CN113030222A - 一种电化学气体传感器及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电化学气体传感器及装配方法，包括：壳体，壳体底部可拆卸连接有底座；壳体内部设有支座；底座设有连接体，连接体上设有储液导液机构和检测电极组件；壳体的顶部设有使气体进入传感器内部的透气组件。在装配过程中，方便调整电极与电极丝的位置，同时电极丝焊接也很便捷。有足够的操作空间来放置导液棉和储蓄棉，方便卡接支架。由于壳体与底座底部可拆卸连接，这样在需要维护维修时，方便拆卸，而且本发明的密封方式通过密封圈来进行密封，可以实现多次反复使用，提高利用率。

Description

一种电化学气体传感器及装配方法

技术领域

本发明涉及电化学检测技术领域，具体涉及一种电化学气体传感器及装配方法。

背景技术

电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。

传统电化学气体传感器的结构由顶盖和一个顶端开口的中空圆柱筒组成。在装配电化学气体传感器时，需要将电极、电极丝以及相关部件安装到中空圆柱筒体内部，在盖上顶盖，通过密封胶进行密封。

由于中空圆柱筒体积较小，在装配电极、电极丝以及相关部件时，不容易操作，如果装配位置不得当，装配偏差大，容易造成检测精度偏差大。而且由于装配后通过密封胶密封处理，在对电化学气体传感器进行维护维修时，需要破坏密封进行拆解，这样还容易对中空圆柱筒造成损坏，影响电化学气体传感器后期使用。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种电化学气体传感器，改进传感器结构，装配便捷、制造难度小、成本低；在溶液仓中放置储蓄棉，外加密封圈，防止溶液泄漏问题。

电化学气体传感器包括：壳体，壳体底部可拆卸连接有底座；

壳体内部设有支座；

底座设有连接体，连接体上设有储液导液机构和检测电极组件；

壳体的顶部设有使气体进入传感器内部的透气组件。

进一步需要说明的是，壳体底部与底座的连接体采用螺纹连接，或采用卡扣连接；

壳体底部与连接体的连接位设置第三密封圈。

进一步需要说明的是，透气组件设有孔径由小到大，且多层阶梯状的通槽；

孔径最大的通槽设置在壳体顶面最外侧；

每个通槽内放置防水透气膜；

其中，最内层的通槽为过滤层；

过滤层内设有酸性介质粉末；

最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体上顶面扩散到检测电极组件。

进一步需要说明的是，储液导液机构包括：支座和溶液仓；

溶液仓与连接体上端连接；

支座卡设在溶液仓外部；支座上设有支座通孔；

溶液仓内设有储蓄棉，储蓄棉连接有导液棉。

进一步需要说明的是，检测电极组件包括：电极层、电极丝和针脚；

电极层安装在支座上，电极层通过电极丝与针脚连接；

针脚安装在连接体上，且穿出至连接体外部；

导液棉穿过支座通孔连接至电极层。

进一步需要说明的是，电极层与壳体内壁之间设置有第一密封圈；

支座与溶液仓的仓壁底部之间设有第二密封圈。

进一步需要说明的是，电极层包括：多个相互重叠设置的电极；

电极与针脚连接；

电极与电极之间设有第一玻璃纤维棉垫；

电极与导液棉之间设有第二玻璃纤维棉垫。

进一步需要说明的是，针脚采用灌注的方式与底座连接；

针脚采用铜针脚；

连接体上设有至少两个针脚。

本发明还提供一种电化学气体传感器的装配方法，方法包括：

将储蓄棉放置到底座的溶液仓内部；

将支座卡设在溶液仓上部，在卡持部设置第二密封圈；

将导液棉穿过支座的支座通孔，使导液棉与储蓄棉相贴合；

根据预设检测要求，取预设数量的电极和针脚；

在电极之间夹装第一玻璃纤维棉垫；

电极与导液棉之间安装第二玻璃纤维棉垫；

电极层通过电极丝与针脚连接；

将针脚安装在连接体上，且穿出至连接体外部；

将透气组件安装到壳体的顶部；

在连接体的对应位置套设第三密封圈；

在壳体靠近顶部的内侧壁套设第一密封圈；

将壳体罩扣到底座上，并通过螺纹方式连接，或采用卡扣方式连接。

进一步需要说明的是，步骤将透气组件安装到壳体的顶部包括：

在壳体的顶部依次开设多层阶梯状的通槽；

孔径最大的通槽设置在壳体顶面最外侧；

孔径最小的通槽设置在壳体内侧；

最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体上顶面扩散到检测电极组件；

孔径最小的通槽设置为过滤层；

在孔径最小的通槽底部铺设防水透气膜，铺设完成后，在孔径最小的通槽内添加酸性介质粉末；

依次在孔径最小通槽的上一阶通槽上铺设防水透气膜；

在壳体的顶部贴付防水透气膜。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

在装配时，三个电极与电极丝按顺序依次在底座上装配好后，再将壳体底部与底座的连接体采用螺纹连接，或采用卡扣连接。这种装配方式较传统方式来说，在装配过程中，方便调整电极与电极丝的位置，同时电极丝焊接也很便捷。有足够的操作空间来放置导液棉和储蓄棉，方便卡接支架。

