[发明专利]电位传感器的传感器元件和产生方法

说明书

本发明涉及一种用于电位传感器的传感器元件，包括：基材和布置在基材上的离子选择性搪瓷层，基材具有与离子选择性搪瓷层导电地电连接的至少一个区域，其中，基材的与传感器层导电地电连接的区域由具有至少60％的铜的质量分数的铜基合金制成。

技术领域

本发明涉及一种电位传感器的传感器元件、一种电位传感器以及一种用于制造电位传感器的传感器元件的方法。

背景技术

电位传感器用在化学、生物化学、制药、生物技术、食品技术、水管理和环境测量技术的许多领域中的实验室和工艺测量技术中，以对测量介质、尤其是测量液体进行分析。电位传感器允许检测化学物质的活度——诸如离子活度——以及液体中相关的测量变量。也将待测量活度或浓度的物质称为分析物。测量介质可以是测量液体——诸如水溶液、乳液或悬浮体。

电位传感器通常包括测量电极和参考电极以及用于检测测量值和用于信号处理的传感器电路。测量电极和参考电极可以组合在能够浸入测量液体中的测量探针中。该测量探针还可以包括传感器电路或传感器电路的至少一部分。能够经由电缆或无线方式连接测量探针以与更高级单元(例如测量变换器、电子操作设备、计算机或控制器进行通信。更高级单元可以用于进一步处理借助于测量探针检测到的测量信号或测量值以及用于操作测量探针。

与测量介质接触时，测量电极形成作为测量介质中的分析物的活度的函数的电位，而参考电极提供与分析物浓度无关的稳定的参考电位。传感器电路生成模拟或数字测量信号，其代表测量电极与参考电极之间的电压(电位差)，因此代表测量介质中的分析物的活度。测量信号可以从传感器电路输出到更高级单元，更高级单元进一步处理测量信号。测量探针中的传感器电路中的测量信号的部分或全部进一步处理也是可能的。

常规电位传感器的参考电极通常被设计为第二类型的电极，例如银/氯化银参考电极，并且被导电地电连接到传感器电路。它可以包括壳体和参考元件，例如涂覆有氯化银的银线，参考元件被布置在壳体中并且在测量操作中，经由包含在壳体中的参考电解质和电化学桥——例如隔膜片——与测量液体进行电解导电接触和/或离子传导接触。

测量电极包括形成电位的传感器元件，形成电位的传感器元件根据电位传感器的类型包括离子选择性膜。这种测量电极的示例是离子选择性电极(ISE)。传统的离子选择性电极具有被离子选择性膜封闭并容纳与膜接触的内部电解质的壳体。离子选择性电极还包括与内部电解质接触的端子引线。端子引线导电地电连接到传感器电路。如果用于测量的离子选择性膜与测量介质接触，则该膜选择性地与测量介质中包含的特定离子物种相互作用，即与分析物相互作用。改变测量介质中的离子的活度或浓度导致测量介质与经由内部电解质与离子选择性膜接触的端子引线之间的平衡电流电压(galvanic voltage)中的相对改变。这种离子选择性电极——即选择性地检测测量液体中的水合氢离子活度的电极——的一种特殊情况是已知的pH玻璃电极，其包括作为形成电位的传感器元件的玻璃膜。在此和下文中使用的术语“离子选择性层”、“膜”或“电极”是指离子敏感的层、膜或电极，其电位优选主要受分析物——例如特定离子类型或pH值——的影响，其中不排除层、膜或电极对其它类型离子的交叉敏感性，但优选低。术语“离子选择性玻璃”是指适合于形成这种离子选择性层、膜或电极的玻璃。

长期以来一直试图以节省成本、简化制造、以及更高的稳健性和更长的使用寿命的目标来改善电位传感器的测量电极的设计。一种屡次被采用的方法是使用实心端子引线，实心端子引线不需要接触离子选择性膜的内部电解质。

在WO 2018/069491 A1中描述了具有实心端子引线的离子选择性电极(也称为固定接触电极)。该电极包括具有离子选择性层的测量元件，该离子选择性层在操作期间与测量介质接触并且对于锂离子是传导性的。此外，该测量元件具有导电层，该导电层包含金属锂、锂(0)合金或导电锂化合物。该测量元件还包括固体电解质层，该固体电解质层被布置在离子选择性层与导电层之间。该测量元件包括一系列其它层，该一系列其它层用于保护含锂的导电层免受氧气或水分的影响并与离子选择性层接触。因此，该传感器元件的制造需要用于构造层堆叠的一系列单独步骤并且相应地是复杂的。