[實(shí)用新型]氧氣傳感器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720066495.3
• 申請(qǐng)日: 2007-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN201043962Y
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玲;邰立峰;蘇愛民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華瑞科學(xué)儀器(上海)有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/403
• 分類號(hào): G01N27/403;G01N27/416;G01N27/407
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 錢慰民

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種氧氣傳感器，尤其涉及一種電解型氧氣傳感器。

背景技術(shù)

電化學(xué)氧氣傳感器是一種目前廣泛用來監(jiān)測(cè)氧氣的傳感器。發(fā)明名稱為“GAS?SENSOR”的美國(guó)發(fā)明專利US4,132,616和US4,324,632描述了一種原電池型的氧氣傳感器。工作中，氧氣通過一毛細(xì)孔擴(kuò)散到工作電極，與那里的水和電子結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，形成氫氧根離子。氫氧根離子通過電解質(zhì)流到對(duì)電極，與鉛電極反應(yīng)，形成氧化鉛、水和電子。氫氧根離子在工作電極和對(duì)電極之間的移動(dòng)形成電流，該電流與氧氣的百分比濃度成正比。由此，通過測(cè)量電流可以得知氧氣濃度。

發(fā)明名稱為“SOLID?POLYMER?ELECTROLYTE?OXYGEN?SENSOR”的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0034987描述了一種電解型氧氣傳感器，其關(guān)鍵部件是電解質(zhì)/電極組件，具體包括固體電解質(zhì)、工作電極、對(duì)電極和參比電極。其中，工作電極安裝在固體電解質(zhì)的一側(cè)，對(duì)電極和參比電極安裝在固體電解質(zhì)的另一側(cè)。工作中，氧氣通過一毛細(xì)孔擴(kuò)散到工作電極，與那里的氫離子和電子結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，形成水分子。水分子通過固體電解質(zhì)滲透到其另一側(cè)。另一方面，在對(duì)電極處，水分子被電解，形成氧氣、氫離子和電子。在所形成的氧氣、氫離子和電子中，氧氣從一出氣孔排出，氫離子通過固體電解質(zhì)遷移到工作電極，而電子則通過一外電路從對(duì)電極達(dá)到工作電極。遷移到工作電極的氫離子和來自對(duì)電極的電子用于補(bǔ)償前述還原反應(yīng)所消耗的氫離子和電子，并且形成還原電流。還原電流與氧氣的百分比濃度成正比。

發(fā)明名稱為“固體聚合物電解質(zhì)毛細(xì)管型氧傳感器”、專利號(hào)為ZL94107055.7的中國(guó)發(fā)明專利也描述了一種電解型氧氣傳感器，還描述了一種用碾壓法將防水透氣擴(kuò)散電極固定在固體聚合物電解質(zhì)上的制備方法。

上述專利或?qū)＠暾?qǐng)的內(nèi)容通過引用包含在此。

圖1是一結(jié)構(gòu)示意圖，例示了一種現(xiàn)有技術(shù)的電解型氧氣傳感器。如圖1所示，氧氣傳感器100包括固體電解質(zhì)膜110。固體電解質(zhì)膜110的一側(cè)載有工作電極112，另一側(cè)載有對(duì)電極114和可選的參比電極116。通常，將工作電極112設(shè)計(jì)為陰極，對(duì)電極114設(shè)計(jì)為陽極，并且在工作電極和參比電極之間施加一負(fù)偏壓，即將工作電極的電位設(shè)置成低于參比電極的電位。外殼120包括殼體122和殼蓋124。如圖1所示，殼體122和殼蓋124以螺紋結(jié)構(gòu)連接，將固體電解質(zhì)膜110以及電極112、114和116封裝在內(nèi)。

在傳感器100中，殼蓋124與防塵膜126和限流器130一起構(gòu)成一入口組件。其中，防塵膜126位于殼蓋124上，可以由諸如聚丙烯或聚酯等材料制成，用于防止灰塵和其它顆粒污染物進(jìn)入傳感器100，保護(hù)固體電解質(zhì)膜110和工作電極112不受污染。殼蓋124位于限流器130上并具有一氣孔128，氣孔128允許氧氣從中通過。限流器130具有一擴(kuò)散毛細(xì)孔132，毛細(xì)孔132與殼蓋124上的氣孔128連通。毛細(xì)孔132的孔面積和長(zhǎng)度可以控制氧氣到達(dá)工作電極112的擴(kuò)散速率，而氧氣的擴(kuò)散速率會(huì)進(jìn)一步影響氧氣在工作電極112處的還原反應(yīng)速率、物質(zhì)的傳遞以及電流的測(cè)量結(jié)果。

傳感器100的關(guān)鍵部件是電解質(zhì)/電極組件，它包括固體電解質(zhì)膜110以及電極112、114和116。許多因素，諸如固體電解質(zhì)膜110的成份和處理方式，電極112、114和116與固體電解質(zhì)膜110之間的固定工藝以及電極112、114和116的布置等等，都會(huì)影響電解質(zhì)/電極組件的性能。例如，固體電解質(zhì)膜110可以由Nafion制成。電極112、114和116可以通過熱壓法固定到固體電解質(zhì)膜110上。另外，電極112、114和116通過傳感器110內(nèi)部的白金絲(未圖示)分別與三個(gè)引腳162、164和166相連。白金絲可以通過接觸方式連接到三個(gè)電極112、114和116上，以及用傳統(tǒng)技術(shù)焊接到三個(gè)引腳162、164和166上。引腳162、164和166連接外部測(cè)量電子設(shè)備，為其提供電流輸出和偏置輸入。