由于壳体与底座底部可拆卸连接，这样在需要维护维修时，方便拆卸，而且本发明的密封方式通过密封圈来进行密封，可以实现多次反复使用，提高利用率。

为了提升传感器整体的密封性，电极层与壳体内壁之间设置第一密封圈；支座与溶液仓的仓壁底部之间设第二密封圈。壳体底部与连接体的连接位设置第三密封圈。这样，将电解液放置到溶液仓内部，使用导液棉和储蓄棉进行导液，实现检测。并设置多道密封圈，保证传感器内部元件连接的密封性，还可保证结构间的可靠性，防止溶液仓内部的电解液泄漏，保证传感器的稳定运行。

在溶液仓中设置储蓄棉，储蓄棉可储蓄足够的电解液的同时，还能防止电解液向外泄露。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为电化学气体传感器整体示意图；

图2为电化学气体传感器剖视图；

图3为电化学气体传感器爆炸图；

图4为底座示意图；

图5为电化学气体传感器实施例示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本发明提供一种电化学气体传感器，如图1至5所示，包括：壳体1，壳体1底部可拆卸连接有底座2；壳体1内部设有支座3；底座2设有连接体21，连接体21上设有储液导液机构和检测电极组件；壳体1的顶部设有使气体进入传感器内部的透气组件。

本发明涉及的电化学气体传感器由于壳体与底座底部可拆卸连接，这样在需要维护维修时，方便拆卸，而且本发明的密封方式通过密封圈来进行密封，可以实现多次反复使用，提高利用率。

本发明涉及的可拆卸连接方式优选地为，壳体1底部与底座2的连接体21采用螺纹连接，或采用卡扣连接。当然还可以采用其他方式进行可拆卸连接。

为了保障传感器内部的密封性能，壳体1底部与连接体21的连接位设置第三密封圈25。

本发明中，为了能使外界空气进入到壳体内部，壳体1上顶面设有孔径由小到大，且多层阶梯状的通槽16；孔径最大的通槽设置在壳体1顶面最外侧；每个通槽内放置防水透气膜17；

其中，最内层的通槽设有过滤层18；过滤层18内设有酸性介质粉末；最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体1上顶面扩散到电极层9。

也就是说，优选地方式，从壳体的外到内依次设有三层孔径从大到小的通槽，每层通槽均放置一层防水透气膜；最内层的通槽设有过滤层18；最内层凹槽中心设有开孔，使得气体能够扩散到电极层上。过滤层18为酸性介质粉末，用于减少干扰气体，提升检测精度。

特别地，检测二氧化硫气体时，过滤层选用硫酸银粉末，可消除硫化氢气体的干扰。

本发明提供的电化学气体传感器在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。

本发明提供的电化学气体传感器可能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在…下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。

本发明中，储液导液机构包括：支座3和溶液仓22；溶液仓22与连接体21上端连接；支座3卡设在溶液仓22外部；支座3上设有支座通孔5；溶液仓22内设有储蓄棉6，储蓄棉6连接有导液棉7。

支座3作为传感器内部的支撑件可以将溶液仓22与检测电极组件之间进行支撑并有效的连接。溶液仓22内部可以盛装检测溶液，储蓄棉6和导液棉7可以实现检测溶液的传导。

本发明中，检测电极组件包括：电极层9、电极丝8和针脚4；电极层9安装在支座3上，电极层9通过电极丝8与针脚4连接；针脚4安装在连接体21上，且穿出至连接体21外部；导液棉7穿过支座通孔5连接至电极层9。

为了提升传感器整体的密封性，电极层9与壳体1内壁之间设置有第一密封圈23；支座3与溶液仓22的仓壁底部之间设有第二密封圈24。这样，密封圈均可以采用O密封圈，保证传感器内部元件连接的密封性，可保证结构间的可靠性。

本发明中，电极层9包括：多个相互重叠设置的电极；电极与针脚4连接；电极与电极之间设有第一玻璃纤维棉垫14；电极与导液棉7之间设有第二玻璃纤维棉垫15。

作为本发明的实施方式，电极可以包括：工作电极11、参比电极12以及对电极13；当然不局限于上述电极方式，可以根据实际需要设置相应的电极。

对电极13靠近支座3设置，工作电极11远离支座3设置；参比电极12设置在工作电极11和对电极13中间。

这里，工作电极11与参比电极12之间以及参比电极12与对电极13之间分别设有第一玻璃纤维棉垫14。对电极13与导液棉7之间设有第二玻璃纤维棉垫15。电极层9中各电极间的玻璃纤维棉可将溶液仓内的溶液往上导引至各电极上。

