CN217156396U - 一种覆膜多腔体水质分析传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种覆膜多腔体水质分析传感器的内部设置多个电解液腔体，其在工作电极和参比电极的电解液腔体之间的腔体内设置盐桥，实现对工作电极电解液与参比电极电解液在一定程度上的非完全阻隔，使工作电极和参比电极的工作状态是相对独立，互不影响；同时，本实用新型的覆膜多腔体水质分析传感器在向工作电极所在腔体内添加催化剂等化学物质时，不会影响参比电极内的电解液的物质成分组成，不影响参比电极的电势，使得本实用新型覆膜多腔体水质分析传感器的检测结果更准确。

Description

一种覆膜多腔体水质分析传感器

技术领域

本实用新型涉及水质检测分析领域，具体为一种覆膜多腔体水质分析传感器。

背景技术

电化学传感器最早起源于20 世纪50年代，主要用于氧气监测。电化学传感器主要由固定化的感应元件（识别系统）和换能器（转换系统）两部分构成，首先将具有特定识别功能的材料固定于基体表面形成感应元件，该识别系统主要有两个作用：感应元件特异性地与目标物质发生反应，并将获得的反应参数转化成传导系统可以产生感应信号；接着产生的感应信号被作为转换系统的换能器接收，该转换系统同样主要具有两个功能：首先将接收到的感应信号转化为可以测量的电学、电化学等电信号，然后把所获得的电信号通过电子系统二次放大处理后输出，通过仪器显示记录下来。由于通过二次放大的电信号与目标物质浓度成比例，依据它们之间的线性关系实现对目标物质的定性和定量分析检测。电化学传感器广泛应用于医药分析、环境监控、在线分析等领域。

按照输出的电化学信号的不同，可以将电化学传感器划分为电位型传感器、电流型传感器、电导型传感器、电容型传感器等几类。其中，电位型传感器实质是由电极和电解质溶液组成的原电池体系，它是将电解质溶液中的目标物质作用于电极而产生的电位作为输出信号，通过能斯特(Nernst)方程和被测物质联系起来，由于电动势变化与目标物质浓度的对数成正比实现线性检测目标物质的装置，是目前应用最广泛的电化学传感器，已经在水质分析、废水处理、环境保护和医学等众多领域得到应用。

目前，在水质在线监测领域通常采用覆膜式电化学传感器（如：覆膜溶解氧电极、覆膜余氯电极、覆膜总氯电极、覆膜二氧化氯电极等），覆膜式电化学传感器常采用三电极体系，包括工作电极、参比电极和对电极，并使用膜片将电极内部和外部隔离。三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，另一个回路由工作电极和对电极组成。三电极体系能够消减工作电极和对电极的电极电位在测试过程中发生变化的影响。

但是，传统的覆膜式电化学传感器往往仅有一个电解液腔体，目前常在电解液腔体中添加催化剂等特殊成分的化学反应物质，以促进其电化学反应的发生，由于其工作电极和参比电极共处同一个电解液腔体，在添加催化剂等物质时，往往影响参比电极的电势，导致覆膜式电化学传感器信号产生漂移。因此，此技术问题亟待解决。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种覆膜多腔体水质分析传感器，以解决由于覆膜式电化学传感器的工作电极和参比电极共处同一个电解液腔体，在添加催化剂等物质时，会对参比电极的电势造成影响，从而导致覆膜式电化学传感器信号产生漂移的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种覆膜多腔体水质分析传感器，包括外壳1，外壳1内设置第一腔体6、第二腔体7和第三腔体8；所述第一腔体6内充盈有参比电解液，参比电极3整体浸泡于参比电解液中；所述第一腔体6通过第一渗透孔61与第二腔体7相连通，第二腔体7内充盈有盐桥电解液；第二腔体7通过第二渗透孔71与第三腔体8相连通，第三腔体8内充盈有工作电解液；第一渗透孔61和第二渗透孔71处均安装有多孔渗透材料；第三腔体8的内壁表面出露有工作电极2的头部端面，工作电极2的头部端面能与第三腔体8内的工作电解液相接触；第三腔体8内且与工作电极2的头部端面相对的外壳1表面密封设置有隔膜5；工作电极2的头部端面与隔膜5的内表面间隙配合；外壳1表面出露有对电极4的头部端面。

