电化学有毒气体传感器制造技术

本发明专利技术描述了一种紧凑的用于检测有毒气体的电化学气体传感器，它采用一个带环槽的导电接线柱使传感器内的各个电极与传感器外面电连接。带有环槽的导电接线柱的采用显著地减少了制造传感器所需的零件数，并减少了电解液从传感器渗漏出来的可能性。另外，这种电化学有毒气体传感器可以采用气体渗透膜来代替多孔透气膜。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测，诸如一氧化碳、氯气、氰化氢、硫化氢、二氧化氮和二氧化硫等各种有毒气体的电化学有毒气体传感器。在典型的电化学气体传感器中，被测气体从空气中透过多孔透气膜扩散到工作电极上，在工作电极处发生化学反应。化学反应的类型、速度和效率受用于制造工作电极的材料、气体向工作电极的扩散速率以及工作电极相对于作为基准的另一电极的电位的控制。工作电极的电位一般借助于稳压电路来建立，但这未必是一种必需的工作方式。在反电极上，发生与工作电极上发生的化学反应互补的化学反应。工作电极和反电极之间的电流与被测气体的浓度成比例。一种电离导电的电解液与所有电极接触，维持传感器内的电荷平衡。在美国专利4，132，616;4，324，632;4，474，688号以及在欧洲专利申请0，496，527A1号上揭示和描述了这种电化学气体传感器。附图说明图1示出了一种用于检测一氧化碳的已知的电化学气体传感器的分解视图。在装配这种传感器时，把一铂反电极2放在传感器壳4的内底部上。通常，反电极2包括如Gortex和Zitex牌号的多孔透气膜3。接着，把镀金集流环6放在传感器壳4内，使镀金环与反电极2的周边接触，并使突舌延伸穿过集流环6顶上的传感器壳4上的一个下通孔(未示)。然后把O形圈8放在传感器8内，并把主隔套10放在O形圈8的顶上。这些零部件安装就位之后，把电绝缘的但多孔的隔片12放在主隔套10内，然后把虹吸器(Wick)14套在隔片12上。虹吸器最好是哑铃形的，并且是用已经处理成亲水性的多孔聚乙烯或聚丙烯制成的。然后把第二个O形圈16套在主隔套10上，把第二个镀金集流环18放在该O形圈16上，使其突舌延伸穿过传感器壳4的中通孔(未示)。接着，把有一中心孔22的铂基准电极20放在集流环18上，并使它们电接触。然后再把第三个O形圈套在基准电极20上，接着是放置垫圈26和一片或多片隔片28。隔片28与隔片12相似。然后把第三个镀金集流环30放在该组件上，使其突舌延伸穿过传感器壳4的上通孔(未示)。把铂工作电极32放在集流环30上。工作电极32在结构上与反电极2相似，也包括Gortex或Zitex牌号的多孔透气膜片。工作电极32是面朝下置入，而反电极是面朝上。传感器进气口组件34包括一个用于减少对流的挡板36，把传感器进气口组件34向下推压在上述叠层上，形成传感器壳4的顶部。通过把挡圈38装入传感器壳4上部的凹槽40内使整个传感器结构在一定压力下保持在传感器壳4内。然后，将从下、中和上通孔伸出的各集流环的突舌弯曲成与传感器壳4的外壁平行，并热封于其上。然后，在传感器壳4上突舌伸出通孔的周围区域用一种疏水性密封胶覆盖。在使密封胶干燥之后，通过传感器壳4底部附近的充注孔42向传感器内注入电离导电的含水硫酸电解液。然后用塞子把孔42封住。这种结构的有毒气体传感器有几个缺点。由传感器使用大量零件以及装配传感器和进行加热密封和涂覆疏水性密封胶所需的劳动力所引起的高的制造成本是缺点之一。另外，集流环上的金之类的贵金属成本高，它需要用脆弱的叠层引线，这种引线不很耐用，而且必须加以保护，以免受到机械损伤，同时要保证可靠的外部电连接。即使采用了垫圈或O形圈和疏水性密封胶，在长期使用或暴露于高温之后，这种类型的传感器仍会渗漏电解液。一般采用的含水硫酸电解液的渗漏，不仅要降低传感器的性能特性，而且还会腐蚀和毁坏装有这种传感器的仪器。这种类型的传感器还有一个缺点，那就是其高度尺寸超过1英寸。如图1所示且如上所述的有毒气体传感器不是采用气体渗透膜，因为已知材料对各种气体和蒸气的透气性太低，或者就是材料的惰性不足以经受典型的有毒气体检测环境。于是，许多有毒气体传感器只能使用如牌号为Gore-Tex或Zitex的多孔透气膜。