[发明专利]用于电位传感器的传感元件

说明书

本发明涉及用于电位传感器的传感元件，其包含衬底和布置在所述衬底上的电位传感层，其中所述衬底包含至少一个与传感层导电连接的区域，并且其中至少所述衬底的与传感层导电连接的区域由混合传导性陶瓷构成。

技术领域

本发明涉及用于电位传感器的传感元件、电位传感器和制造方法。

背景技术

电位传感器用于化学、生物化学、制药业、生物技术、食品技术、水管理和环境监测的许多领域中的实验室和过程测量技术，用于测量介质、尤其是测量流体的分析。电位传感器允许检测液体中化学物质的活性，例如离子活性，以及与之相关的被测变量。要测量其活性或浓度的物质也称为分析物。下面描述的本发明的电位传感器可以，例如，用于测量取决于测量介质中分析物活性的被测变量。该被测变量可以，例如，是分析物、例如特定离子物质的活性或浓度，或pH值。测量介质可以是测量流体，例如水溶液、乳液或悬液。

电位传感器通常包含测量半电池和参比半电池以及测量电路。为了测量，使测量半电池和参比半电池与测量介质接触。在与测量介质接触时，测量半电池形成的电位是测量介质中分析物活性的函数，而参比半电池提供与分析物浓度无关的稳定的参比电位。测量电路产生模拟或数字测量信号，其表示测量半电池和参比半电池之间的电位差，并因此表示测量介质中分析物的活性。测量信号可以从测量电路输出到更高级单元，所述更高级单元与所述传感器连接并进一步处理测量信号。所述更高级单元可以是测量转换器或过程控制器，例如PLC。

常规电位传感器的参比半电池经常适合作为第二类电极，例如，作为银/氯化银参比电极，并与测量电路导电连接。

所述测量半电池包含电位形成传感元件，其取决于电位传感器的类型，可以包含离子选择性膜(离子选择性电极，pH电极)或由导电材料例如贵金属制成的惰性非选择性电极(氧化还原电极)。电位测量半电池的例子是离子选择性电极(ISE)。传统的离子选择性电极具有外壳，其由离子选择性膜封闭并容纳与所述膜接触的内部电解质。离子选择性电极还包含与内部电解质接触的终端引线。所述终端引线与所述测量电路导电连接。如果用于测量的离子选择性膜与测量介质接触，则所述膜选择性地与测量介质中含有的特定离子物质相互作用，即与分析物相互作用。改变测量介质中所述离子的活度或浓度导致测量介质和经由内部电解质与离子选择性膜接触的终端引线之间的平衡电流电压的相对变化。这样的离子选择性电极的一种特殊情况，即选择性检测测量流体中的H⁺或水合氢离子活性的电极，是已知的pH玻璃电极，其包含玻璃膜作为离子选择性膜。

长期以来一直在试图改进电位传感器的测量半电池的设计，目的是节省成本、简化制造并维持更高的稳健性和更长的使用寿命。被一再挑选的一种方法是使用固体终端引线，其设法不使用接触离子选择性膜的内部电解质。这方面的一些方法描述在教科书H.Galster，“pH-Messung-Grundlagen，Methoden，Anwendungen，”[pH测量-基本原理，方法，应用，装置]，VCH Verlagsgesellschaft mbH，Weinheim，1990，p135-136页中。

从DE 10 2010 015551 A1已知具有离子选择性电极和参比电极的传感元件，其被施加到由一层布置在另一层之上的若干绝缘陶瓷膜制成的衬底上。所述离子选择性电极由布置在其中一个陶瓷层上并被离子选择性膜覆盖的金属表面形成。所述金属表面由施加于衬底内层的金属导体路径接触。所述金属表面和导体路径由此形成所述膜的固定触点。在所述陶瓷衬底上还通过玻璃状离子传导层和覆盖它的聚合物层形成参比电极。与离子选择性电极类似，参比电极利用布置在内层上的金属导体路径进行电接触。

DE 10 2010 015551 A1中描述的布置复杂且制造起来比较昂贵。例如，形成传感元件的各个层的陶瓷膜必须被加工和涂覆并使彼此正确对准。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电位传感器的传感元件，其简单并且因此也制造起来便宜。所述传感元件应该优选能够用于实现可小型化、热和机械上稳固的传感器。