CN103217464B - 一种气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体传感器，主要包括外壳，嵌套在所述外壳内部的内杯，自上向下设置在所述内杯内部、且相互之间绝缘的工作电极、参比电极和对电极，以及配合安装在所述内杯底部内侧、且位于所述电极下方的电解液储液盖。本发明所述气体传感器，可以克服现有技术中易漏液、工作量大、易腐蚀引脚和外形不美观等缺陷，以实现不易漏液、工作量小、不易腐蚀引脚和外形美观的优点。

Description

一种气体传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体地，涉及一种气体传感器。

背景技术

有毒气体如一氧化碳、硫化氢等对身体有害，因此在易于接触这些毒气的环境里检测它们的浓度是非常必要的。检测有毒气体浓度的传感器种类有很多，如半导体型传感器、电化学传感器、光纤型传感器和催化燃烧型传感器等。上述传感器中，电化学气体传感器因其准确、灵敏、稳定可靠、响应迅速，目前已成为国际上的主流传感器，主要用于检测ppm（百万分之一）浓度级有毒气体。

电化学传感器的内部结构非常精密，制造难度相当大，目前只有少数国家和公司能够生产。典型的电化学传感器由工作电极、对电极和参比电极组成，并由一个薄电解层隔开（参见图1）。在图1中，该电化学毒气传感器包括塑料外壳9，并行设置在塑料外壳9之内的透气膜2、工作电极3、参比电极4和对电极5，设置在透气膜2和工作电极3之间的O型密封圈11，分别设置在工作电极3和参比电极4之间、以及参比电极4和对电极5之间的隔膜10，以及设置在对电极5下方的电解液储存空间，在电解液储存空间上可以加盖电解液储液盖6。在塑料外壳9的顶壁开设有气体扩散通道1，在塑料外壳9的底壁开设有与电解液储液盖6上的开口相匹配的注液口8。在塑料外壳的底部外侧，设有分别与工作电极3、参比电极4和对电极5连接的三个金属引脚7。

电化学气体传感器的基本工作原理类似燃料电池，用含贵金属（如铂黑）的多孔扩散薄膜作为工作电极。气体首先透过传感器顶端小孔，扩散至憎水屏障，最终到达工作电极表面，工作电极催化分解扩散进入传感器内的气体、获得电子、电子流向对电极形成电流回路，此电流与进入传感器内的气体浓度成正比，测量该电流即可确定气体浓度。针对被测气体而设计的电极材料使工作电极发生的催化反应可以是氧化机理，也可以是还原机理。

传感器的腔体内注有电解质溶液（多为腐蚀性酸、碱或盐溶液），这些电解质溶液一部分吸附在隔膜上，一部分存贮在传感器底部的一个腔体，通常是一个倒扣在外壳底部的塑料盖子型，称为电解液储液盖（参见图1）。三个电极只有充分浸润在电解液里，上述的电化学反应才能正常发生。

制造电化学传感器的工艺流程是：传感器外壳的底部留有一个小的开口（直径大约为1~3mm），称为注液口。在传感器的其它部件都组装好后，用针筒和针头将一定量的电解液从外壳底部的注液口注入传感器内部，然后将注液口封上。为了防止电解质溶液漏出传感器，注液口的密封是至关重要的。

在现有技术中，注液口的密封有以下几种方式：

⑴用一种胶，如环氧树脂或光敏胶，填充入注液口里，固化后将注液口密封；

⑵用一个柱形塑料塞子，嵌入注液口，表面削平后再用胶加固；

⑶用一个小圆片塑料薄膜，贴在注液口外表面，再用热压的方式（类似热封塑料袋口），将塑料薄膜封在注液口上。

但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺陷：

⑴易漏液：胶封本质上是两种不同材料之间的粘合，容易出现缝隙、脱胶等现象而产生漏液；塑料塞子嵌入、削平、再用胶固化的方法，容易产生封堵不密而漏液现象；圆片塑料薄膜热压的方法虽较为可靠，但也经常发生薄膜脱落而漏液现象；

⑵工作量大：胶封从工艺上讲工作量较大，塑料塞子嵌入、削平、再用胶固化的方法消耗人工；

⑶易腐蚀引脚：电解液储液盖是直接倒扣在传感器外壳底部的，电解液会从传感器外壳和储液盖的缝隙中渗透到底部接触到金属引脚，引脚发生腐蚀现象从而影响传感器性能；

⑷外形不美观：现有技术密封的注液口外观比较差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种气体传感器，具体地，是一种电化学气体传感器，以实现不易漏液、工作量小、不易腐蚀引脚和外形美观的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种气体传感器，主要包括外壳，嵌套在所述外壳内部的内杯，自上向下设置在所述内杯内部、且相互之间绝缘的工作电极、参比电极和对电极，以及配合安装在所述内杯底部内侧、且位于所述电极下方的电解液储液盖。

