氫氣傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氫氣傳感器，包括傳感器殼體(11)、分別設在所述傳感器殼體(11)底部的第一插針(111)、第二插針(112)和第三插針(113)以及依次設在所述傳感器殼體(11)內部的用于將環境中氫氣轉換為電信號，并通過所述第一插針(111)、第二插針(112)和第三插針(113)傳輸至外界PCB板的氣體檢測單元(13)和用于實時輸送氧氣至所述氣體檢測單元(13)的氧氣供應通道(12)。實施本實用新型的有益效果是，通過在傳感器殼體內設有獨立的氧氣供應通道可以保證氧氣的充足供應以及整個化學反應的持續性，使得該氫氣傳感器可以穩定可靠的長期工作于高濃度氫氣環境下。
【專利說明】
氫氣傳感器
技術領域
[0001]本實用新型涉及傳感器領域，更具體地說，涉及一種適合于長期持續性的工作于高濃度氫氣環境下的氫氣傳感器。
【背景技術】
[0002]電化學氫氣傳感器是目前應用最廣泛的氫氣檢測方法，主要原理是利用定電位電解法進行氫氣檢測。當環境中有氫氣出現時，氫氣在電化學傳感器的工作電極發生氧化反應生成氫離子，同時氧氣在對電極發生還原反應生成氧離子，生成的氫離子和氧離子在電解質的傳導下結合在一起生成水，整個反應得以順利完成。具體反應式如下:
[0003]工作電極:H2—2H++2e—
[0004]對電極:02+2e——20一
[0005]總反應:Η2+θ2—Η2θ
[0006]由上述反應式可以看出，在電化學反應中氧氣是必須的，只有有充足的氧氣供應，整個反應才能順利的完成。當體系中氧氣供應不足時，反應無法正常進行下去，傳感器也就不會再有輸出了。
[0007]而傳統的電化學氫氣傳感器雖然具有檢測下限比較低、響應迅速、價格低廉等優點，但是整個系統中沒有預留氧氣通道，只靠傳感器組裝過程中封存于傳感器內部的痕量氧氣來支撐其反應。若需要檢測的氫氣含量不高，則傳感器組裝時封存在對電極區域的痕量氧氣可以保證反應的閉環性，但是當需要檢測的氫氣濃度高達10%以上時，傳感器中封存的痕量氧氣已經無法滿足反應的需求，而外界環境中的氧氣在進入到傳感器中后又由于設計上的封鎖無法到達對電極，則在該氫氣傳感器進行高濃度氫氣檢測時一定會出現由于缺氧而導致的信號衰減現象，該傳感器也無法應用于高濃度氫氣的持續性檢測。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有氫氣傳感器沒有預留氧氣通道，當需要檢測的氫氣濃度高時易造成氧氣供應不足的缺陷，提供一種適合于長期持續性的工作于高濃度氫氣環境下的氫氣傳感器。
[0009]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種氫氣傳感器，包括傳感器殼體、分別設在所述傳感器殼體底部的第一插針、第二插針和第三插針以及依次設在所述傳感器殼體內部的用于將環境中的氫氣轉換為電信號，并通過所述第一插針、第二插針和第三插針傳輸至外界PCB板的氣體檢測單元和用于實時輸送氧氣至所述氣體檢測單元的氧氣供應通道。
[0010]在上述氫氣傳感器中，所述氣體檢測單元包括工作電極、工作電極引線、對電極、對電極引線、參比電極、參比電極引線以及電解質；
[0011]其中:所述工作電極與所述對電極、參比電極分別設于所述電解質的相對兩側，所述工作電極、對電極、參比電極分別通過所述工作電極引線、對電極引線和所述參比電極引線與所述第一插針、第二插針和第三插針一一對應連接以傳輸電信號至外界PCB板。
[0012]在上述氫氣傳感器中，所述工作電極面對氫氣進口以使環境中的氫氣分子到達所述工作電極發生電化學反應;所述對電極和所述參比電極面對所述氧氣供應通道以使環境中的氧氣在所述對電極上發生電化學反應。
