[实用新型]一种电化学硫化氢传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体地，涉及一种电化学硫化氢传感器。

背景技术

硫化氢(化学式为H2S)是一种毒性极强的气体，因此在易于接触H2S的环境里检测H2S的浓度是非常必要的。用于检测H2S浓度的传感器有很多种，如半导体型的H2S传感器、电化学型H2S传感器、光纤型H2S气体传感器和催化燃烧型H2S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，主要用于检测百万分之一(ppm)浓度级硫化氢气体。但电化学传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前只有很少数国家和公司能够生产。

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，金属铂的极细粉末呈黑色，所以叫铂黑)的多孔扩散薄膜作为电极，电极表面的金属催化剂也起导电的作用。传感器通常有三个电极即工作电极、参比电极和对电极。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。电化学气体传感器的优点可以总结为：(1)极好的线性；(2)良好的重复性；(3)良好的选择性；(4)极低的功耗(毫瓦级)；(5)电化学传感器灵敏度高，多数用于检测ppm级气体。

典型的电化学毒气传感器由工作电极、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和同心对电极5，设置在透气膜2和工作电极3之间的O型圈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和同心对电极5之间的隔膜10，以及设置在同心对电极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存盖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存盖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和同心对电极5连接的三个金属引脚7。

气体首先透过传感器顶端小孔(如气体扩散通道1)，扩散至憎水屏障(如透气膜2)，最终到达工作电极3表面，工作电极3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5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3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)，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。参比电极安装在与工作电极邻近位置，工作电极需要保持在稳定恒电位下，参比电极可以保持工作电极上的这种稳定电压值，但参比电极自身并没有电流流过，电流是在对电极和工作电极之间流过。

传感器的三个电极即工作电极(如工作电极3)、参比电极(如参比电极4)和对电极(如同心对电极5)依次序叠放在传感器的塑料外壳内，电极之间由一个绝缘膜将它们隔开。电极产生的电流由三根紧贴在膜电极表面的细铂扁丝(如第一铂丝13、第二铂丝14和第三铂丝15)导出至引脚(如金属引脚7，三个金属引脚7的内部分别和三个电极相连)，其结构如图2a、图2b和图2c所示。铂丝要有足够的长度，这样能保证其和电极表面有充分的接触面，以保证良好的导电性能。

在图2a、图2b和图2c中，工作电极3包括第一导电带18、以及位于第一导电带18外围的非导电带17，第一铂丝13紧贴在第一导电带18的表面；同心对电极5包括第二导电带19、以及位于第二导电带19外围的非导电带17，第二铂丝15紧贴在第二导电带19的表面。

现有技术的传感器，是将一个和工作电极同样外形(圆形)和尺寸(直径相同或接近，直径通常在5～30mm之间)的电极，用一个圆形空心冲头，以同心圆的方式从电极上冲切下两个电极：小的圆片电极作为参比电极，同心圆环电极作为对电极，如图2a、图2b和图2c所示。

在现有技术中，为了让铂丝和对电极表面导电层之间有充分接触，第三铂丝15必须足够长，这样铂丝可以穿过对电极中间空隙部分，和圆环的左右两边导电表面都有接触。

但在实际制造中，本申请人发现，由于对电极圆环的宽度很小(通常只有1～3mm)，只要铂丝的放置位置有稍许移位，就很容易造成铂丝和圆环的左边导电带接触不良现象，从而影响传感器的整体性能，如基线不稳定、响应时间变长、响应曲线扭曲变形等现象。