专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体传感器，尤其涉及一种可小型化的电化学气体传感器。
背景技术：
电化学气体传感器是一种目前广泛用来监测气体的传感器。专利号为US4132616的美国专利描述了一例原电池型的氧气传感器，该氧气传感器在工作中，氧气通过毛细孔扩散到测量电极，与测量电极处的水和电子结合发生还原反应，形成氢氧根离子，氢氧根离子通过电解质流到对电极与铅电极反应形成氧化铅、水和电子。在测量电极和对电极之间形成的电流的大小与氧气的百分比浓度成正比。申请号为CN200710038443.X的中国专利申请中公开了一例电流型氧气传感器。该传感器在工作时，氧气通过毛细孔扩散到工作电极与氢离子和电子结合，发生还原反应形成水分子，水分子通过固体电解质渗透到其另一侧；另一方面，在对电极处，水分子被电解，形成氧气、氢离子和电子，形成的氧气、氢离子和电子中，氧气从出气孔排出，氢离子通过固体电解质迁移到工作电极，而电子则通过外电路从对电极达到工作电极。迁移到工作电极的氢离子和来自对电极的电子用于补偿前述还原反应所消耗的氢离子和电子，并且形成还原电流。还原电流的大小与氧气的百分比浓度成正比。该专利发展了制作电极/隔层/电极组件的方法，该方法可用于制作氧气气体传感器。但是上述气体传感器的结构往往较大，无法小型化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气体传感器，该气体传感器的结构以利于小型化。为解决上述技术问题，本发明提供了一种气体传感器，包括壳体，其顶部敞开、底部具有凸缘，所述凸缘包围的区域内的壳体底壁上具有贯穿的毛细孔；测量电极，设置在所述凸缘包围的区域内，外部气体通过所述毛细孔到达所述测量电极；顶部和底部敞开的支架，与所述凸缘密封配合，所述测量电极夹持固定在所述壳体和支架之间；设置在所述支架中的对电极，所述对电极和测量电极之间设置有第一吸液材料层；具有出气孔的塞子，所述第一吸液材料层和对电极夹持固定在所述支架和塞子之间；设有开口的壳盖，所述壳盖与所述壳体的顶部为可拆卸连接，并且所述开口与所述塞子之间密封配合，所述开口与所述出气孔相通。可选地，所述壳盖的开口与所述塞子的出气孔之间设置有第一透气防水膜。
可选地，所述壳体的底部外壁上设置有第二透气防水膜，外部气体通过所述第二透气防水膜进入所述毛细管。可选地，所述防水透气膜外侧还设置有防尘膜，外部气体依次通过所述防尘膜和第二透气防水膜进入所述毛细管。
可选地，所述气体传感器还包括参比电极，位于所述第一吸液材料层上；第二吸液材料层，位于所述参比电极层上，所述对电极位于所述第二吸液材料层上。可选地，所述壳体的侧壁上形成有过孔，导线穿过所述过孔与所述测量电极和对电极相连。可选地，所述支架的侧壁上具有多个凹槽，相邻凹槽之间具有突出部。可选地，所述测量电极下、所述壳体底部的内壁上还设置有第三透气防水膜和催化剂，外部气体通过所述毛细管和第三透气防水膜并经由所述催化剂到达所述测量电极。可选地，所述支架、壳体和壳盖围成储液槽，所述储液槽中填充有电解液。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明实施例的气体传感器中，支架与壳体底部的凸缘密封配合，将测量电极夹持固定在壳体和支架之间，塞子与支架密封配合，将对电极夹持固定在支架和塞子之间，该结构部件少、装配简单，用密封配合的方式来固定各个模层和电极，能够减少装配时的工艺步骤。
图I是本发明实施例的气体传感器的剖面结构图；图2是本发明实施例的气体传感器中测量电极下方的第三透气防水膜及其上的催化剂的俯视图；图3是本发明实施例的气体传感器中壳体、支架和测量电极的装配结构图；图4是本发明实施例的气体传感器中壳盖、塞子与第一透气防水膜的装配结构图；图5是本发明实施例的气体传感器中壳体的局部放大图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。图I示出了本实施例的气体传感器的剖面结构图，该气体传感器主要包括壳体122、壳盖124、支架127、塞子125、测量电极112、第一吸液材料层144a、对电极114，此外还包括第二吸液材料层144b、参比电极116、第一透气防水膜142a、第二透气防水膜142b、防尘膜126、第三透气防水膜142c。其中，壳体122、壳盖124、支架127和塞子125的材料可以是塑料。壳体122的外形为圆柱形或近似于圆柱形，本实施例的气体传感器在装配完成后外径约为10_，高度约为 6mm。
