CN116559249A - 一种原电池氧气传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原电池氧气传感器，属于气体传感器技术领域中的原电池氧气传感器，其目的在于解决现有技术中存在的因酸性气体进入传感器后与碱性电解液发生中和反应破坏电解液和电极的技术问题。其包括基座、上盖，上基座与上盖之间的空间构成原电池的感应气室；压盖、上盖上均开设有气体扩散小孔；压盖表面设有第二防水透气层、上盖表面设有第一防水透气层，第一防水透气层与第二防水透气层之间设置有气体吸收层。通过设置气体吸收层去除进入气体中的酸性气体，抑制了酸性气体对电极和电解液的影响，提升了传感器的长期稳定性和寿命，通过在上盖表面设置气压缓冲层，降低了风速、压强对传感器的影响，提升了传感器的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种原电池氧气传感器，尤其涉及一种环境中酸性气体对传感器影响较弱的原电池氧气传感器。
背景技术
氧气的分析测定广泛应用于实验室、生物学、医学、化工、能源等许多领域。氧气传感器是所有气体传感器中研究最多、技术最为成熟的一类传感器。
氧气传感器根据工作原理不同可以分为电化学型氧气传感器、光纤式氧气传感器、热磁式氧气传感器、半导体电阻式氧气传感器等。其中，电化学氧气传感器通常利用电化学反应实现对氧气测量，此类传感器具有灵敏度高、测量范围宽、响应时间短等优点，被广泛应用于化工、医疗、生物以及军事领域，是目前技术最为成熟，应用最为广泛的氧气传感器。
原电池氧气传感器工作原理可简要表述为：环境气体穿过气体扩散小孔到达工作电极，其中的氧气参与电化学反应生成氢氧根离子，氢氧根离子与金属电极反应并最终生成金属氧化物，通过检测电化学反应中出现的电信号则可获得环境中的氧气浓度信息。
申请号为202110542192.9的发明专利申请就公开了一种采样式快速原电池氧气传感器，其包括外部主壳体和上盖板壳，在上盖板壳的上方包含有进气口以及抽气口，上盖板壳与主壳体之间的空间构成原电池的感应气室，外部气体通过进气口进入感应气室后，气体中的氧气通过透氧膜进入反应气室进行化学反应，其余杂质气体通过边缘多处微孔流出，经由抽气腔通过抽气口被抽走。所述的反应气室内部包括阳极棒和微孔阴极。在反应气室内部放置具有吸附性的海绵块贴合在阳极棒和微孔阴极上，电解液在使用消耗后，海绵块保证微孔阴极和阳极棒仍有电解液传递到电极上发生反应。设置的压力平衡气室保证反应气室内部的电解液不会溢出，透氧膜不受应力作用，不易脱离与破裂，提高传感器的使用寿命。
针对于原电池氧气传感器，原则上整个反应过程只有氧气会参与反应。但是，由于氧气传感器的使用环境众多，环境中包含多种多样的气体，包括有碱性气体、酸性气体等。
对于碱性气体，申请号为202211610174.0的发明专利申请公开了一种基于氢键酸性离子凝胶薄膜制备方法、气体传感器及制备方法，其是通过将氢键酸性有机化合物溶解分散到离子凝胶前驱溶液中，并通过滴涂、旋涂或者线棒涂敷工艺制备到气体传感器的测量元件上，形成一层湿膜，形成气体探测敏感膜。敏感膜中氢键酸性有机化合物可以实现氢键碱性的危险气体包括有机磷毒气分子、爆炸物气体分子以及两者的模拟剂的选择性吸附，提升材料的气体吸附性能和传感器的灵敏度。
对于酸性气体，申请号为86209768的发明专利申请就公开了一种伽伐尼式氧传感器，其以硫酸为主或其他酸构成电解液，以铜或其合金构成阳极，以铂构成阴极，通过采用强酸性电解液及渗透性很好的阴极结构，酸性气体溶入该液中能解离成阴离子的量极微，其对阴极电位的影响大为降低。在此酸度下，酸性气体不会与金属离子产生沉淀污染阴极，故传感器可长期工作于含酸性气体的环境，其寿命也得到提高。该传感器是通过采用强酸性的物质作为电解液，酸性气体溶入该液中能解离成阴离子的量极微。
但是，现有的原电池氧气传感器中，电化学反应需要在碱性溶液中进行，上述的伽伐尼式氧传感器无法适用。且环境中的酸性气体(如二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮)进入传感器后，会与碱性电解液发生中和反应，破坏电解液和电极，进一步影响传感器的长期稳定性和寿命。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有技术中存在的因酸性气体进入传感器后与碱性电解液发生中和反应破坏电解液和电极的技术问题，本发明提供一种原电池氧气传感器。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种原电池氧气传感器，包括基座、上盖，上基座与上盖之间的空间构成原电池的感应气室；感应气室内沿靠近上盖的方向依次设置有金属电极、工作电极、压盖，金属电极、工作电极被浸渍有电解液的隔膜隔开，基座嵌入有信号输出端子，信号输出端子的顶部连接有金属导线，金属导线分别与金属电极、工作电极接触；
