[發明專利]氣體傳感器

在審

• 申請號: 201310373828.7
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103630595A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 拉爾夫·史迪奇;彼得·齊格勒;盧西亞娜·皮塔-鮑爾曼
• 申請（專利權）人: 特斯托股份公司
• 主分類號: G01N27/404
• 分類號: G01N27/404;G01N27/406
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明涉及一種帶有承載基片的氣體傳感器，該承載基片包括上側及下側，在下側構成樣氣的進氣口并在上側設置帶有電解質層的電極結構，其中承載基片包括由多孔性材料制成的多孔部分，并且多孔性材料構成擴散孔，這些擴散孔連接下側與上側。

背景技術

由第WO2012/071151A1號專利文獻可知這種類型的氣體傳感器，其中電極結構直接涂覆于多孔的承載基片上并且多孔的承載基片在其反向于電極結構的下側裝有背板，以使進氣限定至承載基片的入孔。

眾所周知，在某些氣體傳感器中，在承載基片中加入鉆眼，以通過承載基片從下側向上側傳輸氣體。

結果表明，這種類型的鉆眼的缺陷在于，涂覆的電解質或電解質與電機結構之間布置的觸媒涂層會在涂覆過程或稍后過程中浸入鉆眼并使其閉鎖。這會導致樣氣在操作過程中不能再抵至承載基片上側的電極結構，由此不再確保氣體傳感器正常工作。

另外證實，多孔承載基片上增加電極結構從技術方面而言成本較高。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種易于制造的氣體傳感器。

為解決上述目的，根據本發明在前述類型的氣體傳感器中這樣設置：在毗鄰多孔部分的承載基片上側構造氣密的表面部分；在氣密的表面部分上，電極結構的測量電極的端子構造為金屬涂層；電解質層至少部分覆蓋端子及所述部分。其優勢在于，至少一個端子良好地粘附于氣密的表面部分上，這簡化了氣體傳感器的制造。其優勢進一步在于，多孔性材料的擴散孔較小，從而承載基片的外部涂層在涂覆過程中由于涂層的表面張力及潤濕性而不會或僅略微進入擴散孔中。由此，可棄用那些防止電解質層在制造或操作期間浸入擴散孔而制造工藝繁復的預防措施。優選地，觸媒層完全覆蓋多孔部分和/或端子。

舉例而言，氣密的表面部分可構造成承載基片由氣密材料組成，特別地，通過將多孔性材料裝入或填入一個或多個貫穿承載基片上下側的通孔，在承載基片中引入多孔部分，或者通過例如后續的材料變換，在承載基片中構造多孔部分。

在本發明一實施方案中可這樣設置，電極結構包括至少兩個測量電極。在此，至少兩個測量電極的其中之一構造為工作電極，而至少兩個測量電極中的另一測量電極構造為對電極。優選地，電極結構還另外包括參比電極。參比電極可區別于其他測量電極，不同之處在于參比電極氣密地封住進氣口。

在本發明一實施方案中可這樣設置，多孔材料形成疏水性材料。特別有利地，電解質是水性電解質。其優勢在于，多孔材料對電解質的泄漏形成額外的防護，即防止電解質從氣體傳感器溢出。

在本發明一實施方案中可這樣設置，測量電極和/或參比電極分別包括端子，端子構造為承載基片的涂層。優選地，涂層由金制成。利用這些端子，工作電極與參比電極之間的電壓保持恒定。在樣氣的氧化或還原過程中，工作電極與對電極之間產生有待測量的電流。優選地，電極結構的端子構造成金屬涂層（例如由金制成）。特別有利地，端子加印于承載基片上。其優勢在于，可使制造簡便。

在本發明一實施方案中可這樣設置，測量電極和/或參比電極分別包括觸媒層，觸媒層布置于特定或各自端子與電解質層之間。由此，觸媒層構成測量電極和/或參比電極。其優勢在于，在可實現的測量方法中，通過擴散孔擴散進入氣體傳感器中的樣氣輸入觸媒，在其中進行所需的電化學反應。

舉例而言，觸媒層可由鉑組成或包含鉑。碳（如碳納米管（CNT））亦可用作觸媒層。

在此可這樣設置，測量電極（即工作電極和對電極）的觸媒層以及參比電極的觸媒層由同種材料構成且/或包括相同的成分。但亦可這樣設置，使用不同材料用于工作電極及對電極或者用于工作電極及參比電極作為觸媒層。舉例而言，工作電極的觸媒層可包含鉑，而對電極的觸媒層包含碳納米管。亦可采用其他材料組合，分別適用于待監測的各種樣氣。

可這樣設置，端子構成樣氣的通孔。其優勢在于，擴散孔可通至通孔內，從而樣氣可通過通孔直接輸向電極結構的測量電極。由此，可構成特別緊湊的氣體傳感器。

在此可這樣設置，通孔的直徑大于擴散孔的直徑，特別地，通孔的直徑比擴散孔的直徑大至少50倍或甚至100倍。其優勢在于，通孔的位置不必完全對準擴散孔的位置。確切而言可這樣設置，將通孔選為大直徑且彼此位置靠近，從而在任何情況下均有至少一個擴散孔通至通孔。

舉例而言，擴散孔的孔徑為50μm或更小，而從宏觀上構造通孔并且其內徑寬度為至少3mm。

特別有利地，特定端子或全部端子呈環狀圍繞特定多孔部分或某一多孔部分。其優勢在于，電極可全方面地良好接觸上側。