CN112345612A - Co气敏探头及co监测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种CO气敏探头及CO监测方法，涉及气体测量技术领域。CO气敏探头包括壳体、第一集流器、第二集流器、第三集流器以及依次层叠设置的CO扩散屏障层、气敏薄膜、感应电极、第一分离器、参比电极、第二分离器和计数电极。壳体内部具有空腔，空腔内具有电解液，壳体开设有安装口，CO扩散屏障层嵌设于安装口。第一集流器的一端连接于感应电极和第一分离器之间，第二集流器的一端连接于参比电极和第二分离器之间，第三集流器的一端连接于计数电极，第一集流器的另一端、第二集流器的另一端以及第三集流器的另一端均能够引出至壳体外。其能够改善监测CO稳定性差的问题。

Description

CO气敏探头及CO监测方法
技术领域
本申请涉及气体测量技术领域，具体而言，涉及一种CO气敏探头及CO监测方法。
背景技术
钢铁生产可能会排放CO，在生产区域如果CO浓度过大会影响环境和生态，因而需要对生产区域空气中的CO浓度进行监测。现有技术一般采用便携式CO分析仪对空气中的CO浓度进行监测，但是受监测环境的风向、风力等影响，数据波动频繁，监测的稳定性差。
发明内容
本申请实施例在于提供一种CO气敏探头及CO监测方法，其能够改善监测CO时稳定性差的问题，且能够提高CO监测效率。
本申请实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种CO气敏探头，其包括：壳体、第一集流器、第二集流器、第三集流器以及依次层叠设置的CO扩散屏障层、气敏薄膜、感应电极、第一分离器、参比电极、第二分离器和计数电极；
壳体内部具有空腔，空腔内具有电解液，壳体开设有安装口，CO扩散屏障层嵌设于安装口；
第一集流器的一端连接于感应电极和第一分离器之间，第二集流器的一端连接于参比电极和第二分离器之间，第三集流器的一端连接于计数电极，第一集流器的另一端、第二集流器的另一端以及第三集流器的另一端均能够引出至壳体外。
在上述技术方案中，空气经过CO扩散屏障层时，CO扩散屏障层能够阻隔空气中的颗粒物杂质，将空气净化。气敏薄膜能够选择性地只将CO气体吸附，CO气体经气敏薄膜扩散至感应电极表面，在感应电极的催化作用下，CO气体在感应电极上发生氧化，其化学反应式为：CO+H2O→CO2+2H+2e-。H+和电子通过电解液转移到计数电极上，与水中的氧发生还原反应，其化学反应式为：1/2O2+2H++2e-→H2O。由此，CO气敏探头发生氧化-还原可逆反应，其化学反应式为2CO+2O2→2CO2，在感应电极和计数电极间产生电位差。
参比电极能够将感应电极和计数电极间的电位维持恒定，通过第一集流器、第二集流器和第三集流器将电位引出产生输出电流，输出电流与CO浓度成正比，参比电极的存在可以提高稳定性。
另外，第一集流器的一端连接于感应电极和第一分离器之间，第二集流器的一端连接于参比电极和第二分离器之间，能够提高第一集流器和第二集流器的连接可靠性，且能够使得感应电极与第一集流器之间、参比电极与第二集流器之间的接触电阻较小，从而能够提高监测的精确度。
在一种可能的实施方案中，CO气敏探头还包括电路板，电路板设置有第一管脚、第二管脚和第三管脚；
电路板安装于空腔内，感应电极、第一分离器、参比电极、第二分离器和计数电极均安装于电路板的表面上，第一管脚、第二管脚和第三管脚均嵌设于壳体；
第一集流器的另一端与第一管脚连接，第二集流器与第二管脚连接，第三集流器与第三管脚连接。
在上述技术方案中，通过将感应电极、第一分离器、参比电极、第二分离器和计数电极集成在电路板上，整体性更好，结构更稳定，测量时稳定性更好。并且，通过第一管脚、第二管脚和第三管脚将电位引出，能够方便连接外部电路。
在一种可能的实施方案中，CO气敏探头还包括第三分离器，第三分离器安装于电路板的表面上并与计数电极贴紧，第三集流器的一端连接于计数电极靠近第三分离器的一面。
在上述技术方案中，第三分离器与计数电极贴紧，第三集流器的一端连接于计数电极靠近第三分离器的一面，能够增加第三集流器的连接可靠性，使得计数电极和第三集流器之间的接触电阻较小，从而进一步提高监测的精确度。
在一种可能的实施方案中，计数电极包括两段沿计数电极的长度方向间隔设置的电极片，第三管脚和第三集流器均设置有两个，两个第三集流器的一端分别连接于两个电极片的远离第二分离器的一面，两个第三集流器的另一端分别与两个第三管脚连接。
在上述技术方案中，计数电极的两个电极片间隔设置，能够进一步减小计数电极和第三集流器之间的接触电阻，从而进一步提高监测的精确度。