[0013]在上述氫氣傳感器中，所述工作電極、對電極和所述參比電極分別為相同的多孔氣體擴散電極。
[0014]在上述氫氣傳感器中，所述工作電極、對電極和所述參比電極分別為不同的多孔氣體擴散電極。
[0015]實施本實用新型的氫氣傳感器，具有以下有益效果:通過在傳感器殼體內設有獨立的氧氣供應通道可以保證氧氣的充足供應以及整個化學反應的持續性，使得該氫氣傳感器可以穩定可靠的長期工作于高濃度氫氣環境下。
【附圖說明】
[0016]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本實用新型氫氣傳感器優選實施例的結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型氫氣傳感器對18%氫氣連續監測的響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0020]如圖1所示，為本實用新型氫氣傳感器優選實施例的結構示意圖。在本實施例中，該氫氣傳感器包括傳感器殼體11、設在傳感器殼體11底部的第一插針111，第二插針112、第三插針113和第四插針114、以及依次設在傳感器殼體11內部的氣體檢測單元13和氧氣供應通道12。
[0021]其中:傳感器殼體11為中空結構，起到整個氫氣傳感器的防護支撐作用，傳感器殼體11的材料可以是PP、PC、ABS、尼龍等具有一定強度和韌性的高分子聚合物，優選可以適用于酸性電解質的材料。氣體檢測單元13用于將環境中氫氣的含量轉換為電信號，并通過傳感器殼體11底部的第一插針111、第二插針112、第三插針113傳輸到外界PCB板。氧氣供應通道12則為該氫氣傳感器實時輸送氧氣，以保證該氫氣傳感器可以長期穩定可靠的工作于高濃度氫氣環境下，其材料同樣可以是PP、PC、ABS、尼龍等有一定強度和韌性的高分子聚合物。
[0022]本實用新型氫氣傳感器采用定電位電解法進行氫氣的檢測，具體地，氣體檢測單元13由工作電極131、工作電極引線132、對電極133、對電極引線134、參比電極135、參比電極引線136及電解質137組成。其中工作電極131、對電極133、參比電極135分別與電解質137良好接觸，以保證傳質的通暢性。在本實施例中，工作電極131與對電極133、參比電極135分別設于電解質137的相對兩側，相當于工作電極131在電解質137的一面，對電極133和參比電極135在電解質137的另一面。這里需要說明的是，本實施例中的電解質137可以是液體電解質、半固體電解質或固體電解質，而當為液體電解質時，可對電解質進行封包處理或者通過棉花等載體進行吸附，總之使其以固體形態體現，此處為現有技術，不再贅述。電解質137起到傳遞質子的作用，其中傳遞質子的活性成分可以是硫酸、硝酸、磷酸、苯磺酸、苯甲酸等。
[0023]另外，工作電極131、對電極133以及參比電極135分別通過工作電極引線112、對電極引線134及參比電極引線136與傳感器殼體11上的第一插針111、第二插針112和第三插針113 對應相連以實現電信號的傳播。在該氫氣傳感器中，氣體檢測單元13中的工作電極131面對氫氣進口(未圖示)，該進口可以讓環境中的氫氣進入，使得環境中的目標氣體分子即氫氣分子直接到達工作電極131發生電化學反應;對電極133和參比電極135面對氧氣供應通道12，如圖所示，環境中的氧氣通過這個氧氣供應通道12源源不斷的達到傳感器殼體11內部，并在對電極133上發生化學反應，與氫氣在工作電極131上發生的化學反應一起形成反應的閉環性，保證化學反應的持續性，也就保證了整個氫氣傳感器的性能。參比電極135用于提供穩定的電勢零點，防止輸出信號受對電極133上的化學反應以及漂移的影響，保證輸出的穩定性。