进一步地，在所述外壳底部开设有空穴，在所述内部底部设有细管；所述细管从外壳底部朝外伸出，能够作为注液口；

装配时，先将所述内杯放入外壳，使内杯底部的细管嵌入外壳底部的空穴、从外壳底部朝外伸出；再将所述电解液储液盖放入内杯底部，在该气体传感器的所有部件全部装配完成后，以所述细管作为注液口，向该气体传感器中注入电解液；然后用热压法将注液口封闭。

进一步地，该气体传感器还包括用于分别引出所述工作电极、参比电极和对电极产生电流的三根导电金属丝；所述三根导电金属丝，分别贴覆式连接在所述工作电极、参比电极和对电极的表面。

进一步地，所述导电金属丝，包括铂丝。

进一步地，该气体传感器还包括位于所述外壳内部、且设置在所述工作电极上方的透气膜。

进一步地，在所述透气膜与工作电极之间，配合安装有O型密封圈。

进一步地，该气体传感器还包括分别设置在所述工作电极与参比电极之间、以及参比电极与对电极之间的绝缘膜。

进一步地，在所述外壳的顶壁开设有用于向透气膜注入气体的气体扩散通道，和/或，在所述外壳的底壁外侧，且分别与三根导电金属丝连接的三个金属引脚。

本发明各实施例的气体传感器，由于主要包括外壳，嵌套在外壳内部的内杯，自上向下设置在内杯内部、且相互之间绝缘的工作电极、参比电极和对电极，以及配合安装在内杯底部内侧、且位于电极下方的电解液储液盖；这样，通过在外壳和电解液储液盖之间增加内杯，电解液不会渗透到外壳和内杯之间的缝隙中，从而将电解液和外壳底部的金属引脚完全隔离，消除了引脚的腐蚀隐患；从而可以克服现有技术中易漏液、工作量大、易腐蚀引脚和外形不美观的缺陷，以实现不易漏液、工作量小、不易腐蚀引脚和外形美观的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为电化学毒气传感器的内部结构示意图；

图2为本发明气体传感器的内部结构示意图；

图3a为本发明气体传感器中外壳的上部立体结构示意图；

图3b为本发明气体传感器中外壳的底部立体结构示意图；

图4a为本发明气体传感器中内杯的上部立体结构示意图；

图4b为本发明气体传感器中内杯的底部立体结构示意图；

图5a为本发明气体传感器中储液盖的上部立体结构示意图；

图5b为本发明气体传感器中储液盖的底部立体结构示意图；

图6a和图6b为在本发明气体传感器的外壳里嵌入内杯和储液盖后的纵向剖视结构示意图；

图6c为在本发明气体传感器中外壳里嵌入内杯和储液盖后的底部立体结构示意图；

图7a为本发明气体传感器在热压封闭后的纵向剖视结构示意图；

图7b为本发明气体传感器在热压封闭后的底部立体结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-气体扩散通道；2-透气膜；3-工作电极；4-参比电极；5-对电极；6-电解液储液盖；7-金属引脚（内部分别和三个电极相连）；8-注液口；9-塑料外壳；10-隔膜；11-O型密封圈；12-内杯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，提供了一种气体传感器，可以解决传感器容易漏液的问题，解决传感器金属引脚容易被腐蚀生锈的问题，更加容易制造，可以提高生产效率，可以使传感器外形更加美观。

如图2-图7b所示，本实施例的气体传感器，主要包括外壳（如塑料外壳9），嵌套在外壳内部的内杯，自上向下设置在内杯内部、且相互之间绝缘的工作电极（如工作电极3）、参比电极（如参比电极4）和对电极（如对电极5），以及配合安装在内杯底部内侧、且位于电极下方的电解液储液盖（如电解液储液盖6）。在外壳底部开设有空穴，在内部底部设有细管；细管从外壳底部朝外伸出，能够作为注液口（可以起到注液口8的作用）；装配时，先将内杯放入外壳，使内杯底部的细管嵌入外壳底部的空穴、从外壳底部朝外伸出；再将电解液储液盖放入内杯底部，在该气体传感器的所有部件全部装配完成后，以细管作为注液口，向该气体传感器中注入电解液；然后用热压法将注液口封闭。

