專利名稱：電化學一氧化碳傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器的技術領域，特別涉及一種電化學一氧化碳傳感器。
背景技術：
一氧化碳等有害氣體，其一般無色無味，且多藏匿于隱蔽之處，不易發現；當有人進入時，極易產生兇險，甚至導致人員的傷亡；對于有害氣體的檢測儀器，目前品種較多，有置于實驗室較大規格的，也有便于隨身攜帶的；如專利號為CN200820050372. 5的中國發明專利《一氧化碳傳感器》(公告號為CN201225994Y)；包括過濾器、上電極片、傳感器芯片、下電極片、液體室、外殼、上電極引腳和下電極引腳，傳感器芯片的上下端面分別與上電極片和下電極片接觸，上電極片上開設有透氣孔，過濾器、上電極片、傳感器芯片和下電極片由上至下設置在外殼的內部，液體室設在外殼的底部，外殼的頂部開設有進氣孔，上電極引腳的一端與上電極片連接，另一端穿出外殼的底部，下電極引腳的一端與下電極片連接，另一端穿出外殼的底部。該設計在進氣孔部位未設置有過濾體，即不能對所檢測氣體進行純凈處理，在實際使用時不能提供純度較高的有害氣體，即有損整個器具的操作效率；未在傳感器兩面貼配離子收集膜，即在電壓所形成的離子收集速度較慢，兩極電荷較不穩定。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種結構緊湊、攜帶便捷、檢測效率高、成本較低、電荷穩定及適用范圍廣的電化學一氧化碳傳感器。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為電化學一氧化碳傳感器，包括有內儲有氫氧化物液體的陽極反應桶，能與外部檢測氣體相連的聚氣罩，以及催化一氧化碳氣體的膜電極組件，聚氣罩內面緊貼配裝有陰極壓片，且陰極壓片與聚氣罩外周圈配裝有密封圈，且密封圈與陽極反應桶上口密封配合；陽極反應桶上口內置有陽極壓片，陽極壓片與密封圈之間墊配有集流膜定位片；集流膜定位片中間制有定位孔，且定位孔與膜電極組件嵌配；陽極壓片中間制有貫流孔，且貫流孔控制陽極反應桶內儲氫氧化物液體與膜電極組件之間的流通；陰極壓片中間制有貫氣孔，且該貫氣孔控制聚氣罩內進檢測氣體與膜電極組件之間的流通。采取的措施還包括上述的聚氣罩中間制有凹腔，四周制有翻邊；凹腔內嵌配有過濾體，并將外部檢測氣體過濾成一氧化碳氣體；翻邊內面與陰極壓片貼配。上述的過濾體為活性炭物質；上述的聚氣罩外頂面上制有至少二個進氣孔，且進氣孔與聚氣罩的凹腔連通；聚氣罩外頂面固定有陰極引腳。上述的膜電極組件與進入的一氧化碳氣體、陽極反應桶內氫氧化物液體產生化學反應，并產生二氧化碳氣體、正電荷離子和電子。上述的陽極反應桶內儲有的氫氧化物液體為水質液體；陽極反應桶外底面固定有陽極引腳。
上述的陽極引腳與陰極引腳之間連接有導電負載，并能形成輸出電流。上述的膜電極組件的外表面為陰極工作面，且膜電極組件經化學反應產生的電子聚留在該陰極工作面上。上述的陰極工作面上貼配有陰極集流膜，陰極工作面上所聚留下的電子轉移并保留到陰極集流膜上，且陰極集流膜與陰極壓片連接。上述的膜電極組件的內表面為陽極工作面，且膜電極組件經化學反應產生的正電荷離子聚留在陽極工作面上。上述的陽極工作面上貼配有陽極集流膜，陽極工作面上所聚留下的正電荷離子轉移并保留到所述的陽極集流膜上，且陽極集流膜與陽極壓片連接。與現有技術相比，本發明包括有內儲有氫氧化物液體的陽極反應桶，能與外部檢測氣體相連的聚氣罩，以及催化一氧化碳氣體的膜電極組件，聚氣罩內面緊貼配裝有陰極壓片，且陰極壓片與聚氣罩外周圈配裝有密封圈，且密封圈與陽極反應桶上口密封配合；陽極反應桶上口內置有陽極壓片，陽極壓片與密封圈之間墊配有集流膜定位片；集流膜定位片中間制有定位孔，且定位孔與膜電極組件嵌配；陽極壓片中間制有貫流孔，且貫流孔控制陽極反應桶內儲氫氧化物液體與膜電極組件之間的流通；陰極壓片中間制有貫氣孔，且該貫氣孔控制聚氣罩內進檢測氣體與膜電極組件之間的流通。本發明的優點在于將整個結構設計成電池形狀體，體積較小，且攜帶便捷；基于陽極反應桶為本體，將結構設計成一體，結構緊湊；充分利用水氣化學化學反應原理，將一氧化碳氣體催化成電壓，再利用電流原理，實現對一氧化碳氣體含量的檢測；外部檢測氣體由過濾體進行進氣過濾，其凈化效果好，并能確保檢測操作的高效性；配置水質液體，其成本較低，取材便捷；雙面配置陰陽極集流膜，利于電子的集聚，提高電荷的穩定性；檢測氣體不限于一氧化碳氣體，適用范圍廣。
