学氧传感器的方法可包括：操作电化学传感器以检测场中的氧气，其中电化学传感器包括电解质和一个或多个电极，该电解质被配置成电连接一个或多个电极并具有初始浓度为大约8M的硫酸；以及在传感器操作期间保持传感器精度以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低，而无需使用氮源重新校准传感器。

第二实施方案可包括根据第一实施方案所述的方法，还包括操作传感器以检测场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约10％或更低。

第三实施方案可包括根据第一实施方案和第二实施方案所述的方法，还包括尽管在大约15％或更低的相对湿度下操作，但操作传感器以检测氧气，该传感器的精度在±0.1％的氧气内。

第四实施方案可包括根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的方法，其中尽管在相对湿度为大约15％或更低的环境中操作传感器，但在传感器的寿命期间不需要使用氮源重新校准传感器。

第五实施方案可包括根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的方法，还包括提供电化学传感器，该电化学传感器包括电解质和一个或多个电极，该电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

第六实施方案可包括根据第五实施方案所述的方法，其中提供电化学传感器包括用包含初始浓度为大约8M的硫酸的电解质来改装现有的电化学传感器。

第七实施方案可包括根据第五实施方案或第六实施方案所述的方法，其中改装现有的电化学传感器包括：提供包括外壳和一个或多个电极的电化学传感器；在外壳内施加电解质，其中电解质被配置成电连接一个或多个电极，并且其中电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

第八实施方案可包括根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的方法，还包括使用不含任何氧气的氮源来初始地校准电化学传感器，以设置电化学传感器的零基线。

第九实施方案可包括根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的方法，还包括使用包含大约20.9％的氧气的空气来初始地校准电化学传感器。

第十实施方案可包括根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的方法，还包括在传感器在相对湿度为大约15％或更低的环境中操作之后保持传感器精度。

在第十一实施方案中，电化学传感器可包括：外壳；一个或多个电极，所述一个或多个电极位于外壳内；和电解质，该电解质沉积在外壳内并被配置成电连接一个或多个电极，其中电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸，其中传感器被配置成在相对湿度为大约15％或更低的环境中检测氧气，而无需使用氮源重新校准传感器。

第十二实施方案可包括根据第十一实施方案所述的电化学传感器，其中一个或多个电极包括工作电极，该工作电极被配置成还原经由外壳中的开口进入传感器的氧气。

第十三实施方案可包括根据第十二实施方案所述的电化学传感器，其中一个或多个电极包括反电极，该反电极被配置成向工作电极提供化学平衡并氧化水以产生氧气。

第十四实施方案可包括根据第十三实施方案所述的电化学传感器，其中电解质被配置成防止在反电极处产生的氧气在工作电极处进行反应。

第十五实施方案可包括根据第十一实施方案至第十四实施方案中任一项所述的电化学传感器，其中电化学传感器被配置成在场中使用前用氮气初始地校准。

在第十六实施方案中，用于改装现有的电化学传感器的方法可包括：提供包括外壳和一个或多个电极的电化学传感器；以及在外壳内沉积电解质，其中电解质被配置成电连接一个或多个电极，并且其中电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

第十七实施方案可包括根据第十六实施方案所述的方法，还包括操作电化学传感器以在相对湿度为15％或更低的环境中检测氧气，而无需使用氮源重新校准电化学传感器。

第十八实施方案可包括根据第十七实施方案所述的方法，还包括在操作电化学传感器期间和在操作电化学传感器之后保持传感器的精度，以在相对湿度为15％或更低的环境中检测氧气。

第十九实施方案可包括根据第十六实施方案至第十八实施方案中任一项所述的方法，还包括操作电化学传感器以检测氧气，而无需改变现有的传感器的规格。

第二十实施方案可包括根据第十六实施方案至第十九实施方案中任一项所述的方法，还包括在操作电化学传感器之前，使用氮气初始地校准传感器以建立传感器的零基线。

尽管上文已经示出和描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但在不脱离本公开的实质和教导的情况下，本领域的技术人员可以对其作出修改。本文所述的实施方案仅是代表性的而并非意在进行限制。许多变型、组合和修改都是可能的，并且在本公开的范围之内。由于组合、整合和/或省略一个或多个实施方案的特征而得到的替代实施方案也在本公开的范围之内。因此，保护范围不受上面给出的描述的限制，而是由以下的权利要求书限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等价物。每一项权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，并且权利要求书为一个或多个本发明的一个或多个实施方案。此外，任何上述优点和特征可涉及特定实施方案，但不应将此类公布的权利要求书的应用限制为实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的方法和结构。