工作电极11、参比电极12以及对电极13可以分别通过电极丝8与针脚4连接。

进一步的讲，所述对电极、参比电极为同一种电极，工作电极不同于对电极和参比电极；

工作电极是硫化氢气体发生氧化反应的电极，其反应式为：

H2S+4H2O→H2SO4+8H++8e-；

对电极是氧气发生还原反应的电极，与工作电极构建电化学反应平衡，其反应式为：O2+8H++8e-→4H2O；

参比电极可以用于稳定电位，不参与反应。

电极包括电极涂层和基底膜，电极涂层丝印到基底膜上；

电极涂层包括导电填料、PTFE乳液以及全氟磺酸树脂Nafion；

工作电极的导电填料包括石墨、炭黑和催化剂铂；参比电极与对电极的导电填料包括石墨和炭黑；导电填料用于增加电极导电性；PTFE乳液为成膜剂，便于电极涂层成膜；基底膜为PTFE膜。

导电填料、PTFE乳液以及全氟磺酸树脂均采用本领域常用的材料，具体组分形成可以基于本领域常用的材料进行配置，这里不做限定。

作为本发明的实施例，针脚4采用灌注的方式与底座2连接；针脚4采用铜针脚；连接体21上设有至少两个针脚4。当然针脚4需要延伸至传感器外部，可以与电路板，或者需要连接的部件连接，传导检测信号。

优选地，铜针脚为纯铜镀金，用于插接电路板；工作电极、参比电极、对电极均引出铂电极丝，铂电极丝再与铜针脚连接。

本发明在装配时，三个电极与电极丝按顺序依次在底座上装配好后，再将壳体底部与底座的连接体采用螺纹连接，或采用卡扣连接。这种装配方式较传统方式来说，在装配过程中，方便调整电极与电极丝的位置，同时电极丝焊接也很便捷；也有足够的操作空间来放置导液棉和储蓄棉，方便卡接支架。

在溶液仓中设置储蓄棉，储蓄棉可储蓄足够的电解液的同时，还能防止电解液向外泄露；本发明采用水基浆料，对环境污染小。

本发明还提供一种电化学气体传感器的装配方法，方法包括：

将储蓄棉6放置到底座的溶液仓22内部；

将支座3卡设在溶液仓22上部，在卡持部设置第二密封圈24；

将导液棉7穿过支座的支座通孔5，使导液棉7与储蓄棉6相贴合；

根据预设检测要求，取预设数量的电极和针脚4；

在电极之间夹装第一玻璃纤维棉垫14；

电极与导液棉7之间安装第二玻璃纤维棉垫；

电极层9通过电极丝8与针脚4连接；

将针脚4安装在连接体21上，且穿出至连接体21外部；

将透气组件安装到壳体1的顶部；

在连接体21的对应位置套设第三密封圈25；

在壳体1靠近顶部的内侧壁套设第一密封圈23；

将壳体1罩扣到底座2上，并通过螺纹方式连接，或采用卡扣方式连接。

这样，电化学气体传感器在进行装配时，壳体1与底座2是分体结构。先将传感器内部元件如导液棉7、储蓄棉6以及电极等元件安装到底座2上，由于壳体1未与底座2连接，所以操作空间较大，即使电极、针脚、电极丝、玻璃纤维棉垫等元件体积较小也能够具有足够的空间进行操作，不仅可以由人工操作，由于空间无遮挡，也可以由机器手自动组装操作提高传感器状态的自动化程度。

内部元件装配完成后，壳体与底座底部可拆卸连接，这样在需要维护维修时，方便拆卸，而且本发明的密封方式通过密封圈来进行密封，可以实现多次反复使用，提高利用率。

进一步的讲，步骤将透气组件安装到壳体1的顶部包括：

在壳体1的顶部依次开设多层阶梯状的通槽16；

孔径最大的通槽设置在壳体1顶面最外侧；

孔径最小的通槽设置在壳体1内侧；

最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体1上顶面扩散到检测电极组件；

孔径最小的通槽设置为过滤层18；

在孔径最小的通槽底部铺设防水透气膜17，铺设完成后，在孔径最小的通槽内添加酸性介质粉末；

依次在孔径最小通槽的上一阶通槽上铺设防水透气膜17；

在壳体1的顶部贴付防水透气膜17。

也就是说，电化学气体传感器的进气口设置到壳体1顶部，也是没有遮挡，没有受到操作空间的限制。可以在装配其他元件的同时，以实现对底座2上元件进行安装，同时将透气组件安装设置在壳体1顶部。提高装配效率，也提升产品质量。

