CN219830930U - 电化学气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电化学气体传感器，其包括检测外壳体，检测外壳体相对的第一侧面与第二侧面分别具有第一进气孔与第二进气孔，检测外壳体内由第一侧面至第二侧面方向依次顺序分布有第一气体扩散滤膜、工作电极、第一电解质液携带多孔体、参比电极、第二电解质液携带多孔体、对电极以及第二气体扩散滤膜，电极催化保护层设置在第一电解质液携带多孔体与第二电解质液携带多孔体之间并包裹参比电极以用于保护参比电极，检测外壳体上连接有多个导销，工作电极、参比电极以及对电极分别连接有导销。上述电化学气体传感器能够确保参比电极的电位不受测试气体环境影响，从而保证了电极电位的稳定性，输出稳定电流。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种电化学气体传感器。
背景技术
目前，在电化学气体传感器中，工作电极、参比电极、对电极设置在电解液保持体周围的空间，特别是参比电极暴露在测试气体环境中，参比电极直接参与催化作用，从而影响了参比电极的电位，随着测试时间传感器输出的电流逐渐降低，产生了影响电化学气体传感器的测定精度的问题。
实用新型内容
基于此，针对传统技术中参比电极暴露在测试气体环境中，参比电极直接参与催化作用，从而影响了参比电极的电位，随着测试时间传感器输出的电流逐渐降低，产生了影响电化学气体传感器的测定精度的问题，有必要提供一种电化学气体传感器。
本申请一实施例的电化学气体传感器能够确保参比电极的电位不受测试气体环境影响，从而保证了电极电位的稳定性，输出稳定电流。
本申请一实施例的电化学气体传感器，包括检测外壳体、第一气体扩散滤膜、工作电极、第一电解质液携带多孔体、参比电极、电极催化保护层、第二电解质液携带多孔体、对电极、第二气体扩散滤膜以及导销，所述检测外壳体相对的第一侧面与第二侧面分别具有第一进气孔与第二进气孔，所述检测外壳体内由所述第一侧面至所述第二侧面方向依次顺序分布有第一气体扩散滤膜、工作电极、第一电解质液携带多孔体、参比电极、第二电解质液携带多孔体、对电极以及第二气体扩散滤膜，所述电极催化保护层设置在所述第一电解质液携带多孔体与所述第二电解质液携带多孔体之间并包裹所述参比电极，所述电极催化保护层用于保护所述参比电极，所述检测外壳体上连接有多个所述导销，所述工作电极、所述参比电极以及所述对电极分别连接有所述导销。
在其中一些实施例中，所述电化学气体传感器还包括第一密封垫以及第一密封盖，所述检测外壳体的所述第一侧面具有第一开口，所述第一密封盖设置在所述第一开口处，所述第一密封垫位于所述第一密封盖与所述检测外壳体之间。
在其中一些实施例中，所述第一密封垫为环形密封垫。
在其中一些实施例中，所述电化学气体传感器还包括第二密封垫以及第二密封盖，所述检测外壳体的所述第二侧面具有第二开口，所述第二密封盖设置在所述第二开口处，所述第二密封垫位于所述第二密封盖与所述检测外壳体之间。
在其中一些实施例中，所述第二密封垫为环形密封垫。
在其中一些实施例中，所述电化学气体传感器还包括保护层基板，所述保护层基板设置在所述参比电极与所述第二电解质液携带多孔体之间，所述电极催化保护层位于所述保护层基板与所述第一所述电解质液携带多孔体之间。
在其中一些实施例中，所述保护层基板为塑胶片。
在其中一些实施例中，所述导销设置在所述第二侧面上。
在其中一些实施例中，所述第二电解质液携带多孔体的至少一个侧面与所述检测外壳体的内壁具有间隔。
在其中一些实施例中，各个所述导销分别通过导线连接所述工作电极、所述参比电极以及所述对电极。
在其中一些实施例中，所述第一电解质液携带多孔体与所述第二电解质液携带多孔体均为采用耐酸多孔性材料制备而成的耐酸电解液保持体。
在其中一些实施例中，所述第二电解质液携带多孔体上述设置有压力调整孔。
上述电化学气体传感器，在第一电解质液携带多孔体上部设置参比电极，不仅能有效防止参比电极的电位不受测试气体环境影响，从而保证了电极电位的稳定性，稳定的电流输出，能够正确测定被测气体的浓度。
上述电化学气体传感器，参比电极的作用机理是CO、H2等测试气体被参比电极周围设置的电极催化保护层上的Au纳米粒子的催化氧化成为CO2、H2O，不会直接影响参比电极的电位，保证了电极电位的安定性。