圖1是本發明實施例的橫向剖視示意圖2是圖1中I處的局部放大示意圖3是圖1的外形示意圖4是圖3的左視示意圖5是圖3的右視示意圖6是本發明實施例的三維示意圖7是本發明實施例配置導電負載時的電流產生原理示意圖
圖8是圖6的三維分解示意圖9是本發明實施例輸出開路電壓特性曲線圖10是本發明實施例輸出CO感應電流特性曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1至圖10所示，圖標號說明如下陽極反應桶1，氫氧化物液體la，陽極壓片 2，貫流孔21，陽極集流膜3，膜電極組件4，陰極工作面41，陽極工作面42，集流膜定位片5， 定位孔51，陰極集流膜6，密封圈7，陰極壓片8，貫氣孔81，過濾體9，聚氣罩10，進氣孔10a，翻邊10b，凹腔10c，陽極引腳11，陰極引腳12，導電負載A，陰極工作室B，陽極反應室C，膜電極電荷反應組件D，電子e-，輸出電流lout，正電荷離子H+。本發明實施例，電化學一氧化碳傳感器，包括有內儲有氫氧化物液體Ia的陽極反應桶1，能與外部檢測氣體相連的聚氣罩10，以及催化一氧化碳氣體的膜電極組件4，聚氣罩10內面緊貼配裝有陰極壓片8，且陰極壓片8與聚氣罩10外周圈配裝有密封圈7，且密封圈7與陽極反應桶1上口密封配合；陽極反應桶1上口內置有陽極壓片2，陽極壓片2與密封圈7之間墊配有集流膜定位片5 ；集流膜定位片5中間制有定位孔51，且定位孔51與膜電極組件4嵌配；陽極壓片2中間制有貫流孔21，且貫流孔21控制陽極反應桶1內儲氫氧化物液體Ia與膜電極組件4之間的流通；陰極壓片8中間制有貫氣孔81，且該貫氣孔 81控制聚氣罩10內進檢測氣體與膜電極組件4之間的流通。將整個結構設計成電池形狀體，體積較小，且攜帶便捷；基于陽極反應桶為本體，將結構設計成一體，結構緊湊；充分利用水氣化學化學反應原理，將一氧化碳氣體催化成電壓，再利用電流原理，實現對一氧化碳氣體含量的檢測。聚氣罩10中間制有凹腔10c，四周制有翻邊IOb ；凹腔IOc內嵌配有過濾體9，并將外部檢測氣體過濾成一氧化碳氣體；翻邊IOb內面與陰極壓片8貼配。過濾體9為活性炭物質；聚氣罩10外頂面上制有至少二個進氣孔10a，且進氣孔IOa與聚氣罩10的凹腔IOc 連通；聚氣罩10外頂面固定有陰極引腳12。外部檢測氣體由過濾體進行進氣過濾，其凈化效果好，并能確保檢測操作的高效性。膜電極組件4與進入的一氧化碳氣體、陽極反應桶1內氫氧化物液體Ia產生化學反應，并產生二氧化碳氣體、正電荷離子H+和電子e_，其化學反應公式為 CCHH2O — C02+2H++2e-。陽極反應桶1內儲有的氫氧化物液體Ia為水質液體；陽極反應桶1 外底面固定有陽極引腳11。陽極引腳11與陰極引腳12之間連接有導電負載A，并能形成輸出電流lout。配置水質液體，其成本較低，取材便捷。膜電極組件4的外表面為陰極工作面41，且膜電極組件4經化學反應產生的電子 e-聚留在該陰極工作面41上。陰極工作面41上貼配有陰極集流膜6，陰極工作面41上所聚留下的電子e-轉移并保留到陰極集流膜6上，且陰極集流膜6與陰極壓片8連接。配置陰極集流膜，利于電子的集聚，提高負電荷的穩定性。膜電極組件4的內表面為陽極工作面42，且膜電極組件4經化學反應產生的正電荷離子H+聚留在陽極工作面42上。陽極工作面42上貼配有陽極集流膜3，陽極工作面42 上所聚留下的正電荷離子H+轉移并保留到陽極集流膜3上，且陽極集流膜3與陽極壓片2 連接。配置陽極集流膜，利于正電荷離子的集聚，提高正電荷的穩定性。一、本發明實施例的適用范圍本結構相當于一個對空氣中存在著較低濃度的一氧化碳氣體作為陰極燃料的小型燃料電池，主要輸出是恒定的電流，輸出電流并與空氣中的一氧化碳濃度成良好的線性關系。本結構除了對一氧化碳敏感之外，對甲烷、丙烷、異丁烷、乙烯、乙醇、酒精、異丙醇、苯、甲苯、乙酸乙酯、氫、硫化氫、二氧化硫也有微弱的反應。二、本發明實施的基本電氣參數如下所述規格尺寸Φ22. 5*44. 5 士 0. 5mm ；