本发明有效的实现元件在外部安装，避免在小空间作业，提高生产速率。而且在多个连接部采用密封圈密封，防止漏液。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

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 (10)

1.一种电化学气体传感器，其特征在于，包括：壳体(1)，壳体(1)底部可拆卸连接有底座(2)；

壳体(1)内部设有支座(3)；

底座(2)设有连接体(21)，连接体(21)上设有储液导液机构和检测电极组件；

壳体(1)的顶部设有使气体进入传感器内部的透气组件。

2.根据权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，

壳体(1)底部与底座(2)的连接体(21)采用螺纹连接，或采用卡扣连接；

壳体(1)底部与连接体(21)的连接位设置第三密封圈(25)。

3.根据权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，

透气组件设有孔径由小到大，且多层阶梯状的通槽(16)；

孔径最大的通槽设置在壳体(1)顶面最外侧；

每个通槽内放置防水透气膜(17)；

其中，最内层的通槽为过滤层(18)；

过滤层(18)内设有酸性介质粉末；

最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体(1)上顶面扩散到检测电极组件。

4.根据权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，

储液导液机构包括：支座(3)和溶液仓(22)；

溶液仓(22)与连接体(21)上端连接；

支座(3)卡设在溶液仓(22)外部；支座(3)上设有支座通孔(5)；

溶液仓(22)内设有储蓄棉(6)，储蓄棉(6)连接有导液棉(7)。

5.根据权利要求4所述的电化学气体传感器，其特征在于，

检测电极组件包括：电极层(9)、电极丝(8)和针脚(4)；

电极层(9)安装在支座(3)上，电极层(9)通过电极丝(8)与针脚(4)连接；

针脚(4)安装在连接体(21)上，且穿出至连接体(21)外部；

导液棉(7)穿过支座通孔(5)连接至电极层(9)。

6.根据权利要求5所述的电化学气体传感器，其特征在于，

电极层(9)与壳体(1)内壁之间设置有第一密封圈(23)；

支座(3)与溶液仓(22)的仓壁底部之间设有第二密封圈(24)。

7.根据权利要求5所述的电化学气体传感器，其特征在于，

电极层(9)包括：多个相互重叠设置的电极；

电极与针脚(4)连接；

电极与电极之间设有第一玻璃纤维棉垫(14)；

电极与导液棉(7)之间设有第二玻璃纤维棉垫(15)。

8.根据权利要求5所述的电化学气体传感器，其特征在于，

针脚(4)采用灌注的方式与底座(2)连接；

针脚(4)采用铜针脚；

连接体(21)上设有至少两个针脚(4)。

9.一种电化学气体传感器的装配方法，其特征在于，方法采用如权利要求1至8任意一项所述的电化学气体传感器；

方法包括：

将储蓄棉(6)放置到底座的溶液仓(22)内部；

将支座(3)卡设在溶液仓(22)上部，在卡持部设置第二密封圈(24)；

将导液棉(7)穿过支座的支座通孔(5)，使导液棉(7)与储蓄棉(6)相贴合；

根据预设检测要求，取预设数量的电极和针脚(4)；

在电极之间夹装第一玻璃纤维棉垫(14)；

电极与导液棉(7)之间安装第二玻璃纤维棉垫；

电极层(9)通过电极丝(8)与针脚(4)连接；

将针脚(4)安装在连接体(21)上，且穿出至连接体(21)外部；

将透气组件安装到壳体(1)的顶部；

在连接体(21)的对应位置套设第三密封圈(25)；

在壳体(1)靠近顶部的内侧壁套设第一密封圈(23)；

将壳体(1)罩扣到底座(2)上，并通过螺纹方式连接，或采用卡扣方式连接。

10.根据权利要求9所述的电化学气体传感器的装配方法，其特征在于，步骤将透气组件安装到壳体(1)的顶部包括：

在壳体(1)的顶部依次开设多层阶梯状的通槽(16)；

孔径最大的通槽设置在壳体(1)顶面最外侧；

孔径最小的通槽设置在壳体(1)内侧；

最内层的通槽槽底部设有开孔，开孔使气体通过壳体(1)上顶面扩散到检测电极组件；

孔径最小的通槽设置为过滤层(18)；

在孔径最小的通槽底部铺设防水透气膜(17)，铺设完成后，在孔径最小的通槽内添加酸性介质粉末；

依次在孔径最小通槽的上一阶通槽上铺设防水透气膜(17)；

在壳体(1)的顶部贴付防水透气膜(17)。

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