在一种可能的实施方案中，计数电极包括四段沿计数电极的长度方向间隔设置的电极片，第三管脚和第三集流器均设置有四个，四个第三集流器的一端分别连接于四个电极片的远离第二分离器的一面，四个第三集流器的另一端分别与四个第三管脚连接。
在上述技术方案中，计数电极的四个电极片间隔设置，能够进一步减小计数电极和第三集流器之间的接触电阻，从而进一步提高监测的精确度。
在一种可能的实施方案中，第三分离器包括多段分开设置的分离器件，每段分离器件对应一个计数电极的电极片设置。
在上述技术方案中，第三分离器的分离器件分开设置，方便不同的第三集流器在不同电极片和不同分离器件之间引出。
在一种可能的实施方案中，CO扩散屏障层由多层毛细管扩散栅组成。
在上述技术方案中，毛细管扩散栅具有毛细管作用，气体能够通过，而将其他颗粒物杂质进行阻隔，从而达到净化空气的效果。
在一种可能的实施方案中，气敏薄膜紧贴于感应电极表面。
在上述技术方案中，气敏薄膜紧贴于感应电极表面能够更加有利于CO气体扩散至感应电极表面。
在一种可能的实施方案中，第三管脚设置于第一管脚和第二管脚之间，第一集流器和第二集流器分别设置于参比电极的相对两侧，且第一集流器和第一管脚位于参比电极的同一侧，第二集流器和第二管脚位于参比电极的同一侧。
在上述技术方案中，这种设置结构使得第一集流器和第二集流器分布在参比电极的相对两侧，方便第一集流器和第二集流器的布置，第一集流器和第二集流器不容易产生交集。
第二方面，本申请实施例提供一种CO监测方法，其利用第一方面实施例的CO气敏探头进行监测。
在上述技术方案中，由于参比电极能够将感应电极和计数电极间的电位维持恒定，因而可以提高稳定性。另外，第一集流器的一端连接于感应电极和第一分离器之间，第二集流器的一端连接于参比电极和第二分离器之间，能够提高第一集流器和第二集流器的连接可靠性，且能够使得感应电极与第一集流器之间、参比电极与第二集流器之间的接触电阻较小，从而能够提高监测的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的CO气敏探头的结构示意图。
图标：100-CO气敏探头；11-壳体；111-空腔；12-CO扩散屏障层；13-气敏薄膜；14-感应电极；15-第一分离器；16-参比电极；17-第二分离器；18-计数电极；181-电极片；19-第三分离器；191-分离器件；21-第一管脚；22-第二管脚；23-第三管脚；24-第一集流器；25-第二集流器；26-第三集流器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可固定连接，也可拆卸或一体连接；一般为电连接；可直接相连，也可通过中间媒介间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例提供一种CO气敏探头100，请参照图1，CO气敏探头100包括壳体11、第一集流器24、第二集流器25、第三集流器26以及依次层叠设置的CO扩散屏障层12、气敏薄膜13、感应电极14、第一分离器15、参比电极16、第二分离器17和计数电极18。需要说明的是，CO扩散屏障层12、气敏薄膜13、感应电极14、第一分离器15、参比电极16、第二分离器17和计数电极18是紧密接触的。第一分离器15和第二分离器17均由绝缘材质制成，用于隔绝感应电极14与参比电极16接触以及隔绝参比电极16与计数电极18接触。
其中，壳体11内部具有空腔111，空腔111内具有电解液。壳体11开设有安装口。示例性地，壳体11的材质为金属，例如为铜。需要说明的是，本申请实施例对壳体的材质不做限定。
CO扩散屏障层12嵌设于壳体11的安装口，CO扩散屏障层12用于阻隔空气中的颗粒物杂质，将空气净化。示例性地，CO扩散屏障层12由多层毛细管扩散栅组成。毛细管扩散栅具有毛细管作用，气体能够通过，而将其他颗粒物杂质进行阻隔，从而达到净化空气的效果。在其他实施例中，CO扩散屏障层12也可以是由多层滤网组成。
气敏薄膜13能够选择性地吸附CO，只允许CO通过。示例性地，气敏薄膜13紧贴于感应电极14表面。气敏薄膜13紧贴于感应电极14表面，使得气敏薄膜13与感应电极14更加贴近，能够更加有利于CO气体扩散至感应电极14表面。可选地，气敏薄膜13也可以是紧贴于CO扩散屏障层12表面。
感应电极14的作用为感应起电；参比电极16不参与氧化还原反应，可维持电极之间的电位维持恒定；计数电极18起到传输电子形成回路的辅助作用。示例性地，感应电极14、参比电极16和计数电极18有压电晶体片制成。