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CO濃度探測范圍> IOppm ；CO 濃度分析度10 至 IOOOppm ；輸出電流0.5 至 ^A/ppmCO ；輸出最大電壓40至60mV ；功率損耗0mW ；電容量(Cx) 3800 至 9000uF ；串聯內阻(Rs):0· 5 至 10Ω ；漏電電阻(Rsh)> 250K ；三、本發明實施的結構組成如下所述由金屬材料做成裝有H2O的密封陽極反應室C和填有活性炭物質材料的陰極氣體反應室B及膜電極電荷反應組件D三個重要部分組成。陽極反應室C由陽極反應桶1、陽極引腳11和H20組成。膜電極電荷反應組件D由陽極壓片2、陽極集流膜3、膜電極組件4、集流膜定位片 5、陰極集流膜6、密封圈7、陰極壓片8組成。陰極工作室B由集氣罩10和碳包或碳布9及陰極引腳12組成。四、本發明實施例的工作原理如下所述當含有一氧化碳氣體的空氣進入陰極工作室B后，經陰極工作室B內的過濾包活性炭9濾除一些帶有其它雜質的氣體后得到較為純凈的一氧化碳CO氣體，這一氧化碳CO 氣體通過陰極壓片8上的陰極片氣孔81擴散到膜電極組件4的陰極工作面41上，在膜電極組件4的催化作用下，一氧化碳CO氣體在膜電極組件4的陰極工作面41上與陽極室B 中轉移出來的水H2O中的氧0元素結合生成了二氧化碳(X)2氣體，并將水H2O中的氫H2原子分解成2粒帶有正電荷的H+離子和2粒電子e-，電子本身為負電荷。其化學反應式為C0+H20 — C02+2H++2e-，即在膜電極組件4的陰極工作面41上單聚留下催化所生成的電子2e-，形成了負電荷并轉移保留到陰極集流膜6上。而2個正電荷離子H+卻由膜電極組件4轉移到對面的陽極工作面42上，致使陽極工作面42單聚留正電荷離子H+離子形成了正電荷并轉移保留到陽極集流膜2上；這樣就會使陽極集流膜3、陰極集流膜6兩集電膜上之間產生電位差。由于陽極反應桶1、陽極壓片2、陰極壓片8和聚氣罩10都是金屬件，當極陰陽極兩個引腳間接有導電負載A時，陽極集流膜3上的2正電荷離子H+便通過陽極反應桶1、陽極壓片2、陽極引腳11、外接電載A、陰極引腳12、聚氣罩10、陰極壓片8和陰極集流膜6中的2e-電子會合形成了輸出電流lout。五、本發明實施例的輸出電氣特性如下所述5. 1、本結構與CO濃度輸出電流的特性關系，如圖10所示，本結構和CO反應后輸出的主要是電流，輸出電流與CO濃度成線性關系，而且維持不變的CO濃度值時電流是恒定的。本結構的CO輸出電流并不是每個傳感器都是一致，主要在0. 5至2nA/ppmC0之間。5. 2、本結構與CO反應輸出電壓，如圖9所示；5. 2.1、輸出電壓特性
當傳感器在含有維持一定的ppm濃度的CO氣體中時便會產生恒定的電流，如果傳感器兩極引腳是空載時或者兩極間的放電電流小于輸出電流值時就會隨時間變化產生積分電壓值，當積分電壓升到一定程度時不會再繼續上升保持平穩的電壓值，即為飽和電壓值，本結構和電壓在40mV至60mV之間。5. 2. 2、輸出電壓與反應時間及CO濃度的關系如圖9所示，可以看出當CO氣體濃度越低時進入飽和電壓的時間須要越長，反之 CO氣體的濃度越高時進入飽和電壓的時間就越短，我們就是利用這一個關系特點或電流和 CO氣體的線性關系進行CO濃度檢測的。六、本發明實施例的各組件使用材料如下表所列
權利要求
1.電化學一氧化碳傳感器，包括有內儲有氫氧化物液體(Ia)的陽極反應桶(1)，能與外部檢測氣體相連的聚氣罩(10)，以及催化一氧化碳氣體的膜電極組件G)，其特征是所述的聚氣罩(10)內面緊貼配裝有陰極壓片(8)，且陰極壓片(8)與聚氣罩(10)外周圈配裝有密封圈(7)，且密封圈(7)與所述的陽極反應桶(1)上口密封配合；所述的陽極反應桶(I)上口內置有陽極壓片O)，陽極壓片(2)與所述的密封圈(7)之間墊配有集流膜定位片 (5)；所述的集流膜定位片(5)中間制有定位孔(51)，且定位孔(51)與所述的膜電極組件 ⑷嵌配；所述的陽極壓片⑵中間制有貫流孔01)，且貫流孔控制陽極反應桶⑴ 內儲氫氧化物液體(Ia)與膜電極組件(4)之間的流通；所述的陰極壓片(8)中間制有貫氣孔(81)，且該貫氣孔(81)控制聚氣罩(10)內進檢測氣體與膜電極組件(4)之間的流通。
