一种四电极电化学气体传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种四电极电化学气体传感器，所述四电极电化学气体传感器包括参比电极，对电极，第一工作电极，第二工作电极，多孔阻隔构件，和传感器外壳，其中，沿着气体扩散方向，所述多孔阻隔构件布置在所述第一电极催化材料下游，并且所述多孔阻隔构件的孔径构造成能够在一氧化碳与第一电极材料反应时允许至多5％体积的一氧化碳通过所述多孔阻隔构件，但允许氢气通过所述多孔阻隔构件。借助该四电极电化学气体传感器，能以简单的结构来可靠避免氢气对一氧化碳的信号交叉干扰，以获得一氧化碳的浓度。

A four electrode electrochemical gas sensor

The utility model relates to a four electrode electrochemical gas sensor. The four electrode electrochemical gas sensor includes a reference electrode, an electrode, a first working electrode, a second working electrode, a porous barrier member, and a sensor shell, wherein the porous barrier member is arranged along the gas diffusion direction, and the porous barrier member is arranged in the section. The one electrode catalytic material is downstream, and the pore size of the porous barrier member is constructed to allow carbon monoxide to allow up to 5% volumes of carbon monoxide through the porous barrier member when the carbon monoxide is reacting with the first electrode material, but allows hydrogen to pass through the porous barrier member. With the aid of the four electrode electrochemical gas sensor, a simple structure can be used to reliably avoid the cross interference of hydrogen to carbon monoxide, so as to obtain the concentration of carbon monoxide.