压盖、上盖上均开设有气体扩散小孔；压盖的靠近上盖的表面设有第二防水透气层、上盖的靠近压盖的表面设有第一防水透气层，第一防水透气层与第二防水透气层之间设置有气体吸收层。
进一步地，气体吸收层为氢氧化物、碱土金属氧化物及氯化物、吸附材料的混合物，氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意一种或多种，碱土金属氧化物及氯化物包括氧化钙、氧化镁、氯化钙、氯化镁、氯化钡中的任意一种或多种，吸附材料包括活性碳、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的任意一种或多种。
进一步地，上盖顶面的中心位置开设有气体扩散小孔，气体扩散小孔与感应气室连通。
进一步地，上盖顶面的中心位置开设有下沉凹槽，下沉凹槽通过上盖上的气体扩散小孔与感应气室连通；下沉凹槽内设置有气压缓冲层，上盖顶面设置有第三防水透气层，第三防水透气层覆盖住下沉凹槽。
进一步地，气压缓冲层与第三防水透气层之间设有间隙。
进一步地，上盖的靠近基座的端面上设有伸入感应气室的环形凸台，环形凸台底面与工作电极贴合；
环形凸台的中心位置开设有用于放置压盖、气体吸收层、第一防水透气层与第二防水透气层的凹陷腔，凹陷腔与上盖上的气体扩散小孔连通。
进一步地，工作电极、压盖之间设置有防水透气膜。
本发明的有益效果如下：
本发明中，一方面通过设置气体吸收层去除进入气体中的酸性气体，抑制了酸性气体对电极和电解液的影响，提升了传感器的长期稳定性和寿命，同时将气体吸收层设置在上盖和压盖之间，通过扩散小孔和防水透气层进行保护，避免了气体吸收层与电解液之间相互干扰和吸收层组分的快速失效。另一方面通过在上盖表面设置气压缓冲层，降低了风速、压强对传感器的影响，提升了传感器的稳定性。
附图说明
图1是本发明的原电池氧气传感器结构示意图；
其中，附图标记为：基座1、上盖2、压盖3、气体吸收层4、第一防水透气层5、第二防水透气层6、第三防水透气层8、气压缓冲层13、防水透气14、隔膜16、工作电极18、金属电极21、信号输出端子27、金属导线28。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种原电池氧气传感器，包括基座1、上盖2、气体吸收层4、压盖3、金属电极21、工作电极18、浸渍有电解液的隔膜16。
基座1为上部开口并且中空的结构，上盖2盖合在基座1上，并在基座1与上盖2之间的空间构成原电池的感应气室。
基座1的中空腔室内沿靠近上盖2的方向依次设置金属电极21、工作电极18、压盖3，并且金属电极21和工作电极28被浸渍有电解液的隔膜16隔开。
基座1底部嵌入有信号输出端子27，信号输出端子27顶部连接有金属导线28，金属导线28分别与金属电极21、工作电极18接触。
压盖3的靠近上盖2的表面设有(贴合有)第二防水透气层6，上盖2的靠近压盖3的表面设有(贴合有)第一防水透气层5，第一防水透气层5和第二防水透气层6之间形成空腔，空腔内设置有气体吸收层4，气体吸收层4被限制在该空腔内。
气体吸收层4为氢氧化物、碱土金属氧化物及氯化物、吸附材料的混合物，该氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意一种或多种，该碱土金属氧化物及氯化物包括氧化钙、氧化镁、氯化钙、氯化镁、氯化钡中的任意一种或多种，该吸附材料包括活性碳、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的任意一种或多种。
上盖2的中心位置处开设有气体扩散小孔，压盖3的中心位置处开设有气体扩散小孔，上盖2的气体扩散小孔与感应气室连通，压盖3上的气体扩散小孔将压盖3上方、下方的感应气室连通。
上盖2的顶面中心位置开设有下沉凹槽，下沉凹槽为圆柱孔，且下沉凹槽通过上盖2上的气体扩散小孔与感应气室连通。
下沉凹槽的底面上设置有气压缓冲层13，上盖2顶面设置有第三防水透气层8，且第三防水透气层8完全覆盖住下沉凹槽。
作为优选，气压缓冲层13与第三防水透气层8之间间隔一定距离设置，从而在气压缓冲层13与第三防水透气层8留有间隙。
上盖2的靠近基座1的端面(即底面)上设有环形凸台，环形凸台伸入感应气室内。
环形凸台底面与工作电极18贴合。
环形凸台的中心位置开设有凹陷腔(即圆柱孔)，压盖3、气体吸收层4、第一防水透气层5与第二防水透气层6均放置于凹陷腔内，且该凹陷腔与上盖2上的气体扩散小孔连通。