优选的，第一渗透孔61开设于第一腔体6的底壁上，且与第二腔体7的顶壁相接；第二渗透孔71开设于第二腔体7的底壁或侧壁上，且与第三腔体8的顶壁或侧壁相接。

优选的，多孔渗透材料孔径在0.1μm~10μm之间。

优选的，多孔渗透材料为棉、多孔聚四氟乙烯、多孔陶瓷材料中的一种。

优选的，工作电极2、参比电极3以及对电极4的信号输出端分别延伸出工作电极导线21、参比电极导线31以及对电极导线41并与信号处理电路9的信号输入端相接。

优选的，工作电极导线21、参比电极导线31以及对电极导线41的表面设置有绝缘层。

优选的，参比电解液为KCl溶液，参比电解液浓度0.1~3.3mol/L。

优选的，工作电极2为黄金、铂金、玻碳中的一种。

优选的，参比电极3为银/卤化银电极。

优选的，隔膜5为多孔材料，材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、尼龙中的一种。

本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型的覆膜多腔体水质分析传感器的内部设置多个电解液腔体，在工作电极和参比电极的电解液腔体之间的腔体内设置盐桥，实现对工作电极电解液与参比电极电解液在一定程度上的非完全阻隔，使工作电极和参比电极的工作状态是相对独立，互不影响。

2、本实用新型的覆膜多腔体水质分析传感器在向工作电极所在腔体内添加催化剂等化学物质时，不会影响参比电极内的电解液的物质成分组成，不影响参比电极的电势，使得本实用新型公开的一种覆膜多腔体水质分析传感器的检测结果更准确。

附图说明

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

附图标记说明：1、外壳；2、工作电极；21、工作电极导线；3、参比电极；31、参比电极导线；4、对电极；41、对电极导线；5、隔膜；6、第一腔体；61、第一渗透孔；7、第二腔体；71、第二渗透孔；8、第三腔体；9、信号处理电路；10、总信号输出导线。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型一种覆膜多腔体水质分析传感器做进一步详细的描述。

本实用新型要解决的技术问题是由于覆膜式电化学传感器的工作电极和参比电极共处同一个电解液腔体，在添加催化剂等物质时，会对参比电极的电势造成影响，从而导致覆膜式电化学传感器信号产生漂移。

采用本实用新型所公开的一种覆膜多腔体水质分析传感器具有如下技术效果：覆膜多腔体水质分析传感器的内部设置多个电解液腔体，在工作电极和参比电极的电解液腔体之间的腔体内设置盐桥，实现对工作电极电解液与参比电极电解液在一定程度上的非完全阻隔，使工作电极和参比电极的工作状态是相对独立，互不影响。在向工作电极所在腔体内添加催化剂等化学物质时，不会影响参比电极内的电解液的物质成分组成，不影响参比电极的电势，使得本实用新型公开的一种覆膜多腔体水质分析传感器的检测结果更准确。

如图1所示，基于以上要解决的技术问题，本实用新型公开了一种覆膜多腔体水质分析传感器，包括外壳1，外壳1为绝缘材质，外壳1内设置有第一腔体6、第二腔体7和第三腔体8；所述第一腔体6内充盈有参比电解液，使参比电极3整体浸泡于参比电解液；其中，参比电极3为银卤化银电极，如：Ag/AgCl；参比电解液为KCl溶液，电解液浓度为0.1~3.3mol/L。

参比电极3的信号输出端延伸出参比电极导线31并与信号处理电路9的信号输入端相接，参比电极导线31的表面设置有绝缘层。

所述第一腔体6通过第一渗透孔61与第二腔体7相连通，第一渗透孔61开设于第一腔体6底壁上，第一渗透孔61处安装有多孔渗透材料，多孔渗透材料用于减缓物质扩散/渗透速度，起到非完全阻隔电解液渗透的作用，多孔渗透材料的孔径介于0.1μm~10μm。

所述第二腔体7内充盈有盐桥电解液，盐桥电解液为凝胶类电解液，凝胶类电解液浓度0.1~3.3mol/L。第二腔体7内设置盐桥的目的是对第一腔体6和第三腔体8内充盈的参比电解液和工作电解液进行隔离，使第一腔体6的参比电解液与第三腔体8的工作电解液不直接接触，从而保护参比电极3不受第三腔体8的工作电解液中的化学物质干扰。

第二腔体7的纵截面为长方形，且短边所在面为第二腔体7的顶壁和底壁，长边所在面为第二腔体7的侧壁。

第二腔体7通过第二渗透孔71与第三腔体8相连通，第二渗透孔71开设于第二腔体7的侧壁上，第二渗透孔71远离第一渗透孔61且靠近第二腔体7的底壁，此目的是为了避免发生第一腔体6内的参比电解液和第三腔体8内的工作电解液出现短流的情况，使第二腔体7内的盐桥电解液起到对参比电解液和工作电解液进行有效的隔离功能。

第二渗透孔71处安装有多孔渗透材料，多孔渗透材料用于减缓物质扩散/渗透速度，起到非完全阻隔电解液渗透的作用，多孔渗透材料的孔径介于0.1μm~10μm。

上述第一渗透孔61和第二渗透孔71处安装的多孔渗透材料为棉、多孔聚四氟乙烯、多孔陶瓷材料中的一种，其作用是降低各腔体内的电解液的渗透速率，避免由于电解液之间相互渗透率过高而造成测量结果不准确。

