电化学传感器制造技术

一种电化学传感器，其中一个不渗透离子的塞置于用于盐桥中的较大的塞的相邻面之间，盐桥还包括一个实心圆筒型的塞，其通过不透离子的塞，由此使相邻的较大的塞互连，较大的塞有一中央孔以容纳玻璃传感电极，不渗透的塞有一突起以提供不渗透的塞与玻璃传感电极之间以及与放置盐桥的壳体之间较好的密封。此外，传感器也可以包括一刚性管，位于较大的塞和玻璃传感电极之间，作为在浸渍期间和以后防止损坏传感电极的阻挡层。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于感应流体特性的仪器，特别是电化学传感器，尤其是但不专指用于pH，ORP或其他特定的离子传感器中的参考电池。用于pH，ORP或其他特定的离子传感器中的参考电池典型地利用一种金属-金属(例如Ag/AgCl)单元，为了使这种参考单元保持对试样流体一定的电势，以盐溶液形式的合适的电解质必须连接该单元到试样流体。这种电解质具有导电性，即盐，桥接试样流体并包围电化学稳定环境的参考单元，电解质遇到试样流体的区域称为液体会合处，通常有着多孔材料的形式。理想的液体会合处应具有参考单元和试样流体之间的电解质接触，同时防止试样流体与这种电解质的任何混合。实际上，混合通常是不可避免的，并且会引起不希望的效应。这样，液体会合处是典型地参考电池设计的最弱点。目前的液体会合处设计采用各种多孔材料例如木材，聚四氟乙烯(TeflonTM)，陶瓷玻璃，芯，磨砂玻璃接头或仅仅是小孔，这些会合处或者使试样流体与容纳参考单元的电解质储藏处分离，或者被电解质流体所饱和和在远离试样流体的位置容纳参考单元。液体会合处的一个常见问题是保持试样流体和参考单元之间的导电通道，有着小的开孔的液体会合处可易于被试样流体中的固体堵塞，或通过某种化学反应使带有电解质的试样流体的结晶。为了减少堵塞问题，已采用了大的会合表面。在Cardeiro的美国专利，3440525(525′专利)中，他叙述了一种液体会合处，利用大的会合表面，由一木材或多孔陶瓷塞产生，这些材料的结构通过在试样流体和参考电解质之间纵向延伸的毛细管保持了电解质接触。525′专利的液体会合处通过木材或陶瓷塞的毛细管结构使具有很高密度导电性的盐连接到试样流体。参考电源设计的另一困难是使参考单元与试样流体分隔开，由于试样流体进入液体会合处和电解质储藏处，电解质浓度下降，最终会引起参考电池产生的电势漂移，随着时间推移，电势会变得对校准方法来说太大，若试样流体到达参考单元，会出现该单元的中毒，引起参考电势变得不稳定，由于这些是不希望有的影响，参考电池的设计应当减小或消除电解质与试样流体的交换。在Barben的美国专利Re31333(333′专利)中，他揭示了采用多个半透性材料塞，例如木材，具有从塞的一端到另一端延伸的纵向毛细管。这些塞由一系列较小的塞连接。333′专利提出应当在组装这种参考电池之前用环氧树脂或其他粘合密封剂来密封大的塞的邻接端表面，按照333′专利，这样采用密封剂引起离子传递通道在每一塞之间纵向和横向地连接。每一大的塞有一对边孔，轴向地位于塞的中孔相对两侧，边孔用来容纳较小的塞，其插入依次成对的较大的塞中心孔相对两侧的边孔中的一个，333′专利指出，密封剂填入边孔的插入部分空间中以封住每一侧相继的较小塞之间的流体通道，所以，333′专利指出，较大、较小的栓与密封剂的结合提供了离子传递的迂回曲折路径。按照333′专利，在组装大、小塞，置于沿中心玻璃电极的圆柱形容器中后并用密封剂密封后，整个结构浸入盛有参考电池电解质或盐桥溶液的池中，直到木材通过容器全部长度充满这种溶液。333′专利指出，盐桥溶液吸收到参考电池结构中，使得大、小木塞膨胀，这种涨大使木材沿横向膨胀，使各个塞彼此压紧。也压紧中央玻璃电极和用来容纳电源的刚性圆筒形容器的内部，但333′专利中未提到，木材的这种膨胀会导致技术人员推定，若在相邻于玻璃电极的圆筒容器的每一塞的该部分有离子交换的话，则也是非常少的。在实践333′专利指出的专利技术时，环氧树脂也被用来密封每一较大的塞的外表面，相信在外表面使用环氧树脂会进一步确保沿每一柱外表面的路径不会有任何离子交换。按照333′专利教导构成的参考电池已被成功地并一直用于达理的连续监测，一种应用是监测有着硫化物的过程，这类液流会出现在石化工艺、燃气除尘和废水处理，已经知道在这些液流过程中出现硫化物会缩短参考电池的寿命。