第一集流器24的一端连接于感应电极14和第一分离器15之间，第二集流器25的一端连接于参比电极16和第二分离器17之间，第三集流器26的一端连接于计数电极18，第一集流器24的另一端、第二集流器25的另一端以及第三集流器26的另一端均能够引出至壳体11外。需要说明的是，第一集流器24、第二集流器25和第三集流器26均为导线。
CO气敏探头100工作时，空气先经过CO扩散屏障层12，CO扩散屏障层12能够阻隔空气中的颗粒物杂质，将空气净化。气敏薄膜13能够选择性地只将CO气体吸附，CO气体经气敏薄膜13扩散至感应电极14表面，在感应电极14的催化作用下，CO气体在感应电极14上发生氧化，其化学反应式为：CO+H2O→CO2+2H+2e-。H+和电子通过电解液转移到计数电极18上，与水中的氧发生还原反应，其化学反应式为：1/2O2+2H++2e-→H2O。由此，CO气敏探头100发生氧化-还原可逆反应，其化学反应式为2CO+2O2→2CO2，在感应电极14和计数电极18间产生电位差。需要说明的是，该反应式中的O2是由水的电解得到，水先微弱解离形成H+和OH-，H+和OH-和再分别进行电解反应，两个H+得电子形成H2，两个OH-失电子形成一个H2O和一个O2。
参比电极16能够将感应电极14和计数电极18间的电位维持恒定，通过第一集流器24、第二集流器25和第三集流器26将电位引出产生输出电流，输出电流与CO浓度成正比，从而可以提高稳定性。通过第一集流器24的另一端、第二集流器25的另一端以及第三集流器26的另一端连接外部电路进行输出电流的测量，可测出CO浓度。
另外，相较于将第一集流器24的一端连接于感应电极14，第二集流器25的一端连接于参比电极16的方式，将第一集流器24的一端连接于感应电极14和第一分离器15之间，第二集流器25的一端连接于参比电极16和第二分离器17之间，能够提高第一集流器24和第二集流器25的连接可靠性，且能够使得感应电极14与第一集流器24之间、参比电极16与第二集流器25之间的接触电阻较小，从而能够提高监测的精确度。
进一步地，在一种可能的实施方案中，CO气敏探头还包括电路板，电路板设置有第一管脚21、第二管脚22和第三管脚23。电路板安装于空腔内，感应电极14、第一分离器15、参比电极16、第二分离器17和计数电极18均安装于电路板的表面上。示例性地，电路板的材质为聚乙烯面板。第一管脚21、第二管脚22和第三管脚23分别嵌设于壳体11。第一集流器24的另一端与第一管脚21连接，第二集流器25的另一端与第二管脚22连接，第三集流器26的另一端与第三管脚23连接。
通过将感应电极14、第一分离器15、参比电极16、第二分离器17和计数电极18集成在电路板上，整体性更好，结构更稳定，测量时稳定性更好。并且，通过第一管脚21、第二管脚22和第三管脚23将电位引出，能够方便连接外部电路。另外，第一集流器24、第二集流器25和第三集流器26可通过在电路板上镀铜来达到导电的作用。
进一步地，在一种可能的实施方案中，CO气敏探头100还包括第三分离器19，第三分离器19安装于电路板的表面上并与计数电极18贴紧，第三集流器26的一端连接于计数电极18靠近第三分离器19的一面。
第三分离器19与计数电极18贴紧，第三集流器26的一端连接于计数电极18靠近第三分离器19的一面，能够增加第三集流器26的连接可靠性，使得计数电极18和第三集流器26之间的接触电阻较小，从而进一步提高监测的精确度。
示例性地，计数电极18包括多段沿计数电极18的长度方向间隔设置的电极片181。例如，电极片181具有两个或四个。当电极片181设置两个时，第三管脚23和第三集流器26均设置有两个，两个第三集流器26的一端分别连接于两个电极片181的远离第二分离器17的一面，两个第三集流器26的另一端分别与两个第三管脚23连接。当电极片181设置四个时，第三管脚23和第三集流器26均设置有四个，四个第三集流器26的一端分别连接于四个电极片181的远离第二分离器17的一面，四个第三集流器26的另一端分别与四个第三管脚23连接。
相较于计数电极18为整体结构的方案，计数电极18的相邻两个电极片181间隔设置，能够进一步减小计数电极18和第三集流器26之间的接触电阻，从而进一步提高监测的精确度。
在一种可能的实施方案中，当计数电极18包括多段电极片181时，第三分离器19包括多段分开设置的分离器件191，每段分离器件191对应一个计数电极18的电极片181设置。
第三分离器19的分离器件191分开设置，方便不同的第三集流器26在不同电极片181和不同分离器件191之间引出。