壳体122的顶部敞开，底部具有凸缘，并且该凸缘所包围的区域内壳体底壁上还具有贯穿的毛细孔128;测量电极112设置在凸缘包围的区域内，外部气体可以通过毛细管128到达测量电极112。本实施例中，壳体122底部外壁上设置有第二透气防水膜142b，第二透气防水膜142b的外侧设置有防尘膜126 ;此外，同时结合图2，壳体122的底部内壁上还设置有第三透气防水膜142c，第三透气防水膜142c上具有催化剂118，测量电极112负载在第三透气防水膜142c上。外部气体依次通过防尘膜126、第二透气防水膜142b、毛细管128、第三透气防水膜142c和催化剂118到达测量电极112。其中，第三透气防水膜142c—方面起到密封的作 用，防止气体传感器内部的电解液泄露至毛细孔128中，另一方面使得气体能够扩散至测量电极112。第二防水透气膜142b —方面防止水或者其他物质从外部环境进入毛细孔128而将毛细孔128堵塞，另一方面能够使得外部气体能够透过第二防水透气膜142b进入毛细孔128内。防尘膜126位于第二透气防水膜142b的外侧壁上，用于防止灰尘和其他颗粒污染物进入气体传感器，保护工作电极112不受污染。其中，防尘膜126可以采用聚丙烯或聚酯等材料制成，第二透气防水膜142b和第三透气防水膜142c可以采用Teflon或者其他合适的材料制成。支架127的顶部和底部敞开，与壳体122底部的凸缘密封配合，将测量电极112夹持固定在壳体122和支架127之间。同时结合图3，支架127与壳体122底部的凸缘密封配合，将测量电极112夹持固定在凸缘包围的区域内。支架127—方面将测量电极112固定，另一方面采用紧配合的方式起到密封作用，使得电解液不会渗透至毛细管128内而将毛细管128堵塞，此外还可以将测量电极112与储液槽150隔离，从而防止对电极114产生的气体到达测量电极而使信号失真。仍然参考图3，本实施例中支架127的侧壁上具有多个凹槽，相邻凹槽之间具有突出部。其中，凹槽能够便于导线走线，与气体传感器的不同电极相连的导线可以在不同的凹槽中走线，降低导线之间的短路风险，另外便于吸液材料层深入四周的储液槽150，平衡储液槽150和中间部分的电解液量。突出部能够起到定位的作用，便于安装吸液材料层、参比电极116、对电极114等部件。第一吸液材料层144a、参比电极116、第二吸液材料层144b和对电极114依次设置在支架127中，之后将塞子125从支架127顶部的敞口中塞入，将第一吸液材料层144a、参比电极116、第二吸液材料层144b和对电极114夹持固定在支架127和塞子125之间。第一吸液材料层144a和第二吸液材料层144b可以是玻璃微纤维纸，塞子125具有出气孔154。结合图I和图4，壳盖124与壳体122的顶部之间为可拆卸连接，壳盖124具有开口，并且该开口于塞子125密封配合。在装配固定后，壳盖124的开口与塞子125的出气孔154相通。支架127、壳体122和壳盖124共同围成储液槽150，其中可以填充有电解液。此外，壳盖124的开口与出气孔154之间设置有第一透气防水膜142a，第一透气防水膜142a由壳盖124、塞子125和支架127共同夹持固定。第一透气防水膜142a能够防止水分进入出气孔154。第一透气防水膜142a的材料也可以由Teflon等材料制成。第一透气防水膜142a —方面能够防止电解液泄露到出气孔154中，起到密封作用，另一方面第一透气防水膜142a的一部分伸入储液槽150中，能够迅速使得气体传感器内外的压力与环境达到平衡，从而不会影响气体传感器的响应性能。采用塞子125将第一透气防水膜142a固定在壳盖124上，装配简单，使用紧配合的方式实现了对 第一透气防水膜142a的固定，与传统的密封圈、将防水透气膜热熔在塑料件上的密封方式相比，本实施例的固定方式有利于简化装配工艺。图5示出了本实施例的壳体122的局部放大图，参考图5，壳体122的侧壁上具有过孔130，导线132穿过该过孔与气体传感器中的各个电极(测量电极、参比电极和对电极)相连。采用侧壁上形成过孔130的方式能够提高防治漏液的可靠性，通过控制过孔130的尺寸，便于进行密封；而且与现有技术中常规的导线132从外壳壁上绕行进入气体传感器内部的方式相比，导线132的走线距离较�。捎诘枷�132通常采用钼丝等贵金属，减小走线距离能够降低成本。作为一个非限制性的例子，本实施例中的气体传感器为氧气传感器。仍然参考图1，氧气通过毛细孔128扩散至测量电极112，在测量电极112处，氧气捕获来自对电极114的电子，并与氢离子结合，发生还原反应生成水分子，还原反应如下所示02+4H.+4e — 2H20 (I)另一方面，在对电极114处，水分子被分解，产生氢离子和电子，电解过程如下所示2H20 — 4H++02+4e (2)可以将测量电极112设置为阴极，将对电极114设置为阳极，在对电极114处产生的氢离子通过吸液材料层可以扩散到测量电极112。而在对电极114处产生的电子则可以通过外部电路到达测量电极112。在一具体实例中，通过恒电位电路在测量电极112和参比电极116之间施加-O. 6V的负偏压，为测量电极112提供负电位，即通过参比电极116对测量电极112施加一个位于扩散极限区的极化电位,而且该电位低于析氢电位。