使用內部安裝臺支撐電極堆棧和為氣體傳感器提供通風的制作方法
【專利說明】使用內部安裝臺支撐電極堆棧和為氣體傳感器提供通風
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求2013年11月6日提交的發明名稱為“使用內部安裝臺支撐電極堆棧和為氣體傳感器提供通風(Support for Electrode Stack & Provis1n for Venting of a GasSensor Using an Internally Mounted Table)” 的第 61/900，669 號美國臨時申請的申請日的利益。第61/900，669號申請通過引用并入本文中。
技術領域
[0002]本申請涉及電化學氧氣傳感器。更明確地說，本申請涉及這樣的傳感器，它們具有支撐裝配在內部的臺的外殼，所述臺支撐電極堆棧組件。此外，本申請涉及Aclar?作為電化學氣體傳感器中的阻隔材料的用途。
【背景技術】
[0003]氧氣泵傳感器需要通風孔以便運作，其中在感測電極處消耗氧氣而在對電極處產生氧氣。因此，在對電極放置在電極堆棧的基底處時，需要通向外部大氣的連接件以便將所產生的氧氣從傳感器內部排出。向堆棧基底處的對電極提供通風的一種方法是延長模制管以達到電極(例如，City Technology、EC0-0X)。
[0004]氧氣泵傳感器內的電極堆棧還需要適當的物理支撐以維持一致的堆棧壓縮。電極堆棧的壓縮方便了與集流器的電接觸，且確保電解液充分地傳遞到堆棧內的分隔件。
【附圖說明】
[0005]圖1是根據本文的傳感器的分解圖。
[0006]圖2A是支撐臺的放大側視圖。
[0007]圖2B是示出了電極堆棧和支撐臺的放大截面圖。
[0008]圖3是組裝流程圖。
[0009]圖4A是支撐臺的放大側視截面圖。
[0010]圖4B是通風管的另一放大側視截面圖。
[0011]圖5是另一傳感器的分解圖。
[0012]圖6是另一傳感器的分解圖。
[0013]圖7是支撐臺的放大圖。
[0014]圖8是本體的放大圖。
[0015]圖9是本體的橫截面的放大圖。
[0016]圖10是氣體傳感器的通風部件的放大圖。
【具體實施方式】
[0017]雖然所公開的實施例可以采用許多不同形式，但是其特定實施例示出于附圖中且將在本文中進行詳細描述，要理解本公開將被視為本發明的原理的例示以及實踐本發明的最好模式且不打算將本發明的權利要求書限于所示出的特定實施例。
[0018]本發明的主題提供了具有兩件式模制件的傳感器，包括含有接線銷和基底中的進氣口或孔的現有主體以及裝配在內部的“臺”，所述臺支撐電極堆棧組件。所述臺具有中空的中央支腿，所述支腿用環氧樹脂密封到傳感器本體中，環氧樹脂的主要目的是防止電解液經由所插入的接線銷流出。環氧樹脂的另一個目的是防止銷的腐蝕，銷的腐蝕可能會產生電流且將最終使泄漏更有可能發生。環氧樹脂還用以將臺支腿保持在適當位置。臺的中空中央支腿還支撐組裝在其頂部上的電極堆棧。此設計的一個有用方面是PTFE對電極帶(counter tape)的使用促進了傳感器內部壓力與傳感器外部的大氣壓力的快速均衡，極大地降低了傳感器“出現差錯”的可能性。本領域的技術人員將理解如何選擇此類帶的等級。
[0019]“臺”是注射模制物品。模制傳感器最初具有焊接到接線銷頂部的至少一個集流器或線。接著將環氧樹脂施配到傳感器本體的基底中，覆蓋住傳感器的內基底和接線銷的頂部。進氣口是基底中央的突出部且置于環氧樹脂的高度以上，使得環氧樹脂在固化期間不會從傳感器本體模制件漏出且確保環氧樹脂不會進入通風孔并堵住所述孔。
[0020]接著在環氧樹脂固化之前將臺添加到此環氧樹脂。臺置于模制件的基底中央的突出部之上，且允許環氧樹脂固化。環氧樹脂是放熱的，但通過將環氧樹脂傳遞經過烘爐來縮減固化時間。這還促進了環氧樹脂粘性的降低，這樣確保它在臺支腿四周流動且將臺支腿密封在適當位置。
[0021]較低的粘性還確保臺恰當地安置到傳感器本體模制件的底板上，但是臺與傳感器本體突出部的緊密配合也促進了確實的、一致的定位。這樣，已產生了從傳感器本體的外基底一直到電極堆棧底部的氣體通路，所述電極堆棧位于傳感器本體的頂部處。
[0022]在一個實施例中，所述傳感器包括:本體，所述本體具有連接到至少一個集流器的至少一個接線銷、以及進氣口；臺，所述臺具有與所述本體的所述進氣口對準的進氣口、置于所述本體上的靠近所述至少一個接線銷的至少一條支腿；通風膜片，所述通風膜片承載在所述臺上；對電極，所述對電極承載在所述通風膜片上；參比電極，所述參比電極與所述對電極通信但通過至少一個墊圈或墊與所述對電極分隔；感測電極，所述感測電極與所述參比電極通信但通過至少一個墊圈或墊與所述參比電極分隔；以及在所述感測電極頂部上的罩，所述罩附接到所述本體且形成密封以容納被封入的電解液。