进一步地，在一种可能的实施方案中，第三管脚23设置于第一管脚21和第二管脚22之间，第一集流器24和第二集流器25分别设置于参比电极16的相对两侧，且第一集流器24和第一管脚21位于参比电极16的同一侧，第二集流器25和第二管脚22位于参比电极16的同一侧。例如，如图1所示，第一集流器24和第一管脚21位于参比电极16的左侧，第二集流器25和第二管脚22位于参比电极16的右侧。
这种设置结构使得第一集流器24和第二集流器25分布在参比电极16的相对两侧，方便第一集流器24和第二集流器25的布置，第一集流器24和第二集流器25不容易产生交集。
本申请实施例还提供一种CO监测方法，其利用本申请实施例的CO气敏探头100进行监测。
监测时，通过电极引出线与第一管脚21、第二管脚22和第三管脚23连接，外接信号采集电路和相应的转换和输出电路，从而测出CO的浓度。发明人在实际操作中发现，利用本申请实施例的CO气敏探头100进行CO监测，在2s之内可形成稳定的CO浓度数据，准确率为99.9％。
具体地，利用多功能复合气体分析仪与本申请实施例的CO气敏探头100在同样的环境中进行CO浓度监测，其中，多功能复合气体分析仪每小时测10个数值为一组，共监测2小时(2组数据)，CO气敏探头每小时测3个数据为一组，对测量结果进行对比，其测量的结果如表1所示。
表1.CO浓度测量结果
Figure BDA0002751432030000091
从表1的结果可以看出，本申请实施例的CO气敏探头测得的CO浓度与多功能复合气体分析仪监测的数据高度接近，本申请实施例的CO气敏探头测得的CO浓度数据准确率为99.9％。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CO气敏探头，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内部具有空腔，所述空腔内具有电解液，所述壳体开设有安装口；
依次层叠设置的CO扩散屏障层、气敏薄膜、感应电极、第一分离器、参比电极、第二分离器和计数电极，所述CO扩散屏障层嵌设于所述安装口；以及
第一集流器、第二集流器和第三集流器，所述第一集流器的一端连接于所述感应电极和所述第一分离器之间，所述第二集流器的一端连接于所述参比电极和所述第二分离器之间，所述第三集流器的一端连接于所述计数电极，所述第一集流器的另一端、所述第二集流器的另一端以及所述第三集流器的另一端均能够引出至所述壳体外。
2.根据权利要求1所述的CO气敏探头，其特征在于，所述CO气敏探头还包括电路板，所述电路板设置有第一管脚、第二管脚和第三管脚；
所述电路板安装于所述空腔内，所述感应电极、所述第一分离器、所述参比电极、所述第二分离器和所述计数电极均安装于所述电路板的表面上，所述第一管脚、所述第二管脚和所述第三管脚均嵌设于所述壳体；
所述第一集流器的另一端与所述第一管脚连接，所述第二集流器与所述第二管脚连接，所述第三集流器与第三管脚连接。
3.根据权利要求2所述的CO气敏探头，其特征在于，所述CO气敏探头还包括第三分离器，所述第三分离器安装于所述电路板的表面上并与所述计数电极贴紧，所述第三集流器的一端连接于所述计数电极靠近所述第三分离器的一面。
4.根据权利要求3所述的CO气敏探头，其特征在于，所述计数电极包括两段沿所述计数电极的长度方向间隔设置的电极片，所述第三管脚和所述第三集流器均设置有两个，两个所述第三集流器的一端分别连接于两个所述电极片的远离所述第二分离器的一面，两个所述第三集流器的另一端分别与两个所述第三管脚连接。
5.根据权利要求3所述的CO气敏探头，其特征在于，所述计数电极包括四段沿所述计数电极的长度方向间隔设置的电极片，所述第三管脚和所述第三集流器均设置有四个，四个所述第三集流器的一端分别连接于四个所述电极片的远离所述第二分离器的一面，四个所述第三集流器的另一端分别与四个所述第三管脚连接。
6.根据权利要求4或5所述的CO气敏探头，其特征在于，所述第三分离器包括多段分开设置的分离器件，每段所述分离器件对应一个所述计数电极的电极片设置。
7.根据权利要求1-5任一项所述的CO气敏探头，其特征在于，所述CO扩散屏障层由多层毛细管扩散栅组成。
8.根据权利要求1-5任一项所述的CO气敏探头，其特征在于，所述气敏薄膜紧贴于所述感应电极表面。
9.根据权利要求2-5任一项所述的CO气敏探头，其特征在于，所述第三管脚设置于所述第一管脚和第二管脚之间，所述第一集流器和所述第二集流器分别设置于所述参比电极的相对两侧，且所述第一集流器和所述第一管脚位于所述参比电极的同一侧，所述第二集流器和所述第二管脚位于所述参比电极的同一侧。
10.一种CO监测方法，其特征在于，其利用权利要求1-9任一项所述的CO气敏探头进行监测。
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