CN208188041U - 一种甲醛气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种甲醛气体传感器，包括密封的外壳、用于检测甲醛气体的电池体、导电丝转接板和防水透气膜，所述电池体以及所述电池体上的阴极导电丝和阳极导电丝被密封安装在所述外壳内，所述阴极导电丝和阳极导电丝通过导电丝转接板与PCB板电连接，所述导电丝转接板固定安装在所述外壳的外壁上，所述外壳上开设有贯穿孔，所述防水透气膜安装在所述贯穿孔处。本实用新型的甲醛气体传感器可以准确可靠的实时在线检测环境中的甲醛气体含量，具有抗震性好、不受外界电磁干扰、检测灵敏度高等突出优点。

Description

一种甲醛气体传感器

技术领域

本实用新型涉及甲醛气体检测的技术领域，更具体地说，涉及一种基于燃料电池原理的甲醛气体传感器。

背景技术

甲醛作为一种重要的化学物质以其优异的溶解性而广泛应用于各种建筑材料中，如人造板材、纺织品、涂料、粘合剂等，但是甲醛是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，对人眼、鼻等有刺激作用，甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用,甲醛在室内达到一定浓度时，人就有不适感，大于0.08mg/m³的甲醛浓度可引起眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等。新装修的房间甲醛含量较高，是众多疾病的主要诱因。

甲醛对健康危害主要有以下几个方面：

a、刺激作用：甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合，高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、眼刺激、头痛；

b、致敏作用：皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死，吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘；

c、致突变作用：高浓度甲醛还是一种基因毒性物质，实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤；

d、突出表现：头痛、头晕、乏力、恶心、呕吐、胸闷、眼痛、嗓子痛、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻、记忆力减退以及植物神经紊乱等；孕妇长期吸入可能导致胎儿畸形，甚至死亡，男子长期吸入可导致男子精子畸形、死亡等。

当甲醛浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg时，儿童就会发生轻微气喘；当室内空气中甲醛达到0.1mg/m³时，就有异味和不适感；甲醛达到0.5mg/m³时，可刺激眼睛，引起流泪；甲醛达到0.6mg/m³，可引起咽喉不适或疼痛；浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；甲醛达到30mg/m³时，会立即致人死亡。

专业分析显示室内空气污染比室外空气污染严重数百倍，尤其以甲醛污染最为严重，准确测量空气中的甲醛气体含量具有十分重要的意义。常用的甲醛检测方法包括分光光度法、色谱法以及传感器法。分光光度法和色谱法都是离线甲醛分析方案，需要大型专业设备以及冗长的操作和流程，不适合于日常实时在线监测使用。目前可以实时在线准确检测甲醛气体含量的是燃料电池型甲醛气体传感器，具有响应迅速、操作简便等优点。但是现存的甲醛气体传感器由于结构设计方面的缺陷存在以下不足：

1、传感器有部分导电丝裸露，从而造成传感器抗震性差，易受WiFi模块等外界电磁干扰；

2、传感器体积较大，安装使用不便；

3、传感器内部阴阳极气室体积不匹配，灵敏度低，稳定性差；

4、传感器容易出现浓度冲高并负漂的现象。

由此可见，现有甲醛检测技术中，分光光度法和色谱法由于是离线分析方式，不能实时在线检测环境中的甲醛气体含量；现有的甲醛气体传感器由于设计缺陷，存在抗震性差，易受外界环境中WiFi模块等的电磁干扰，灵敏度差，稳定性差，存在浓度冲高负漂的现象等不足，从而不能很好的检测环境中的甲醛气体含量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种甲醛气体传感器，解决了现有技术中的甲醛气体传感器存在的易受外界电磁干扰、灵敏度差、稳定性差导致不能很好的检测环境中的甲醛气体含量的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种甲醛气体传感器，包括密封的外壳、用于检测甲醛气体的电池体、导电丝转接板和防水透气膜，所述电池体以及所述电池体上的阴极导电丝和阳极导电丝被密封安装在所述外壳内，所述阴极导电丝和阳极导电丝通过导电丝转接板与PCB板电连接，所述导电丝转接板固定安装在所述外壳的外壁上，所述外壳上开设有贯穿孔，所述防水透气膜安装在所述贯穿孔处。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述外壳的外壁上凸伸形成有熔接柱，所述熔接柱与所述外壳一体成型，所述导电丝转接板具有熔接端口和用于固定在PCB板上的两个焊盘端子，所述熔接端口与所述熔接柱通过热熔的方式固定连接。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体之间通过超声波焊接的方式实现密封熔接。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述上壳体、下壳体和熔接柱分别是由ABS、PC或PE制成的；所述防水透气膜是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶或氟化硅橡胶制成的气体扩散膜。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述电池体包括半固体电解质层以及设置在所述半固体电解质层两侧的阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和所述阴极电极分别通过所述阳极导电丝和阴极导电丝进行电信号传输；所述半固体电解质层包括用于置放液体电解质的多孔基材。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述多孔基材是多孔陶瓷板、多孔聚四氟乙烯板、多孔PVC板或多孔e-PTFE板制成的板状基材。