第三腔体8内充盈有工作电解液，第三腔体8内的工作电解液可以根据待测液体的性质不同，检测的水质指标不同，从而填充不同类型的电解液。

各腔体内部电解液主要用于形成离子导电通路，其中参比电解液参与参比电极的电势平衡，从而使得参比电位稳定，进而使检测结果更加稳定。

第三腔体8的内壁表面出露有工作电极2的头部端面，使工作电极2能与第三腔体8内的工作电解液相接触，工作电极2的信号输出端延伸出工作电极导线21并与信号处理电路9的信号输入端相接，工作电极导线21的表面设置有绝缘层。工作电极2为黄金、铂金、玻碳等惰性导电金属材料中的一种。

第三腔体8内与工作电极2的头部端面相对的外壳1表面密封设置有隔膜5，隔膜5可以为一次性隔膜或可更换隔膜，隔膜5主要用于阻隔被测溶液中可能污染工作电极的物质，同时选择性地透过被测物质，使被测物质进入第三腔体8内与工作电极2的头部端面相接触。工作电极2的头部端面与隔膜5的内表面间隙配合，间隙值需尽可能小，以提高电极响应速度。

上述隔膜5为多孔材料，材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、尼龙等其中的一种。

外壳1表面还出露有对电极4的头部端面，对电极4的信号输出端延伸出对电极导线41并与信号处理电路9的信号输入端相接，对电极导线41的表面设置有绝缘层。

对电极4主要用于构成反应电流回路，其反应副产物不影响工作电极2和参比电极3的工作状态。

工作电极2的头部端面与对电极4的头部端面在水质检测时能同时接触待检测溶液，形成电化学反应回路，促使电化学反应的发生。

信号处理电路9用于对各个电极进行控制，并将需要检测的电流或电势转换成数字信号，信号处理电路9输出的信号通过总信号输出导线10输入仪表或计算机系统中进行进一步数据处理。

作为优化，三个腔体布置顺序为沿重力方向，从上到下依次布置为第一腔体6、第二腔体7、第三腔体8，且在第一腔体6底壁上开设第一渗透孔61与第二腔体7的顶壁相接，使第一腔体6和第二腔体7相连通，第二腔体7底壁上开设第二渗透孔71与第三腔体8的顶壁相接，使第二腔体7和第三腔体8相连通，同时，第一渗透孔61和第二渗透孔71处均安装有多孔渗透材料，此结构能够在重力的作用下，防止电解液发生倒流。

可以理解，本实用新型是通过一些具体实施方式进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和具体实施方式进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和具体实施方式进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施方式的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的具体实施方式和实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，包括外壳(1)，外壳(1)内设置第一腔体(6)、第二腔体(7)和第三腔体(8)；所述第一腔体(6)内充盈有参比电解液，参比电极(3)整体浸泡于参比电解液中；所述第一腔体(6)通过第一渗透孔(61)与第二腔体(7)相连通，第二腔体(7)内充盈有盐桥电解液；第二腔体(7)通过第二渗透孔(71)与第三腔体(8)相连通，第三腔体(8)内充盈有工作电解液；第一渗透孔(61)和第二渗透孔(71)处均安装有多孔渗透材料；第三腔体(8)的内壁表面出露有工作电极(2)的头部端面，工作电极(2)的头部端面能与第三腔体(8)内的工作电解液相接触；第三腔体(8)内且与工作电极(2)的头部端面相对的外壳(1)表面密封设置有隔膜(5)；工作电极(2)的头部端面与隔膜(5)的内表面间隙配合；外壳(1)表面出露有对电极(4)的头部端面。

2.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，第一渗透孔(61)开设于第一腔体(6)的底壁上，且与第二腔体(7)的顶壁相接；第二渗透孔(71)开设于第二腔体(7)的底壁或侧壁上，且与第三腔体(8)的顶壁或侧壁相接。

3.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，多孔渗透材料孔径在0.1μm~10μm之间。

4.根据权利要求3所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，多孔渗透材料为棉、多孔聚四氟乙烯、多孔陶瓷材料中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，工作电极(2)、参比电极(3)以及对电极(4)的信号输出端分别延伸出工作电极导线(21)、参比电极导线(31)以及对电极导线(41)并与信号处理电路(9)的信号输入端相接。

6.根据权利要求5所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，工作电极导线(21)、参比电极导线(31)以及对电极导线(41)的表面设置有绝缘层。

7.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，参比电解液为KCl溶液，参比电解液浓度0.1~3.3mol/L。

8.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，工作电极(2)为黄金、铂金、玻碳中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，参比电极(3)为银/卤化银电极。

10.根据权利要求1所述的一种覆膜多腔体水质分析传感器，其特征在于，隔膜(5)为多孔材料，材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、尼龙中的一种。

Images