在氧传感器内的感测电极氧控制制造技术

氧传感器包括限定内部空间的壳体、感测电极、参考电极、反电极、保持电解质的分离件和在壳体内的腔室。被保持的电解质提供在壳体内的感测电极、参考电极和反电极中的每个之间的离子传导路径，并且腔室容纳感测电极。腔室包括开口，并且分离件延伸到腔室内并大体上填充开口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在氧传感器内的感测电极氧控制相关申请的交叉引用不适用。关于联邦政府资助的研究或发展的声明不适用。对缩微胶片附录的参考不适用。
技术介绍
氧传感器能够被用于在一定环境条件范围内检测邻近传感器的环境中的氧的浓度。当传感器在特定温度下操作时，一定浓度的氧能够溶解在传感器内的电解质中。随着温度升高，大多数气体（包括氧和氮）的溶解度会降低并且导致形成一种或多种气体的气泡。在氧传感器中，包含氮和氧的混合物的空气的这些小气泡会扩散到感测电极并且在催化剂表面处通过电化学还原的过程反应，从而导致人为的高氧读数，这是因为在感测电极处消耗了有限体积的氧气。由于这种响应的瞬时特性，这种类型的失效可以被称为“尖峰（spiking）”失效。
技术实现思路
在实施例中，氧传感器包括限定内部空间的壳体、感测电极、参考电极、反电极、保持电解质的分离件和在壳体内的腔室。分离件与在壳体内的感测电极、参考电极和反电极中的每个紧密接触，被保持的电解质允许在所有电极之间的离子传导，并且腔室容纳感测电极。腔室包括开口，并且分离件延伸到腔室内并大体上填充开口。在实施例中，氧传感器包括限定内部空间的壳体、感测电极、参考电极、反电极和保持电解质的分离件。感测电极、参考电极和反电极被布置成平面设置，并且由多孔无纺纤维垫（例如电绝缘玻璃纤维）构成的分离件中的电解质与壳体内的感测电极、参考电极和反电极中的每个紧密接触。被保持在多孔分离件中的电解质形成单个平面离子传导路径，并且感测电极、参考电极和反电极中的每个均被置于该单个平面离子传导路径上。在实施例中，检测氧的方法包括：在包括感测电极、反电极和参考电极的氧传感器的壳体内接收氧；使得氧与保持电解质的分离件接触；在感测电极和反电极之间、在分离件中的电解质中形成氧浓度梯度；将感测电极附近沿着氧梯度的氧浓度限制成小于阈值量；以及检测感测电极和反电极之间的电流，其中该电流与氧的浓度成比例。分离件与感测电极、反电极和参考电极中的每个接触，并且分离件形成在感测电极、反电极和参考电极之间的平面离子传导路径。结合附图和权利要求，从以下详细描述将更清楚地理解这些和其它特征。附图说明为了更全面地理解本公开，现在将结合附图和详细描述来参考下面的简要描述，其中，相似的附图标记表示相似的部分。图1示出根据实施例的电化学气体传感器的实施例的示意性横截面。图2示出根据实施例的氧传感器的等轴视图。具体实施方式首先应理解，虽然下面示出了一个或更多个实施例的示例性实施方式，但是可使用任何数目的技术（不管是当前已知的技术还是尚不存在的技术）来实施所公开的系统和方法。本公开不应以任何方式受限于所示实施方式、附图和下文所示的技术，但是可以在所附权利要求的范围以及其等价方案的完整范围内被修改。术语的以下简要定义应贯穿申请来应用：术语“包括”意味着包括但不限于，并且应以本专利上下文通常使用的方式来解释；短语“在一种实施例中”、“根据一种实施例”等通常意味着，在该短语后面的特定特征、结构或者特性可被包括在本专利技术的至少一种实施例中，并且可被包括在本专利技术的一种以上的实施例中（重要地，这样的短语不一定指代相同实施例）；如果本说明书将某物描述为“示例性的”或者“示例”，则应理解的是，其指代非排他性示例；术语“大约”或“近似”等在和数字一起使用时可意味着特定数字，或者替代性地接近该特定数字的范围，如本领域技术人员所理解的；并且如果本说明书陈述部件或者特征“可以”、“能够”、“可能”、“应该”、“将要”、“优选地”、“可能地”、“通常”、“可选地”、“例如”、“常常”或者“也许”（或者其它这类语言）被包括或者具有特性，那么该特定部件或者特征不需要被包括或者具有该特性。这样的部件或者特征可以可选地被包括在一些实施例中，或者它可以不被包括。本文描述的氧传感器依赖氧气泵的原理。在这种类型的传感器中，根据下列半反应，氧在感测电极处被还原并且水在反电极处被氧化：在感测电极处：O2+4H++4e-→2H2O（等式1）在反电极处：2H2O→O2+4H++4e-（等式2）整个反应导致在感测电极处消耗氧且在反电极处产生等量的氧。整个反应借助于参考电极和恒电位仪被维持，其降低在感测电极处的电势并且允许反应继续进行。在感测电极和反电极之间产生的电流与周围气体的氧浓度成比例。相比于其它传感器，不存在消耗电极本身的消耗反应。在每个电极处的反应导致了在电解质中的氧浓度梯度。在电解质中溶解的氧的浓度随着电解质的成分、电解质的温度、大气压力和相对于感测电极和反电极的位置而变化。在感测电极处或附近的氧浓度可以是大约0%，而在反电极处或附近的电解质中的氧浓度可以对应于接近或高于周围气体浓度的浓度。在这个梯度中，溶解的氧和/或氮的浓度会由于温度上升而超过饱和浓度。随着温度升高到饱和浓度之上，包括氧的气相能够形成，并且产生的气相气泡能够行进到感测电极，在此它们可以反应。产生的浓度值尖峰能够导致错误的警报。为了控制在围绕感测电极的电解质中的氧浓度，空气/电解质界面能够被控制成使得最接近的界面被定位在距感测电极适当的距离处。具体地，能够围绕感测电极产生低氧区域，该感测电极大体上被密封从而与空气/电解质界面隔离开。这个区域可以限制通过湿分离件发生的将氧引入到感测电极。为了控制入口氧扩散速率，分离件的相对几何参数能够与在感测电极、参考电极和反电极之间的相对距离一起被调整，以致到达感测电极的氧通量被控制。