[0023]在另一實施例中，傳感器包括外殼、至少兩個電極、電解液和至少一個分隔件，其中所述至少一個分隔件包含聚三氟氯乙烯。
[0024]在又一實施例中，傳感器包括:電極堆棧，所述電極堆棧至少包含感測電極和對電極；所述電極間的電解液；臺，所述臺承載所述電極堆棧；外殼，所述外殼承載所述電解液和所述臺，其中所述臺提供了將所述堆棧的所選區域連接到所述外殼的外表面的通風路線。
[0025]在再一實施例中，傳感器包括外殼、至少兩個電極、電解液和與通向外部大氣的通風孔連通的通風膜片。
[0026]附圖示出了本發明的實施例的多個方面。圖1示出了根據本發明的傳感器的分解圖。圖2A、圖2B示出了用環氧樹脂封到傳感器本體殼套中的支撐臺的細節。圖3示出了傳感器組裝過程。圖4A、圖4B示出了支撐臺的額外方面。圖5示出了另一傳感器的分解圖。圖6示出了又一傳感器的分解圖。圖7是支撐臺的放大圖。圖8是本體的放大圖。圖9是本體的橫截面的放大圖。圖10是氣體傳感器的通風部件的放大圖。
[0027]圖5涉及氧氣傳感器10的一個實施例的一般組件。從傳感器10的下端開始，存在本體40，所述本體可由塑料或任何惰性材料模制成。本體40具有至少一個接線銷42，所述接線銷具有連接到接線銷42頂部的鉬集流器(未圖示)。所述至少一個集流器沿本體的內壁延伸。在一個實施例中，本體具有三個接線銷，對應數目的集流器附接到所述接線銷。本體40可任選地在外表面上具有標簽。本體40上有進氣口或孔(未圖示)，氣體可以進入并穿過所述進氣口或孔。本體的進氣口可以是中空突出部。本體40具有可容納電解液38的凹穴，可以經由出入孔來添加電解液，在添加完電解液38之后對所述出入孔熱封。
[0028]支撐臺46附接到本體40，所述支撐臺具有與本體的進氣口對準的進氣口以及附接到本體的外周的三條支腿，其中所述支腿位于本體的接線銷附近。臺的進氣口可以是與其他臺支腿在臺的同一側的中央中空支腿。本體中央中的凸起的突出部進口可卡接到臺的中央中空支腿中。在一個實施例中，氧氣傳感器10具有三個集流器，且臺46具有三條支腿。臺的外周支腿在支腳的底部處具有切除部段，其中集流器可以從下方行進以接觸本體的內壁。將環氧樹脂(未圖示)施配到銷42的頂部上，致使在銷42周圍形成密封件，使得電解液38在這些部件周圍不能泄漏。環氧樹脂還流動到臺46的支腿與本體40之間可能存在的任何可能間隙中。
[0029]碳布圓盤36位于臺46的頂面上。可通過粘合劑將碳布圓盤36固定到臺46的頂面。任選地，臺46的頂部可含有用于擱置圓盤36的凹口。在碳布圓盤36的頂部上有通風膜片34，所述通風膜片可由聚四氟乙烯(PTFE)制成。通風膜片34具有沿膜片34的外周從膜片34的底部突出的至少一個翼片。雖然示出了兩個翼片，但是可存在多于或少于兩個的翼片。可將通風膜片34熱封在碳布圓盤36上面以防止電解液38泄漏。對電極32放置于通風膜片34上方，所述對電極置于PTFE帶48的一部段之上。通風膜片34與PTFE帶48的上面擱置了對電極32的該部段緊密接觸。通過PTFE帶部段與通風膜片34兩者上的翼片來實現傳感器10內的氣壓的均衡。PTFE帶48是可透氣的。墊50位于對電極32的頂部上。所述墊可由玻璃纖維制成。墊50可任選地具有沿其直徑從其底面突出的翼片。墊圈分隔件30位于墊50的頂部上。墊圈分隔件30可由玻璃纖維制成。
[0030]在墊圈分隔件30的頂部上或在墊圈分隔件30的開口內存在氣體阻隔件12。氣體阻隔件12可由聚三氟氯乙烯(PCTFE)制成，如在Aclar?膜或Hydroblock?膜中。Aclar?膜可用作許多氣體傳感器裝置中的氣體阻隔件。參比電極52位于氣體阻隔件12的頂部上。在參比電極52的頂部上增添分隔件14。氣體阻隔件54放置于分隔件14的頂部上。氣體阻隔件54可由PCTFE制成，如在Aclar?膜或Hydroblock?膜中。任選地，氣體阻隔件54的形狀可為正方形以確保其上方的分隔件將保持濕潤且仍被允許進行電化學連通。氣體阻隔件54上方有另一分隔件16，所述分隔件可由玻璃纖維制成。可由玻璃纖維制成的墊圈分隔件56位于分隔件16的頂部上。感測電極18位于墊圈分隔件56的頂部上。擴散器28位于感測電極18的頂部上。擴散器28放置于罩20底下的凹口中。將感測電極熱封到罩20上的適當位置，所述罩還用以防止電解液38泄漏。在組裝完這些部件之后，將罩20放置到本體40上并密封。在一個實施例中，可以通過超聲波焊接來實現密封。