在工作电极18与压盖3之间设置有防水透气膜14。防水透气膜14可以完全位于凹陷腔内，防水透气膜14的外缘也可以贴合在上盖2的环形凸台上并覆盖住凹陷腔。
Claims (7)
1.一种原电池氧气传感器，包括基座(1)、上盖(2)，上基座(1)与上盖(2)之间的空间构成原电池的感应气室；感应气室内沿靠近上盖(2)的方向依次设置有金属电极(21)、工作电极(18)、压盖(3)，金属电极(21)、工作电极(18)被浸渍有电解液的隔膜(16)隔开，基座(1)嵌入有信号输出端子(27)，信号输出端子(27)的顶部连接有金属导线(28)，金属导线(28)分别与金属电极(21)、工作电极(18)接触；其特征在于：
压盖(3)、上盖(2)上均开设有气体扩散小孔；压盖(3)的靠近上盖(2)的表面设有第二防水透气层(6)、上盖(2)的靠近压盖(3)的表面设有第一防水透气层(5)，第一防水透气层(5)与第二防水透气层(6)之间设置有气体吸收层(4)。
2.如权利要求1所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：气体吸收层(4)为氢氧化物、碱土金属氧化物及氯化物、吸附材料的混合物，氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意一种或多种，碱土金属氧化物及氯化物包括氧化钙、氧化镁、氯化钙、氯化镁、氯化钡中的任意一种或多种，吸附材料包括活性碳、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝中的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：上盖(2)顶面的中心位置开设有气体扩散小孔，气体扩散小孔与感应气室连通。
4.如权利要求3所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：上盖(2)顶面的中心位置开设有下沉凹槽，下沉凹槽通过上盖(2)上的气体扩散小孔与感应气室连通；下沉凹槽内设置有气压缓冲层(13)，上盖(2)顶面设置有第三防水透气层(8)，第三防水透气层(8)覆盖住下沉凹槽。
5.如权利要求4所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：气压缓冲层(13)与第三防水透气层(8)之间设有间隙。
6.如权利要求1所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：上盖(2)的靠近基座(1)的端面上设有伸入感应气室的环形凸台，环形凸台底面与工作电极(18)贴合；
环形凸台的中心位置开设有用于放置压盖(3)、气体吸收层(4)、第一防水透气层(5)与第二防水透气层(6)的凹陷腔，凹陷腔与上盖(2)上的气体扩散小孔连通。
7.如权利要求1所述的一种原电池氧气传感器，其特征在于：工作电极(18)、压盖(3)之间设置有防水透气膜(14)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310525876.7A CN116559249A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种原电池氧气传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310525876.7A CN116559249A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种原电池氧气传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116559249A true CN116559249A (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=87494113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310525876.7A Pending CN116559249A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种原电池氧气传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116559249A (zh) |
-
2023
- 2023-05-10 CN CN202310525876.7A patent/CN116559249A/zh active Pending
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