2.根據權利要求1所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的聚氣罩(10)中間制有凹腔(10c)，四周制有翻邊(IOb)；所述的凹腔(IOc)內嵌配有過濾體(9)，并將外部檢測氣體過濾成一氧化碳氣體；所述的翻邊(IOb)內面與陰極壓片(8)貼配。
3.根據權利要求2所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的過濾體(9)為活性炭物質；所述的聚氣罩(10)外頂面上制有至少二個進氣孔(10a)，且進氣孔(IOa)與聚氣罩(10)的凹腔(IOc)連通；所述的聚氣罩(10)外頂面固定有陰極引腳(12)。
4.根據權利要求3所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的膜電極組件(4) 與進入的一氧化碳氣體、陽極反應桶(1)內氫氧化物液體(Ia)產生化學反應，并產生二氧化碳氣體、正電荷離子(H+)和電子(e_)。
5.根據權利要求4所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的陽極反應桶(1) 內儲有的氫氧化物液體(Ia)為水質液體；所述的陽極反應桶(1)外底面固定有陽極引腳(II)。
6.根據權利要求5所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的陽極引腳(11)與陰極引腳(12)之間連接有導電負載(A)，并能形成輸出電流(lout) 0
7.根據權利要求6所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的膜電極組件(4) 的外表面為陰極工作面(41)，且膜電極組件(4)經化學反應產生的電子(e_)聚留在該陰極工作面(41)上。
8.根據權利要求7所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的陰極工作面上貼配有陰極集流膜(6)，陰極工作面Gl)上所聚留下的電子(e_)轉移并保留到所述的陰極集流膜(6)上，且陰極集流膜(6)與所述的陰極壓片( 連接。
9.根據權利要求6所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的膜電極組件(4) 的內表面為陽極工作面(42)，且膜電極組件(4)經化學反應產生的正電荷離子(H+)聚留在陽極工作面(42)上。
10.根據權利要求9所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征是所述的陽極工作面G2) 上貼配有陽極集流膜(3)，陽極工作面02)上所聚留下的正電荷離子(H+)轉移并保留到所述的陽極集流膜C3)上，且陽極集流膜C3)與所述的陽極壓片( 連接。
全文摘要
本發明公開了電化學一氧化碳傳感器，包括有內儲有氫氧化物液體的陽極反應桶，能與外部檢測氣體相連的聚氣罩，以及催化一氧化碳氣體的膜電極組件，聚氣罩內面緊貼配裝有陰極壓片，且陰極壓片與聚氣罩外周圈配裝有密封圈；陽極反應桶上口內置有陽極壓片，陽極壓片與密封圈之間墊配有集流膜定位片；將整個結構設計成電池形狀體，體積較小，且攜帶便捷；基于陽極反應桶為本體，將結構設計成一體，結構緊湊；充分利用水氣化學化學反應原理，將一氧化碳氣體催化成電壓，再利用電流原理，實現對一氧化碳氣體含量的檢測；外部檢測氣體由過濾體進行進氣過濾，其凈化效果好，并能確保檢測操作的高效性；檢測氣體不限于一氧化碳氣體，適用范圍廣。
文檔編號G01N27/26GK102192931SQ20111005505
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者方永達, 朱福龍 申請人:寧波金盾電子工業有限公司