这可以提供跨越宽的温度范围的对尖峰失效具有提高的抗性的氧传感器。在一些实施例中，围绕感测电极的密封区域能够被用于将到达感测电极的氧的量限制成扩散流。密封区域可以限制或者防止气体中的氧接触邻近感测电极的分离件，这可以有助于避免任何尖峰失效。图1示出氧传感器100的实施例的横截面，并且图2示出图1的氧传感器的等轴视图，其中示出了分离件和电极的布局。氧传感器100能够包括多部件式壳体，其至少包括限定用于接收并保持电解质（例如，形成电解质储存器）的中空内部空间110的主体102、基部104和盖106。基部104和盖106能够密封地接合主体102以形成整体单元。主体102可以具有大体矩形或者正方形形状，不过例如圆柱形、椭圆形、长圆形等等的其它形状也是可能的。主体102、盖106和基部104能够全部由对于选定电解质是惰性的材料形成。例如，主体102、盖106和/或基部104能够由一种或更多种塑料或聚合材料形成。在实施例中，主体102、盖106和/或基部104能够由如下材料形成，其包括但不限于：丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS，acrylonitrilebutadienestyrene）、聚苯醚（PPO，polyphenyleneoxide）、聚苯乙烯（PS，polystyrene）、聚丙烯（PP，polypropylene）、聚乙烯（PE，polyethylene）（例如，高密度聚乙烯（HDPE））、聚苯醚（PPE，polyphenyleneether）或者其任何组合物或混合物。能够通过主体形成一个或更多个开口，以允许周围气体进入内部空间110且/或允许在壳体内生成的任何气体逸出。在实施例中，氧传感器100可以包括：至少一个入口开口140，以允许周围气体进入壳体；以及至少一个排放开口142，以允许由反电极111生成的氧从壳体排放。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧传感器，包括：限定内部空间（110）的壳体；感测电极（115）；参考电极（113）；反电极（111）；保持电解质的分离件（120），其中，所述电解质提供在所述壳体内的所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）中的每个之间的离子传导路径；以及在所述壳体内的腔室（206），其中，所述腔室（206）装纳所述感测电极（115），其中，所述腔室（206）包括开口（208），并且其中，所述分离件（120）延伸到所述腔室（206）内并且大体上填充所述开口（208）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧传感器，包括：限定内部空间（110）的壳体；感测电极（115）；参考电极（113）；反电极（111）；保持电解质的分离件（120），其中，所述电解质提供在所述壳体内的所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）中的每个之间的离子传导路径；以及在所述壳体内的腔室（206），其中，所述腔室（206）装纳所述感测电极（115），其中，所述腔室（206）包括开口（208），并且其中，所述分离件（120）延伸到所述腔室（206）内并且大体上填充所述开口（208）。2.根据权利要求1所述的氧传感器，其中，所述壳体包括被联接到主体（102）的盖（106），其中，所述腔室（206）由所述盖（106）的内表面、所述主体（102）的内表面和围绕所述感测电极（115）被置于所述盖（106）和所述主体（102）之间的密封件（202，204）形成。3.根据权利要求2所述的氧传感器，其中，一层所述电解质被维持在所述盖（106）和所述主体（102）之间的所述密封件（202，204）处。4.根据权利要求1所述的氧传感器，其中，所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）被布置成平面设置。5.根据权利要求1所述的氧传感器，其中，所述开口（208）和所述分离件（120）被构造成阻止气体进入所述腔室（206）。6.一种氧传感器，包括：限定内部空间（110）的壳体；感测电极（115）；参考电极（113）；反电极（111），其中，所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）被布置成平面设置；以及保持电解质的分离件（120），其中，所述被保持的电解质提供在所述壳体内的所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）中的每个之间的离子传导路径，其中，所述分离件（120）和所述电解质形成单个平面离子传导路径，并且其中，所述感测电极（115）、所述参考电极（113）和所述反电极（111）中的每个被布置在所述单个平面离子传导路径上。7.根据权利要求6所述的氧传感器，其中，所述参考电极（113）在所述离子传导路径上被布置在所述反电极（111）和所述感测电极（115）之间。8.根据权利要求7所述的氧传感器，其中，在所述离子传导路径上在所述反电极（111）和所述参考电极（113）之间的距离与在所述离子传导路径上在所述反电极（111）和所述感测电极（115）之间的距离的比在大约1:1至大约1:10之间。9.根据权利要求7所述的氧传感器，其中，在所述离子传导...

【专利技术属性】
技术研发人员：N汉森，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US