由于硫化物渗入参考电池结构并与包含在参考电池反应中的金属离子(例如银)接触，形成不溶性的硫化物，并在溶液中沉淀下来。由于维持恒定的参考电池电势有赖于在金属和参考电池的金属离子之间建立平衡(即参考电池反应)，与碳化物的不可逆反应消耗所有可用的金属离子，没有相当的金属离子，参考电池将不再有好的性能，并且使传感器成为无用的，参考“毒物”如硫化物只能由防止或限制这些离子与参考元素直接接触来控制。尽管发已现按照333′专利构成的参考电池比其它已知的参考电池有更长的寿命，但用染料溶液观察到在玻璃电极、圆筒形容器和较大的木塞邻接表面之间的区域已观察到了密封弱化。玻璃电极的密封性差与器件的制造可靠性有关，由于木塞在参考电池内的膨胀在很大程度上是无法预料的，确保玻璃电极与木塞之间可靠和可再现的密封是相当困难的。若在这些器件之间使用了不适当的间隔，最终的产品或是玻璃电极破碎的传感器，或是不可用的器件，或是不适当密封的传感器并缩短了传感器的寿命，在木塞和圆筒形容器之间也出现了同样的情形。最后，每一较大的木塞之间的密封在浸渍过程中折衷，由于木材端部横切过木纹的粗糙表面，密封剂(即环氧树脂)与较大的木塞之间的任何脱离形成了裂缝。尽管这些缺点在大多数应用中还没有严重地影响传感器的寿命，但仍希望在监视有硫化物的过程液流时参考电源有更长的寿命。此外，大多数测量电池，(即电极)具有管状的玻璃结构，由于大的木塞的膨胀产生的压缩负载理论上来说平均地分配到管状玻璃电极的圆形表面。由于大多数玻璃材料具有很好的压缩强度，可以期望电极能够经受住这种压缩负载，不幸的是，膨胀从一个塞到一个塞或在一个塞上从一面到一面是不均匀的，这样，在玻璃电极上的负载典型地是压缩和切变形式。当传感器在液体会合区使用多孔材料，置于温度、压力升高和/或含有剧烈的化学品的过程液流中时，这种负荷会引起玻璃电极断裂，这种传感器的例子如333′专利中所述，也可见美国专利5,147,524(“524”专利)和美国专利5,346,606(606′专利)。热、压力和/或化学品会引起多孔材料膨胀，使玻璃电极破碎，所以，希望加固传感器，由此消除玻璃电极破碎的这一原因，使传感器有一致的质量和性能。本专利技术用在一种测量试样流体内离子特性的装置中，该装置有一盐桥，其构成包括第一串纵向半透性塞，浸透着电解质，以及第二串纵向半透性塞，浸透着电解质，第一和第二串半透性塞纵向重迭，相对固定。该装置还有一串不渗透塞，每一不渗透塞与第一串塞的一对相邻的横端面相关，夹于其间，第二串塞中的一个塞通过每一不渗透塞，提供相邻的横端面之间的离子通道。本专利技术也用在一种测量试样流体内离子特性的装置中，有一盐桥；其中，第一串纵向半透塞至少有两个塞，第二串纵向半透塞至少有一个塞，第一和第二串纵向重叠相互固定，该装置还包括一串不渗透塞，具有至少一个塞，与第一串塞中的至少两个塞的相邻横端面相关开夹于其间，第二串塞中的至少一个塞通过至少一个不透渗塞，由此在相邻的横端面之间提供离子通道。本专利技术进一步用作一种测量试样流体内离子特性的装置，有一盐桥，盐桥有第一和第二纵向半透性，浸满电解质；以及，一个第三纵向半透塞，浸满电解质，第一、第二和第三塞纵向重迭并彼此固定，该装置进一步具有不渗透塞，夹在第一和第二半透塞的相邻横端面之间，第三半透性塞通过不渗透塞，由此在相邻的横端面之间提供离子通道。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量试样流体中离子特性的装置，包括： （ａ）一盐桥，包括： ｉ．第一串纵向半透性塞，浸渍有电解质； ｉｉ．第二串纵向半透性塞，浸渍有电解质，所述第一和所述第二串半透塞纵向重迭，互相固定； （ｂ）一串不渗透的塞，每一所述不渗透的塞与所述第一串半透性塞的一对相邻横端面相关，并夹于其间，在所述第二串塞中的一个半透性塞通过每一所述不渗透的塞，由此在相邻的横端面之间提供离子通道。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯J赫斯，唐纳德R斯普里格，斯图尔特托尼，
申请(专利权)人：埃尔国际NV，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]