在本实用新型的甲醛气体传感器中，所述阳极电极和阴极电极上的催化剂层是由金、铑、铂、钌、钯、铱或银制成的。

实施本实用新型的甲醛气体传感器，具有以下有益效果：本实用新型的甲醛气体传感器可以准确可靠的实时在线检测环境中的甲醛气体含量，具有抗震性好、不受外界电磁干扰、检测灵敏度高等突出优点。

附图说明

图1为本实用新型的甲醛气体传感器的结构示意图；

图2为本实用新型的甲醛气体传感器中的半固体电解质层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的甲醛气体传感器的结构和作用原理作进一步说明：

如图1所示，本实用新型涉及一种甲醛气体传感器，该甲醛气体传感器包括密封的外壳11、用于检测甲醛气体的电池体12、导电丝转接板13和防水透气膜14，电池体12以及电池体12上的阳极导电丝124和阴极导电丝125被密封安装在外壳11内，阴极导电丝125和阳极导电丝124通过导电丝转接板13与PCB板电连接，导电丝转接板13固定安装在外壳11的外壁上，外壳11上开设有贯穿孔，防水透气膜14安装在贯穿孔处。

外壳11包括上壳体111和下壳体112，上壳体111与下壳体112之间通过超声波焊接的方式实现密封熔接。上壳体111和下壳体112分别可以采用ABS、PC、PE等具有一定强度并且耐腐蚀的材料制成。外壳11的作用包括：一、对内部电池体12提供结构上的支撑保护作用；二、构建甲醛及氧气发生化学反应的阳极及阴极气室(图中未标示)；三、为导电丝转接板13提供安全可靠的安装固定位；四、为防水透气膜14提供安装位。

外壳11的外壁上凸伸形成有熔接柱113，熔接柱113与外壳11一体成型，导电丝转接板13具有熔接端口131和用于固定在PCB板上的两个焊盘端子132，熔接端口131与熔接柱113通过热熔的方式固定连接。具体地，导电铂丝转接板13采用C型结构，通过两个较细的焊盘端子132固定到PCB板上，简单牢固。通过熔接端口131与上壳体111上的熔接柱113相连接，通过热熔的方式将导电丝转接板13牢固地固定在上壳体111上。上壳体111上的熔接柱113与外壳11的上壳体111成一体化设计，具有较强的支撑作用，避免现有技术中的传感器由于以较细的独立存在的熔接柱进行熔接的方式导致的超声波焊接过程中出现熔接柱震断的现象，从而增加了传感器的抗震性。熔接柱113与外壳11采用同样的材料，如ABS、PC、PE等，是在外壳11注塑过程中一次成型的，只通过热熔的方式就可以起到固定导电丝转接板13的作用，避免了现有技术的传感器中采用胶水固定的方式引起的催化剂中毒以及传感器零点偏高的现象。另外上壳体111与下壳体112通过超声波焊接的方式融合在一起之后阴极导电丝125和阳极导电丝124被完全包裹在传感器的外壳11内，没有裸露部分在外面，从而避免了现有技术的传感器中由于有部分导电丝裸露在外面从而在操作过程中容易出现误操作导致的导电丝断裂的现象以及由于裸露的导电丝收到外界WiFi模块等电磁干扰引起的信号异常现象，增加了传感器本身的稳定性及可靠性。

防水透气膜14是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶或氟化硅橡胶制成的气体扩散膜，其具有优异的防水性能，可以让气体分子自由进出传感器的外壳11而水及灰尘等无法通过。

电池体12包括半固体电解质层121以及设置在半固体电解质层121两侧的阳极电极122和阴极电极123，阳极电极122和阴极电极123分别通过阳极导电丝124和阴极导电丝125进行电信号传输。