这些多孔透气膜通常用PTFE(聚四氟乙烯)制成，它含有大量显微镜下可以看见的小孔，这些小孔的直径处于几微米的数量级。一般，这些孔大约占多孔透气膜的几何面积的60-70%。虽然用多孔透气膜制成的电化学有毒气体传感器可以应用于许多场合，但一般认为其有几个缺点。例如，在多数情况下，多孔透气膜的孔度限制着可用的电解液的选择，可用在这种传感器中的主要是水溶性酸。甚至在用这类水溶性酸时，对传感器施加的压力差仍会使电解液通过多孔透气膜渗漏出来。另外，随着温度和湿度的变化，水蒸气会通过多孔透气膜迅速蒸发。这就要求必须在传感器体内留下一相当大的空间，用作电解液容器。这就增加了传感器的复杂性，并使传感器超出了所希望的尺度。还会引起电解液PH值的变化，而PH值的变化会使传感器内的基准电极的电位变化。在仪器中使用这种传感器时，基准电极电位的偏移将引起零位偏移、工作幅宽偏移和温度补偿问题。而且，悬浮微粒、颗粒和高分子量的气体很容易穿过多孔透气膜上的微孔，引起传感器电极中毒。这种中毒现象会使传感器输出逐渐缓慢减弱，直至传感器达到化学上的无效而不能再用。因此，客观上需要有一种没有这些缺点的电化学有毒气体传感器。总地来说，本专利技术涉及的电化学气体传感器包含一壳体、一工作电极、一反电极、位于壳体内的一种电解液、将电解液保持在壳体内的多孔透气膜以及穿过壳体的用于每一电极的电接头，电接头包括有一沟槽的接线柱。最好本专利技术还有一基准电极。如果不使用独立的基准电极，也可以把反电极用作基准电极。最好用有沟槽的非贵重金属柱用作接线柱，构成必要的从传感器外到传感器壳体内的各电极连接。如果传感器内是用硫酸之类的含水酸电解液，就尤其要用这种办法。传感器壳体最好用塑料制成，这样带沟槽的非贵重金属引柱可以模压嵌入其内。本专利技术的有毒气体传感器也可以用气体渗透膜代替多孔透气膜作为被检测的有毒气体和电化学气体传感器的内置物之间的主分隔层。由于这种气体渗透膜上没有小孔，因此，在气体扩散通过膜材料之前，气体首先溶解在渗透膜的材料中。这不同于上述那种气体直接扩散通过膜上的孔的多孔透气膜。渗透膜可以直接置于传统的、一般包括一层多孔透气膜的工作电极上。在这种结构中，气体渗透膜可以与工作电极的多孔透气膜一起加热密封到传感器壳体的顶部上，或者，采用其他传统的如O形密封圈的方法沿壳体的圆周密封于壳体。在本专利技术的一个最佳实施例中，用第二个渗透膜密封传感器壳体的底部。可以把用于形成工作电极的如铂等电催化材料直接涂覆在气体渗透膜上，或者靠近渗透膜。如果选择这种制造方法，可以完全省略多孔透气膜。另一种方法是，可以把渗透膜直接加热层压到在其一面上已经覆盖有电极材料的多孔透气膜上。下面进行的对最佳实施例的详细描述将使本专利技术的其它详情、目的和优点变得更加明显。各附图示出了本专利技术的几个最佳实施例，其中图1是一种现在已知的用于一氧化碳的电化学有毒气体传感器的分解图;图2是本专利技术的电化学有毒气体传感器的一个实施例的分解图;图3是沿图2中的线3-3取的传感器的俯视图;图4是用于本专利技术的电化学有毒气体传感器的带沟槽的导电接线柱的一个最佳实施例;图5是表1所示的数据的曲线图;图6是表2所示的数据的曲线图;图7是表4所示的数据的曲线图。图2示出了本专利技术的电化学有毒气体传感器的一个最佳实施例，将它装配起来可用于检测一氧化碳。这一传感器有一壳体50，其最好用聚乙烯之类的塑料制成，其底上有一小孔52。在装配时，该小孔52用于充入电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学有毒气体传感器，其特征在于，包含：一壳体；一工作电极；一反电极；一种在壳体内的电解液；一将电解液保持在壳体内的多孔透气膜；以及一种穿过壳体对各电极的电连接，各电极是相互电分离的，但又是通过电解液离子连接的；电连接包括具有一环槽的导电接线柱。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫D乔尔森，艾伦A施奈伯，
申请(专利权)人：矿井安全装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]