上述电化学气体传感器中，所述第二电解质液携带多孔体的至少一个侧面与所述检测外壳体的内壁具有间隔，且所述第二电解质液携带多孔体上述设置有压力调整孔，能够便于调整空间部压力，在第二电解质液携带多孔体中设置压力调整孔，即使第二电解质液携带多孔体从外部吸湿产生的水，电化学气体传感器配置环境的变化而产生压力的变化，也不会影响气体检测性能，能有效及时对应。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，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。
为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
图1为本实用新型一实施例所述的电化学气体传感器示意图；
图2为本实用新型一实施例所述的电化学气体传感器与传统技术在测定回路时比较的实验结果示意图。
附图标记说明
10、电化学气体传感器；100、检测外壳体；101、第一进气孔；102、第二进气孔；200、第一气体扩散滤膜；300、工作电极；400、第一电解质液携带多孔体；500、参比电极；600、电极催化保护层；700、第二电解质液携带多孔体；800、对电极；900、第二气体扩散滤膜；1000、导销；1100、第一密封垫；1200、第一密封盖；1300、第二密封垫；1400、第二密封盖；1500、保护层基板。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供一种电化学气体传感器10，以解决传统技术中参比电极500暴露在测试气体环境中，参比电极500直接参与催化作用，从而影响了参比电极500的电位，随着测试时间传感器输出的电流逐渐降低，产生了影响电化学气体传感器10的测定精度的问题。以下将结合附图对进行说明。上述的电化学气体传感器10能用于测定CO、H2等还原性气体的浓度。
本申请实施例提供的电化学气体传感器10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本申请实施例提供的电化学气体传感器10的结构示意图。为了更清楚的说明电化学气体传感器10的结构，以下将结合附图对电化学气体传感器10进行介绍。
示例性的，请参阅图1所示，一种电化学气体传感器10，包括检测外壳体100、第一气体扩散滤膜200、工作电极300、第一电解质液携带多孔体400、参比电极500、电极催化保护层600、第二电解质液携带多孔体700、对电极800、第二气体扩散滤膜900以及导销1000。
检测外壳体100具有电解液室。电解液室内容置电解液，电解液是跟随对应测定对象的气体产生相应的变化。例如，检测对象为一氧化碳时，使用硫酸水溶液作为电解液，有关电解液的种类，需检测的测定对象及测定环境进行相应适当选择决定。
检测外壳体100相对的第一侧面与第二侧面分别具有第一进气孔101与第二进气孔102。为了将测定对象的气体流入到电解液室至少要设置一个第一进气孔101，此第一进气孔101可以使壳体外部与电解液室之间的气体流动进出。
检测外壳体100的电解液室内由第一侧面至第二侧面方向依次顺序分布有第一气体扩散滤膜200、工作电极300、第一电解质液携带多孔体400、参比电极500、第二电解质液携带多孔体700、对电极800以及第二气体扩散滤膜900。
在工作极的上方和对电极800的下方分别配置了第一气体扩散滤膜200、第二气体扩散滤膜900，第一气体扩散滤膜200、第二气体扩散滤膜900作用是选择检测气体的气体通过，其他气体及尘埃、油份等物质滤出隔离。
电极催化保护层600设置在第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700之间并包裹参比电极500，电极催化保护层600用于保护参比电极500。检测外壳体100上连接有多个导销1000。工作电极300、参比电极500以及对电极800分别连接有一个导销1000。
在其中一些实施例中，参比电极500为铂催化层。电极催化保护层600为Au、Pt等贵金属纳米层，其中以Au为最佳。工作电极300为铂催化剂层。对电极800为铂催化剂层。第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700均为耐酸性的材料制备而成。不难理解，在其他实施例总，参比电极500、电极催化保护层600、工作电极300、对电极800的具体制备材料还可以根据实际需要进行选择。