如图2所示，半固体电解质层121包括多孔基材1211和液体电解质1212，液体电解质1212置放于多孔基材1211的孔洞内。半固体电解质层121起到隔绝阴阳极气体以及提供质子传递通道的作用。多孔基材1211可以是多孔陶瓷板、多孔聚四氟乙烯板、多孔PVC板或多孔e-PTFE板制成的板状基材，起结构上的支撑作用，并为液体电解质1212提供存储空间。液体电解质1212可以是硫酸、磷酸、苯磺酸、苯甲酸等酸性电解质中的一种或几种的组合，也可以是氯化钠溶液、醋酸钾溶液等中性电解质中的一种或几种的组合，还可以是氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液等碱性电解质中的一种或几种的组合。现有技术中有采用固体电解质充当甲醛传感器质子传递媒介的传感器，但是甲醛由于其分子的特殊性以及比较难于被氧化的特性比较适合于液体电解质，当使用固体电解质时由于质子传递速度较慢会影响整个化学反应的速度，进而影响甲醛气体传感器的响应时间，以至于不能及时有效的提供预警。

阳极电极122和阴极电极123上的催化剂层是由金(Au)、铑(Rh)、铂(Pt)、钌(Ru)、钯(Pd)、铱(Ir)或银(Ag)制成的，也可以是担载于导电碳颗粒上的上述金属或金属混合物，即上述金属或金属混合物担载于导电碳颗粒上，其中的导电碳颗粒可以是碳黑、碳纳米管或活性碳中的一种或几种的组合，优选采用担载于导电碳颗粒上的金属或金属混合物。阳极电极122和阴极电极123上的具体所采用的催化剂层与所使用的液体电解质是相对应的，因为有些催化剂层在酸性电解质中活性强，有些催化剂层在中性电解质中的活性强，有些催化剂层则在碱性电解质中活性强。

多孔基材1211的孔洞的孔径决定于所采用的液体电解质1212的种类，多孔基材1211设计的孔洞的孔径要刚好与液体电解质1212的分子大小相当，即相同，这样可以提供最佳的液体电解质存储功能，如果孔径比液体电解质1212的分子小，则液体电解质1212的分子无法进入孔洞中从而会出现常规纯液体电解质存在的漏液现象；如果孔径比液体电解质1212的分子大，则液体电解质1212可以自由进出孔洞，这样不但会出现常规纯液体电解质存在的干涸现象，还会出现阴阳极的气体分子通过孔洞内的空隙互相串通的现象而出现电势抵消造成的灵敏度低的现象。除此之外所选用的多孔基材1211的分子结构要与液体电解质1212的分子之间具有一定的匹配性，可以形成分子间作用力，从而加强多孔基材1211存储液体电解质1212的能力，以提供最佳的质子传递性能以及最佳的气体隔绝效果。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种甲醛气体传感器，其特征在于，包括密封的外壳(11)、用于检测甲醛气体的电池体(12)、导电丝转接板(13)和防水透气膜(14)，所述电池体(12)以及所述电池体(12)上的阴极导电丝(125)和阳极导电丝(124)被密封安装在所述外壳(11)内，所述阴极导电丝(125)和阳极导电丝(124)通过导电丝转接板(13)与PCB板电连接，所述导电丝转接板(13)固定安装在所述外壳(11)的外壁上，所述外壳(11)上开设有贯穿孔，所述防水透气膜(14)安装在所述贯穿孔处。

2.根据权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述外壳(11)的外壁上凸伸形成有熔接柱(113)，所述熔接柱(113)与所述外壳(11)一体成型，所述导电丝转接板(13)具有熔接端口(131)和用于固定在PCB板上的两个焊盘端子(132)，所述熔接端口(131)与所述熔接柱(113)通过热熔的方式固定连接。

3.根据权利要求2所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述外壳(11)包括上壳体(111)和下壳体(112)，所述上壳体(111)与所述下壳体(112)之间通过超声波焊接的方式实现密封熔接。

4.根据权利要求3所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述上壳体(111)、下壳体(112)和熔接柱(113)分别是由ABS、PC或PE制成的；所述防水透气膜(14)是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶或氟化硅橡胶制成的气体扩散膜。

5.根据权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述电池体(12)包括半固体电解质层(121)以及设置在所述半固体电解质层(121)两侧的阳极电极(122)和阴极电极(123)，所述阳极电极(122)和所述阴极电极(123)分别通过所述阳极导电丝(124)和阴极导电丝(125)进行电信号传输；所述半固体电解质层(121)包括用于置放液体电解质的多孔基材(1211)。

6.根据权利要求5所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述多孔基材(1211)是多孔陶瓷板、多孔聚四氟乙烯板、多孔PVC板或多孔e-PTFE板制成的板状基材。

7.根据权利要求5所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述阳极电极(122)和阴极电极(123)上的催化剂层是由金、铑、铂、钌、钯、铱或银制成的。