在此电位下，测量电极112发生如式(I)所示的还原反应，同时形成还原电流，由于还原电流依赖于氧气的消耗速率，因而通过测量还原电流的大小可以确定测量电极112处的氧气浓度。另外,对电极114处产生的氧气通过出气孔154扩散到气体传感器外部。由于反应式(I)和(2)是平衡的，因而氧气传感器中的反应是将对电极114处的水转换为测量电极112处的水，将测量电极112处的氧气转换为对电极114处的氧气，因而这种氧气传感器也可以称为“氧泵”。另外，电子在对电极114处释放，在测量电极112处捕获，氢离子从对电极114通过吸液材料层迁移到测量电极112，吸液材料层又可以阻止对电极114处的氧气扩散至测量电极112。需要说明的是，虽然是以氧气传感器为例进行说明，但是本领域技术人员应当理解，本实施例的气体传感器结构能够也适用于其他气体传感器。综上，本实施例气体传感器的结构有益于小型化，寿命长、结构紧凑、防漏液性好，能够适应环境的宽湿度变化，能迅速与环境建立有效的压力平衡，防止压力变化对气体传感器的破坏以致影响气体传感器的信号输出。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种气体传感器，其特征在于，包括 壳体，其顶部敞开、底部具有凸缘，所述凸缘包围的区域内的壳体底壁上具有贯穿的毛细孔； 测量电极，设置在所述凸缘包围的区域内，外部气体通过所述毛细孔到达所述测量电极； 顶部和底部敞开的支架，与所述凸缘密封配合，所述测量电极夹持固定在所述壳体和支架之间； 设置在所述支架中的对电极，所述对电极和测量电极之间设置有第一吸液材料层；具有出气孔的塞子，所述第一吸液材料层和对电极夹持固定在所述支架和塞子之间；设有开口的壳盖，所述壳盖与所述壳体的顶部为可拆卸连接，并且所述开口与所述塞子之间密封配合，所述开口与所述出气孔相通。
2.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述壳盖的开口与所述塞子的出气孔之间设置有第一透气防水膜。
3.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述壳体的底部外壁上设置有第二透气防水膜，外部气体通过所述第二透气防水膜进入所述毛细管。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述防水透气膜外侧还设置有防尘膜，外部气体依次通过所述防尘膜和第二透气防水膜进入所述毛细管。
5.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，还包括 参比电极，位于所述第一吸液材料层上； 第二吸液材料层，位于所述参比电极层上，所述对电极位于所述第二吸液材料层上。
6.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述壳体的侧壁上形成有过孔，导线穿过所述过孔与所述测量电极和对电极相连。
7.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述支架的侧壁上具有多个凹槽，相邻凹槽之间具有突出部。
8.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述测量电极下、所述壳体底部的内壁上还设置有第三透气防水膜和催化剂，外部气体通过所述毛细管和第三透气防水膜并经由所述催化剂到达所述测量电极。
9.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，所述支架、壳体和壳盖围成储液槽，所述储液槽中填充有电解液。
全文摘要
本发明提供了一种气体传感器，包括壳体，其顶部敞开、底部具有凸缘，所述凸缘包围的区域内的壳体底壁上具有贯穿的毛细孔；测量电极，设置在所述凸缘包围的区域内，外部气体通过所述毛细孔到达所述测量电极；顶部和底部敞开的支架，与所述凸缘密封配合，所述测量电极夹持固定在所述壳体和支架之间；设置在所述支架中的对电极，所述对电极和测量电极之间设置有第一吸液材料层；具有出气孔的塞子，所述第一吸液材料层和对电极夹持固定在所述支架和塞子之间；设有开口的壳盖，所述壳盖与所述壳体的顶部为可拆卸连接，并且所述开口与所述塞子之间密封配合，所述开口与所述出气孔相通。本发明有利于传感器的小型化、结构紧凑、防漏液性好。
文档编号G01N27/403GK102636542SQ20121008128
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者刘玲, 周华方, 朱伟峰, 苏爱民 申请人:华瑞科学仪器(上海)有限公司
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