[发明专利]一种甲醛气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲醛气体传感器。

背景技术

室内空气污染物主要包括甲醛(HCHO)、苯系物和挥发性有机物等，改善室内空气质量的首要前提是对室内空气污染物的检验，而实现对室内空气污染物如甲醛、苯系物等实时、准确的现场检验和识别是控制室内空气质量的两个关键技术。因此开发出能实时检测各种有害气体的传感器，受到各个国家的重视。密度板、刨花板等人造板材，胶粘剂、墙纸等装修材料，化纤纺织品、消毒剂等日常生活用品都会散发甲醛，液化石油气等化石燃料的不完全燃烧也会释放甲醛，因此在空气中存在一定的甲醛。我国的国家室内空气质量标准中规定甲醛最高允许浓度为0.08mg/m³，为保证人身安全，就需要对空气中的甲醛浓度进行检测。

目前市场上的便携式甲醛检测仪主要采用电化学传感器法，工作原理是甲醛经电极催化反应后产生的极限扩散电流与甲醛浓度成正比，检测电流强度就能测得甲醛浓度。然而大多数气体传感器均采用纯的贵金属(Pt、Au等)作为工作电极、浓硫酸作为电解质溶液。纯的贵金属作为工作电极，生产成本高，电化学性能不好，检测灵敏度差；浓硫酸具有很强的腐蚀性，因此电极材料和电解池容易受到腐蚀，使用寿命不长，检测结果不稳定。

发明专利CN101776640A公开了一种在现场即可对甲醛浓度进行检测的甲醛气体传感器，其包含支撑外壳、进气外壳、膜电极复合体和多孔垫片，该膜电极复合体采用贵金属催化剂直接热压涂覆在电解质表面作为工作电极和对电极，其缺点在于：贵金属用量过大，传感器成本高；采用热压工艺，导致固体聚合物电解质永久性损伤，电解质的化学耐受性、机械性能、质子传导能力均相应的变坏；催化剂直接作为电极，其传感器检测过程中由于传质限制不可能获得显著的电流密度，检测灵敏度差且低浓度含量无法检测。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种全固态甲醛气体传感器，该传感器在常温下就能对被测气体进行检测，生产成本低，使用寿命长，检测灵敏度高，检测结果稳定。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种甲醛气体传感器，其特征在于，它包括进气外壳、密封外壳、进气口滤膜、膜电极组件、空腔支撑体、阳极引线和阴极引线，其中，所述进气外壳带有进气口，所述进气口滤膜在进气外壳的进气口外部贴合，所述密封外壳嵌入至所述进气外壳构成一个中空的闭合外壳，所述阳极引线、膜电极组件、阴极引线和空腔支撑体从左至右依次设置于所述闭合外壳内；所述膜电极组件包括固体聚合物电解质和分别设置在固体聚合物电解质两侧的阳极和阴极，所述阳极和阴极均为气体扩散电极，气体扩散电极包括气体扩散层和催化层双层结构，阳极引线与阳极连接，阴极引线与阴极连接。膜电极组件采用气体扩散电极，电极内部有大面积的气体容易到达而又与整体溶液较好地联通的薄液膜，打破甲醛、氧气等气体因为低溶解度而在电极上的低传质速度的限制壁垒，获得显著地电流密度，大幅度提高甲醛气体传感器的灵敏度和响应时间。

上述方案中，所述的进气外壳和密封外壳材料为ABS、尼龙PA、PC、POM或PVC工程塑料材料中的一种或几种。本发明提供的甲醛气体传感器主体材料使用的是ABS、尼龙PA、PC、POM或PVC等工程塑料材料，该类材料成本低廉，机械性加工性良好，对传感器电极材料及电解质材料不产生物理或化学反应。

上述方案中，所述的进气外壳的进气口形状为多孔网筛型、多孔条状型、单孔圆形或单孔方形中的一种或几种组合。单孔圆形或单孔方形进气口有利于被测气体扩散进入，多孔网筛型或多孔条状型进气口有利于减小膜电极组件在进气外壳上的应力集中，保护膜电极组件不被压破。

上述方案中，所述的进气口滤膜由滤纸制成。由透气阻水的滤纸等多孔材料制成的进气口滤膜设置在进气外壳外侧可以阻止杂质气体的进入，减少杂质气体对检测结果的干扰。

上述方案中，所述的固体聚合物电解质为全氟磺酸质子交换膜。固体聚合物电解质，如全氟磺酸质子交换膜，可以避免电极材料和电解池受到腐蚀，延长传感器使用寿命，检测结果稳定；另外固体聚合物电解质具有极佳的化学耐受性、良好的机械性能、优良的质子传导能力以及酸性、保水性，使得本发明提供的甲醛气体传感器响应时间短、灵敏度高、使用寿命长，检测的甲醛浓度下限低。