上述电化学气体传感器10，参比电极500的作用机理是CO、H2等测试气体被参比电极500周围设置的电极催化保护层600上的Au纳米粒子的催化氧化成为CO2、H2O，不会直接影响参比电极500的电位，保证了电极电位的安定性。化学反应式如下：
CO+1/2O2→CO2；
H2+1/2O2→H2O。
在其中一些实施例中，参见图1所示，电化学气体传感器10还包括第一密封垫1100以及第一密封盖1200。检测外壳体100的第一侧面具有第一开口，第一密封盖1200设置在第一开口处，第一密封垫1100位于第一密封盖1200与检测外壳体100之间。第一密封垫1100以及第一密封盖1200的作用能够方便装配各个组件。
在其中一些实施例中，第一密封垫1100为环形密封垫。
在其中一些实施例中，环形密封垫可以是橡胶垫。
在其中一些实施例中，参见图1所示，电化学气体传感器10还包括第二密封垫1300以及第二密封盖1400。检测外壳体100的第二侧面具有第二开口，第二密封盖1400设置在第二开口处，第二密封垫1300位于第二密封盖1400与检测外壳体100之间。第二密封垫1300以及第二密封盖1400的作用能够方便装配各个组件。
在其中一些实施例中，第二密封垫1300为环形密封垫。
在其中一些实施例中，环形密封垫可以是橡胶垫。
上述检测外壳体100的内部因储存电解液，必须采用内部的电解液不能泄漏的构造，使用第一密封垫1100、第二密封垫1300等各种密封零件进行密封处理，电解液被封入电解液室，从电解液室内不能向外流出的构造，提高了电化学气体传感器10的密封性能。
在其中一些实施例中，电化学气体传感器10还包括保护层基板1500。保护层基板1500设置在参比电极500与第二电解质液携带多孔体700之间，电极催化保护层600位于保护层基板1500与第一电解质液携带多孔体之间。
在其中一些实施例中，保护层基板1500为塑胶片。
在其中一些实施例中，参见图1所示，导销1000设置在第二侧面上。相邻的导销1000之间具有间隔。
在其中一些实施例中，第二电解质液携带多孔体700的至少一个侧面与检测外壳体100的内壁具有间隔。由于第二电解质液携带多孔体700的至少一个侧面与检测外壳体100的内壁具有间隔，随着电解液的增减，电解液室内部与外部的压力差可以相互抵消。参见图1所示，第二电解质液携带多孔体700的左右两个侧面分别与检测外壳体100的内壁具有间隔。
在其中一些实施例中，参见图1所示，各个导销1000分别通过导线连接工作电极300、参比电极500以及对电极800。
在其中一些实施例中，第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700均为采用耐酸多孔性材料制备而成的耐酸电解液保持体。
第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700采用的多孔材料，能保持电解液。由于第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700是保持电解液，上述的工作电极300、参比电极500与对电极800是通过电解液来连接导通的。作为第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700的构成材料，是多孔材料，能保持电解液，可以选择不被电解液劣化(如耐酸性)的材料。具体地，第一电解质液携带多孔体400与第二电解质液携带多孔体700的制备材料可以是如陶瓷、玻璃等、树脂等的多孔性材料，最好是不易破损的材料，与陶瓷材料相比价格相对便宜的聚丙烯(PP)材料等树脂材料比较适中。另外，必须选用第一电解质液携带多孔体400、第二电解质液携带多孔体700内部的设置空间与电解液保持体的外部之间，液体可以出入的材料。
在其中一些实施例中，第二电解质液携带多孔体700上述设置有压力调整孔。上述电化学气体传感器10中，第二电解质液携带多孔体700的至少一个侧面与检测外壳体100的内壁具有间隔，且第二电解质液携带多孔体700上述设置有压力调整孔，能够便于调整空间部压力，在第二电解质液携带多孔体700中设置压力调整孔，即使第二电解质液携带多孔体700从外部吸湿产生的水，电化学气体传感器10配置环境的变化而产生压力的变化，也不会影响气体检测性能，能有效及时对应。