[0024]其中的工作電極131、對電極133和參比電極135可以是同樣的多孔氣體擴散電極，也可以是不同的多孔氣體擴散電極，其中的活性成分，即催化劑，可以是金(Au)、銠(Rh)、鉑(Pt)、釕(Ru)、鈀(Pd)、銥(Ir)、銀(Ag)中的一種或幾種金屬的混合物，也可以是擔載于導電碳顆粒上的上述金屬或金屬混合物，其中的導電碳顆粒可以是碳黑、碳納米管或活性碳中的一種或幾種的組合。
[0025]相較于現有技術，本實用新型氫氣傳感器包括依次設于傳感器殼體內的氣體檢測單元以及獨立的氧氣供應通道，而氣體檢測單元包括工作電極、對電極以及參比電極，工作電極面對氫氣進口，而對電極和參比電極面對氧氣供應通道。當環境中有氫氣時，氫氣在氣體檢測單元中的工作電極上發生氧化反應生成氫離子，同時由氧氣供應通道實時輸送氧氣，并在對電極發生還原反應生成氧離子，生成的氫離子和氧離子在電解質的傳導下結合在一起生成水，整個反應得以順利完成。故通過在傳感器殼體內設有獨立的氧氣供應通道可以保證氧氣的充足供應以及整個化學反應的持續性，使得該氫氣傳感器可以穩定可靠的長期工作于高濃度氫氣環境下。
[0026]為了驗證本實用新型氫氣傳感器進行實際檢測時的主要性能，測試該氫氣傳感器在環境中氫氣含量高達18%時的檢測性能，具體如圖2所示。從圖中可以看出，在為期兩周的實驗過程中本實用新型氫氣傳感器一直輸出比較穩定，而作為對比的英國城市技術公司型號為7HYT的氫氣傳感器在實驗開始5分鐘后就出現了衰減，到31分鐘時衰減完全，輸出信號回到沒有氫氣時的值。
[0027]上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內。
【主權項】
1.一種氫氣傳感器，其特征在于，包括傳感器殼體(11)、分別設在所述傳感器殼體(11)底部的第一插針(111)、第二插針(112)和第三插針(113)以及依次設在所述傳感器殼體(11)內部的用于將環境中的氫氣轉換為電信號，并通過所述第一插針(111)、第二插針(112)和第三插針(113)傳輸至外界PCB板的氣體檢測單元(13)和用于實時輸送氧氣至所述氣體檢測單元(13)的氧氣供應通道(12)。2.根據權利要求1所述的氫氣傳感器，其特征在于，所述氣體檢測單元(13)包括工作電極(131)、工作電極引線(132)、對電極(133)、對電極引線(134)、參比電極(135)、參比電極引線(136)以及電解質(137); 其中:所述工作電極(131)與所述對電極(133)、參比電極(135)分別設于所述電解質(137)的相對兩側，所述工作電極(131)、對電極(133)、參比電極(135)分別通過所述工作電極引線(132)、對電極引線(134)和所述參比電極引線(136)與所述第一插針(111)、第二插針(112)和第三插針(113) —一對應連接以傳輸電信號至外界PCB板。3.根據權利要求2所述的氫氣傳感器，其特征在于，所述工作電極(131)面對氫氣進口以使環境中的氫氣分子到達所述工作電極(131)發生電化學反應;所述對電極(133)和所述參比電極(135)面對所述氧氣供應通道(12)以使環境中的氧氣在所述對電極(133)上發生電化學反應。4.根據權利要求2所述的氫氣傳感器，其特征在于，所述工作電極(131)、對電極(133)和所述參比電極(135)分別為相同的多孔氣體擴散電極。5.根據權利要求2所述的氫氣傳感器，其特征在于，所述工作電極(131)、對電極(133)和所述參比電極(135)分別為不同的多孔氣體擴散電極。
【文檔編號】G01N27/26GK205426841SQ201521086628
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月23日
【發明人】孫鳳琴
【申請人】深圳市普晟傳感技術有限公司