另外，本文所使用的章节标题是为了与37 C.F.R.1.77的建议一致或者以其他方式提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求书中所阐述的一个或多个发明。具体而言并且作为示例，尽管标题可以指代“技术领域”，但是权利要求不应该受到在该标题下选择的用于描述所谓技术领域的语言的限制。此外，“背景技术”中的技术的描述不应被解读为承认某项技术是本公开中的任何一个或多个发明的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个发明的限制性表征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何提及不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限制，可以阐述多个发明，并且此类权利要求相应地限定了由其保护的一个或多个发明以及其等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开按照权利要求自身的优点来考虑，而不应受到本文所陈述的标题的限制。

应当理解，使用广义的术语诸如“包括”、“包含”和“具有”提供对狭义的术语诸如“由...组成”、“基本上由...组成”和“基本上由...构成”的支持。针对实施方案的任何元件使用术语“任选地”、“可”、“可能”、“有可能地”等意指该元件是不需要的，或另选地，该元件是需要的，两种替代方案均在一个或多个实施方案的范围之内。另外，对示例的提及仅仅用于说明目的，并非意在是排他性的。

尽管本公开中已提供了若干实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的实质或范围的情况下可以通过许多其他具体形式来体现所公开的系统和方法。本发明示例应被认为是例示性的而非限制性的，并且其目的并非在于局限于本文中给出的细节。例如，可以将各种元件或部件结合或集成到另一个系统中，或者可以省略或不实现某些特征。

此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各个实施方案中被描述和示出为分立或独立的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法结合或集成。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项可以通过一些接口、设备或中间部件间接耦合或通信，而不论是通过电、机械还是其他方式进行这种耦合或通信。本领域技术人员可确定并且在不脱离本文所公开的实质和范围的情况下可以作出变化、替换和变更的其他示例。

Claims (15)

1.一种用于操作电化学氧传感器的方法，所述方法包括：

操作电化学传感器以检测场中的氧气，其中所述电化学传感器包括电解质和一个或多个电极，所述电解质被配置成电连接所述一个或多个电极并具有初始浓度为大约8M的硫酸；以及

在所述传感器的所述操作期间保持传感器精度以检测所述场中的氧气，其中环境的相对湿度为大约15％或更低，而无需使用氮源重新校准所述传感器。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括操作所述传感器以检测所述场中的氧气，其中所述环境的所述相对湿度为大约10％或更低。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括尽管在大约15％或更低的相对湿度下操作，但操作所述传感器以检测氧气，所述传感器的精度在±0.1％的氧气内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中尽管在相对湿度为大约15％或更低的环境中操作所述传感器，但在所述传感器的寿命期间不需要使用氮源重新校准所述传感器。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括提供所述电化学传感器，所述电化学传感器包括所述电解质和所述一个或多个电极，所述电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

6.根据权利要求5所述的方法，其中提供所述电化学传感器包括用包含初始浓度为大约8M的硫酸的所述电解质来改装现有的电化学传感器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中改装现有的电化学传感器包括：

提供包括外壳和一个或多个电极的电化学传感器；

在所述外壳内施加电解质，其中所述电解质被配置成电连接所述一个或多个电极，并且其中所述电解质包含初始浓度为大约8M的硫酸。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括使用不含任何氧气的氮源来初始地校准所述电化学传感器，以设置所述电化学传感器的零基线。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括使用包含大约20.9％的氧气的空气来初始地校准所述电化学传感器。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述传感器在相对湿度为大约15％或更低的环境中操作之后保持所述传感器精度。

11.一种电化学传感器(10)，包括：

外壳(12)；

一个或多个电极(16，20，14)，所述一个或多个电极位于所述外壳(12)内；和

电解质(34)，所述电解质沉积在所述外壳(12)内并被配置成电连接所述一个或多个电极(16，20，24)，其中所述电解质(34)包含初始浓度为大约8M的硫酸，其中所述传感器(10)被配置成在相对湿度为大约15％或更低的环境中检测氧气，而无需使用氮源重新校准所述传感器(10)。

12.根据权利要求11所述的电化学传感器(10)，其中所述一个或多个电极包括工作电极(24)，所述工作电极被配置成还原经由所述外壳(12)中的开口(28)进入所述传感器(10)的氧气。

13.根据权利要求12所述的电化学传感器(10)，其中所述一个或多个电极包括反电极(16)，所述反电极被配置成向所述工作电极(24)提供化学平衡并氧化水以产生氧气。

14.根据权利要求13所述的电化学传感器(10)，其中所述电解质(34)被配置成防止在所述反电极(16)处产生的氧气在所述工作电极(24)处进行反应。

15.根据权利要求11所述的电化学传感器(10)，其中所述电化学传感器(10)被配置成在所述场中使用前用氮气初始地校准。

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