例如，在一个具体示例中将一氧化碳(CO)作为测定对象为例进行说明。将一氧化碳作为测定对象时，在工作电极300一端的一氧化碳被氧化成二氧化碳所发生氧化反应过程；在工作电极300另一端氧气被还原成水所发生还原反应过程。这时，测定到工作电极300与对电极800之间有电流产生，而电流与从气体浓度成线性比例，可以测定一氧化碳的浓度。
上述的电化学式气体传感器与传统技术的电化学式气体传感器在测定回路时比较的实验结果，参见图2所示，图2为本实用新型一实施例的电化学气体传感器10与传统技术在测定回路时比较的实验结果示意图，图2中横坐标为时间(单位小时)，纵坐标为电流(单位为μA)，图中，经过5小时的连续测试，回路输出稳定电流会有20％的减少，其中图2中三角形△线条表示的是传统技术的电化学式气体传感器，圆形○线条表示的是本实用新型的电化学式气体传感器。在本实用新型的电化学气体传感器10中，参比电极500由于与测试气氛隔离，没有参加催化反应，使得回路输出稳定电流，确保了传感器的测试精度。在传统技术中的电化学式气体传感器中，由于参比电极500暴露在测试气氛中，就被动地参加了催化反应，随着测试时间的推移，使得回路输出电流逐渐下降，就影响了传感器的测试精度。
综上，上述电化学气体传感器10，在第一电解质液携带多孔体400上部设置参比电极500，不仅能有效防止参比电极500的电位不受测试气体环境影响，从而保证了电极电位的稳定性，稳定的电流输出，能够正确测定被测气体的浓度。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电化学气体传感器，其特征在于，包括检测外壳体、第一气体扩散滤膜、工作电极、第一电解质液携带多孔体、参比电极、电极催化保护层、第二电解质液携带多孔体、对电极、第二气体扩散滤膜以及导销，所述检测外壳体相对的第一侧面与第二侧面分别具有第一进气孔与第二进气孔，所述检测外壳体内由所述第一侧面至所述第二侧面方向依次顺序分布有第一气体扩散滤膜、工作电极、第一电解质液携带多孔体、参比电极、第二电解质液携带多孔体、对电极以及第二气体扩散滤膜，所述电极催化保护层设置在所述第一电解质液携带多孔体与所述第二电解质液携带多孔体之间并包裹所述参比电极，所述电极催化保护层用于保护所述参比电极，所述检测外壳体上连接有多个所述导销，所述工作电极、所述参比电极以及所述对电极分别连接有所述导销。
2.根据权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述电化学气体传感器还包括第一密封垫以及第一密封盖，所述检测外壳体的所述第一侧面具有第一开口，所述第一密封盖设置在所述第一开口处，所述第一密封垫位于所述第一密封盖与所述检测外壳体之间。
3.根据权利要求2所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述第一密封垫为环形密封垫。
4.根据权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述电化学气体传感器还包括第二密封垫以及第二密封盖，所述检测外壳体的所述第二侧面具有第二开口，所述第二密封盖设置在所述第二开口处，所述第二密封垫位于所述第二密封盖与所述检测外壳体之间。
5.根据权利要求4所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述第二密封垫为环形密封垫。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述电化学气体传感器还包括保护层基板，所述保护层基板设置在所述参比电极与所述第二电解质液携带多孔体之间，所述电极催化保护层位于所述保护层基板与所述第一所述电解质液携带多孔体之间。
7.根据权利要求6所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述保护层基板为塑胶片。
8.根据权利要求1-5、7任意一项所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述导销设置在所述第二侧面上。
9.根据权利要求1-5、7任意一项所述的电化学气体传感器，其特征在于，所述第二电解质液携带多孔体的至少一个侧面与所述检测外壳体的内壁具有间隔。
10.根据权利要求1-5、7任意一项所述的电化学气体传感器，其特征在于，各个所述导销分别通过导线连接所述工作电极、所述参比电极以及所述对电极。
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