【技术实现步骤摘要】
一种四电极电化学气体传感器
本技术涉及一种四电极电化学气体传感器、尤其是一种用于测定气体中一氧化碳浓度的四电极电化学气体传感器。
技术介绍
一氧化碳为有害气体，其特征为无色无味，不易发现；吸入后极易产生危险，严重可导致人员的伤亡。长久以来，冬天在室内或者其它密闭的环境中取暖时，还是经常会发生一氧化碳中毒而未被发现、最终导致人员伤亡的事件。为避免一氧化碳中毒事件的发生，常采用一氧化碳传感器检测环境中的一氧化碳气体浓度。一般，当环境中的一氧化碳气体浓度超过设定的安全阈值时，会发出警报，以提醒人员检查一氧化碳气体泄露情况。对于这种有害气体的检测，目前检测仪器的品种也较多，使用检测仪器大部分的场合大多为工业的或是大型的实验场所。例如，检测仪器可以为例如红外式、半导体式、催化燃烧式等。半导体式一氧化碳传感器主要使用二氧化锡反应机理，在使用中功耗大不易携带，且受温度影响大，寿命短等问题。红外线式一氧化碳传感器，虽精度高但成本也高，不易民众化。化学传感器则是目前人们在使用中的首选，但是在目前现有技术中液态化传感器所采用的储水反应桶结构寿命短体积大等缺点，另液态水容易挥发，在生产中也容易漏液，受温度影响限制。尤其是，在常规的一氧化碳检测设备中，一氧化碳浓度的确定容易受到空气中另一种气体、即氢气的交叉干扰。为了获得可靠的一氧化碳浓度的信号，必须排除与其它气体的交叉干扰带来的影响。为此，例如在美国专利7967965B2中提到关于通过催化剂的选择来减小两种气体交叉干扰的影响的一种方法，就是通过将用于对目标气体有催化作用的金属与减小对交叉干扰气体灵敏度的金属制备成合金。但这种方法有一定的局限性，催化剂通常对某一类化学物质都有响应，仍然存在一定程度的交叉干扰。又例如，美国专利5560810中给出了一种具有氧化银过滤器的一氧化氮传感器，可以通过化学反应而去除SO2和NO2气体对其的干扰。但这种化学过滤器通常有寿命限制，化学反应所用的材料用完时，传感器就无法再继续正常工作了。因此，对一氧化碳传感器来说始终存在一种以较为简单的结构来可靠避免空气中其它气体对一氧化碳信号交叉干扰的需求。
技术实现思路
为此，本技术提供了一种四电极电化学气体传感器，该四电极电化学气体传感器包括传感器外壳，在所述传感器外壳上设置有开口，该开口用于供包含一氧化碳和氢气的气体进入该传感器外壳内，其中，该四电极电化学气体传感器还包括：第一工作电极，该第一工作电极布置成与所述开口相邻，一氧化碳和一部分的所述氢气与所述第一工作电极反应，以产生第一输出电信号；多孔阻隔构件，该多孔阻隔构件布置在所述第一工作电极的下游，并且该多孔阻隔构件的孔径构造成能够阻隔所述一氧化碳通过，但又能使氢气中未与所述第一工作电极反应的其余部分通过；第二工作电极，该第二工作电极布置在多孔阻隔构件的下游，并且与氢气中的通过所述多孔阻隔构件的其余部分反应，以产生第二输出电信号。借助这种多孔阻隔构件，可以从物理上实现对一氧化碳的阻隔，从而使得可能在信号方面干扰到一氧化碳的氢气能够通过阻隔构件与第二工作电极反应。与化学催化剂的使用相比，这种物理阻隔手段使用寿命更久，并且更为可靠。此外，借助仅与氢气反应的第二工作电极的第二输出电信号也可以容易实现对一氧化碳浓度的确定，确定方式简单且有效。为了解决现有技术中的技术问题，本技术提供下述技术方案。在第一方面中，本技术提供一种四电极电化学气体传感器，所述四电极电化学气体传感器包括参比电极，对电极，第一工作电极，第二工作电极，多孔阻隔构件，和传感器外壳，其中所述传感器外壳包括在传感器外壳中设置的开口，所述开口构造成允许待检测的气体扩散进入传感器；其中所述第一工作电极包括第一电极基材和第一电极催化材料，所述第一工作电极布置成与所述开口相邻；其中，沿着气体扩散方向，所述多孔阻隔构件布置在所述第一电极催化材料下游，并且所述多孔阻隔构件的孔径构造成能够在一氧化碳与第一电极材料反应时允许至多5％体积的一氧化碳通过所述多孔阻隔构件，但允许氢气通过所述多孔阻隔构件；其中所述第二工作电极包括第二电极基材和第二电极催化材料，沿着气体扩散方向，所述第二工作电极布置在所述多孔阻隔构件的下游；以及其中，沿着气体扩散方向，所述参比电极设置在第二工作电极下游，所述对电极设置在所述参比电极下游。在第一方面的一种实施方式中，所述多孔阻隔件的横截面积为第一电极基材的横截面积的至少50％。在第一方面的另一种实施方式中，所述多孔阻隔件的公称孔径为0.5-1.5微米。在第一方面的另一种实施方式中，所述四电极电化学气体传感器还包括位于所述传感器外壳内部的电解液，各电极设置成与所述电解液接触，从而实现各电极间的离子导通。在第一方面的另一种实施方式中，所述多孔阻隔构件包括吸液材料。在第一方面的另一种实施方式中，所述外壳包括盖子，且所述开口设置在所述盖子中。在第一方面的另一种实施方式中，所述四电极电化学气体传感器还包括布置于所述第二工作电极与所述参比电极之间的吸液材料和/或布置于所述参比电极与所述对电极之间的吸液材料。在第一方面的另一种实施方式中，所述多孔阻隔构件包括玻璃纤维材料。在第一方面的另一种实施方式中，所述吸液材料包括玻璃纤维材料。在第一方面的另一种实施方式中，所述第一电极催化材料和/或第二电极催化材料由铂或铂银合金制成。在第一方面的另一种实施方式中，所述电极基材包括聚合物材料，所述聚合物材料包括聚四氟乙烯。与现有技术相比，本技术的有益效果在于气体传感器使用寿命更久，并且更为可靠；以及测定一氧化碳浓度的方式简单且有效。附图说明图1示出根据本技术的一个实施例的四电极电化学气体传感器的内部结构示意图；图2示出根据图1所示实施例的四电极电化学气体传感器的工作电路示意图；以及图3示出根据图1所示实施例的四电极电化学气体传感器的示例性的一氧化碳响应曲线图。具体实施方式应注意参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大来说明本技术的各方面，且在这方面，附图不应被解释为限制性的。应理解到，本技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明。还应理解到，本技术中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其它设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其它设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，方法的各步骤的排列次序为非限制性的，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本技术可实施的范畴。如图1所示的一个非限制性的例子，该四电极电化学气体传感器100包括传感器外壳7。外壳7的形状可以为圆柱形、但不限于此可以为适应于放置传感器场合的任何形状。外壳7上设置有开口2。有利地，该外壳7可包括盖子1，该盖子1可以为实心的或者部分空心的。可在盖子1上设有开口2，该开口2用于供待检测的气体扩散进入四电极电化学气体传感器100的外壳7内部。但可以理解到，开口并不一定设置在外壳7的盖子1上，也可以直接设置在外壳上(即，外壳不包含单独设置的盖子1，而是整个成一体式结构)。开口穿透盖子1(如果有的话)或者外壳，从而使得外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四电极电化学气体传感器，所述四电极电化学气体传感器包括参比电极，对电极，第一工作电极，第二工作电极，多孔阻隔构件，和传感器外壳，其中所述传感器外壳包括在传感器外壳中设置的开口，所述开口构造成允许待检测的气体扩散进入传感器；其中所述第一工作电极包括第一电极基材和第一电极催化材料，所述第一工作电极布置成与所述开口相邻；其中，沿着气体扩散方向，所述多孔阻隔构件布置在所述第一电极催化材料下游，并且所述多孔阻隔构件的孔径构造成能够在一氧化碳与第一电极材料反应时允许至多5％体积的一氧化碳通过所述多孔阻隔构件，但允许氢气通过所述多孔阻隔构件；其中所述第二工作电极包括第二电极基材和第二电极催化材料，沿着气体扩散方向，所述第二工作电极布置在所述多孔阻隔构件的下游；以及其中，沿着气体扩散方向，所述参比电极设置在第二工作电极下游，所述对电极设置在所述参比电极下游。

【技术特征摘要】
1.一种四电极电化学气体传感器，所述四电极电化学气体传感器包括参比电极，对电极，第一工作电极，第二工作电极，多孔阻隔构件，和传感器外壳，其中所述传感器外壳包括在传感器外壳中设置的开口，所述开口构造成允许待检测的气体扩散进入传感器；其中所述第一工作电极包括第一电极基材和第一电极催化材料，所述第一工作电极布置成与所述开口相邻；其中，沿着气体扩散方向，所述多孔阻隔构件布置在所述第一电极催化材料下游，并且所述多孔阻隔构件的孔径构造成能够在一氧化碳与第一电极材料反应时允许至多5％体积的一氧化碳通过所述多孔阻隔构件，但允许氢气通过所述多孔阻隔构件；其中所述第二工作电极包括第二电极基材和第二电极催化材料，沿着气体扩散方向，所述第二工作电极布置在所述多孔阻隔构件的下游；以及其中，沿着气体扩散方向，所述参比电极设置在第二工作电极下游，所述对电极设置在所述参比电极下游。2.如权利要求1所述的四电极电化学气体传感器，其特征在于，所述多孔阻隔件的横截面积为第一电极基材的横截面积的至少50％。3.如权利要求1所述的四电极电化学气体传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张幸伟，张爱健，汪晓艳，王勇，
申请(专利权)人：英思科传感仪器上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31