[实用新型]氧气传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种氧气传感器，尤其涉及一种电解型氧气传感器。

背景技术

电化学氧气传感器是一种目前广泛用来监测氧气的传感器。发明名称为“GAS SENSOR”的美国发明专利US4,132,616和US4,324,632描述了一种原电池型的氧气传感器。工作中，氧气通过一毛细孔扩散到工作电极，与那里的水和电子结合，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。氢氧根离子在工作电极和对电极之间的移动形成电流，该电流与氧气的百分比浓度成正比。由此，通过测量电流可以得知氧气浓度。

发明名称为“SOLID POLYMER ELECTROLYTE OXYGEN SENSOR”的美国专利申请US2005/0034987描述了一种电解型氧气传感器，其关键部件是电解质/电极组件，具体包括固体电解质、工作电极、对电极和参比电极。其中，工作电极安装在固体电解质的一侧，对电极和参比电极安装在固体电解质的另一侧。工作中，氧气通过一毛细孔扩散到工作电极，与那里的氢离子和电子结合，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。在所形成的氧气、氢离子和电子中，氧气从一出气孔排出，氢离子通过固体电解质迁移到工作电极，而电子则通过一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。还原电流与氧气的百分比浓度成正比。

发明名称为“固体聚合物电解质毛细管型氧传感器”、专利号为ZL94107055.7的中国发明专利也描述了一种电解型氧气传感器，还描述了一种用碾压法将防水透气扩散电极固定在固体聚合物电解质上的制备方法。

上述专利或专利申请的内容通过引用包含在此。

图1是一结构示意图，例示了一种现有技术的电解型氧气传感器。如图1所示，氧气传感器100包括固体电解质膜110。固体电解质膜110的一侧载有工作电极112，另一侧载有对电极114和可选的参比电极116。通常，将工作电极112设计为阴极，对电极114设计为阳极，并且在工作电极和参比电极之间施加一负偏压，即将工作电极的电位设置成低于参比电极的电位。外壳120包括壳体122和壳盖124。如图1所示，壳体122和壳盖124以螺纹结构连接，将固体电解质膜110以及电极112、114和116封装在内。

在传感器100中，壳盖124与防尘膜126和限流器130一起构成一入口组件。其中，防尘膜126位于壳盖124上，可以由诸如聚丙烯或聚酯等材料制成，用于防止灰尘和其它颗粒污染物进入传感器100，保护固体电解质膜110和工作电极112不受污染。壳盖124位于限流器130上并具有一气孔128，气孔128允许氧气从中通过。限流器130具有一扩散毛细孔132，毛细孔132与壳盖124上的气孔128连通。毛细孔132的孔面积和长度可以控制氧气到达工作电极112的扩散速率，而氧气的扩散速率会进一步影响氧气在工作电极112处的还原反应速率、物质的传递以及电流的测量结果。

传感器100的关键部件是电解质/电极组件，它包括固体电解质膜110以及电极112、114和116。许多因素，诸如固体电解质膜110的成份和处理方式，电极112、114和116与固体电解质膜110之间的固定工艺以及电极112、114和116的布置等等，都会影响电解质/电极组件的性能。例如，固体电解质膜110可以由Nafion制成。电极112、114和116可以通过热压法固定到固体电解质膜110上。另外，电极112、114和116通过传感器110内部的白金丝(未图示)分别与三个引脚162、164和166相连。白金丝可以通过接触方式连接到三个电极112、114和116上，以及用传统技术焊接到三个引脚162、164和166上。引脚162、164和166连接外部测量电子设备，为其提供电流输出和偏置输入。