在上述实施例中，该气体传感器还包括用于分别引出工作电极、参比电极和对电极产生电流的三根导电金属丝，位于外壳内部、且设置在工作电极上方的透气膜（如透气膜2），分别设置在工作电极与参比电极之间、以及参比电极与对电极之间的绝缘膜（可以是隔膜10）；三根导电金属丝，分别贴覆式连接在工作电极、参比电极和对电极的表面，导电金属丝，包括铂丝；在透气膜与工作电极之间，配合安装有O型密封圈（如O型密封圈11）；在外壳的顶壁开设有用于向透气膜扩散气体的气体扩散通道（如气体扩散通道1），和/或，在外壳的底壁外侧，且分别与三根导电金属丝连接的三个金属引脚（如金属引脚7）。

在本实施例中，具体实施时，可以仅对气体传感器的底部结构进行改进，可参见图3a-图7b；关于气体传感器的顶部结构可参见图2及其相关说明。

在本实施例中，气体传感器的底部结构，主要由外壳（如塑料外壳9）、内杯和储液盖（即电解液储液盖6）三部分组成，分别见图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b。这些传感器零部件都是通过开模、注塑制成的。

装配时，先将内杯放入塑料外壳，使内杯底部的细管嵌入塑料外壳底部的空穴、并从底部朝外伸出，然后再放入储液盖，如图6a和图6b所示。从塑料外壳底部伸出的内杯细管是注液口。

当上述气体传感器的其他部件全部装配完成后，再将电解质溶液（即电解液）由注液口注入，然后用热压的方法将注液口封闭。热压封闭后的注液口如图7a和图7b所示。

上述各实施例的气体传感器，可以包括、但不限于这些气体的传感器：一氧化碳（CO）、硫化氢（H₂S）、氨气（NH₃）、氧气（O₂）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂）、氢气（H₂）、氯气（Cl₂）、氯化氢（HCl）、臭氧（O₃）、可燃气（HC）等。

上述各实施例的气体传感器，可以广泛应用于石油气体生产、化工厂、化肥生产、公共设施、污水处理、造纸（浆）厂、制药、食品饮料、汽车、电镀处理、采矿、军事等行业的安全检测、环保监测和生产过程控制等领域，用于检测空气中某种气体的含量。

上述各实施例的气体传感器，与现有技术如环氧树脂胶封、塞子嵌入、薄膜热压等方式的密封措施相比，该气体传感器封口后的效果更为光滑、美观，至少可以达到以下有益效果：

⑴热压密封是在同种塑料零部件之间完成的，密封性能非常可靠、优良，彻底消除了漏液隐患；

⑵由于外壳和储液盖之间增加了一个内杯，电解液不会渗透到传感器外壳和内杯之间的缝隙中，从而将电解液和外壳底部的金属引脚完全隔离，消除了引脚的腐蚀隐患；

⑶热压工艺简单易行，减少了装配的工作量，提高了生产效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气体传感器，其特征在于，主要包括外壳，嵌套在所述外壳内部的内杯，自上向下设置在所述内杯内部、且相互之间绝缘的工作电极、参比电极和对电极，以及配合安装在所述内杯底部内侧、且位于对电极下方的电解液储液盖；

该气体传感器还包括用于分别引出所述工作电极、参比电极和对电极产生电流的三根导电金属丝；所述三根导电金属丝，分别贴覆式连接在所述工作电极、参比电极和对电极的表面；

该气体传感器还包括分别设置在所述工作电极与参比电极之间、以及参比电极与对电极之间的绝缘膜；

在所述外壳底部开设有空穴，在所述内杯底部设有细管；

装配时，先将内杯放入塑料外壳，使内杯底部的细管嵌入塑料外壳底部的空穴、并从塑料外壳底部朝外伸出，然后再将储液盖放入内杯底部，从塑料外壳底部伸出的内杯细管是注液口；当上述气体传感器的其他部件全部装配完成后，再将电解质溶液由注液口注入，然后用热压的方法将注液口封闭；

热压密封是在同种塑料零部件之间完成的，彻底消除了漏液隐患；在外壳和储液盖之间的内杯使得电解液不会渗透到传感器外壳和内杯之间的缝隙中，从而将电解液和外壳底部的金属引脚完全隔离。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述导电金属丝包括铂丝。

3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，还包括位于所述外壳内部且设置在所述工作电极上方的透气膜。

4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，在所述透气膜与工作电极之间，配合安装有O型密封圈。

5.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，在所述外壳的顶壁开设有用于向透气膜注入气体的气体扩散通道。

6.根据权利要求1或3或5所述的气体传感器，其特征在于，还包括在所述外壳的底壁外侧且分别与三根导电金属丝连接的三个金属引脚。