气体传感器制造技术

一种气体传感器，包括一壳体，内含至少一个传感电极（２２）、一个对电极（４４，４４Ａ）、一个检验电极（２４）和与这些电极（２２，２４，４４，４４Ａ）相接触的电解液装置。该壳体使来自外界环境的气体能流至传感电极（２２）。该气体传感器处于一正常工作模式或处于一检验工作模式下都可工作，在正常工作模式下，当待检测气体出现在传感电极（２２）上时，电压施加到用于检测的电极（２２，２４）上，而在检验工作模式下，电压施加到这些电极（２２，４４，４４Ａ，２４）上以使检验电极（２４）产生一气体，该气体流至传感电极（２２）以指示传感器是否工作正确。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有自检验能力的气体传感器。传统的电化学气体传感器通过如下方式工作，即在一传感电极处使气体氧化从而产生电流。电极利用的速率(rate of access to)由扩散膜确定，而且把电极能够氧化气体的速率设置得远大于气体穿过扩散膜扩散的速率。因此，氧化率完全由扩散来控制，从而控制电流，且当制造这种传感器时(对于一给定气体浓度来说)氧化率是一已知的值。若电极的活性(activity)随例如通过中毒作用的时间的增加而降低，则电流最终变成受到电极上降低的氧化率的限制，并且该传感器的灵敏度降低。这种传感器很没有故障保险——无法从电池输出得知气体浓度的高低，而电极已失去活性。这种传感器的可靠性是通过涉及暴露于校准气体中的常规检验确定的。在许多情况下，例如在家用CO安全监测器中这并不理想。—种远程或现场起动的具有自检验功能的传感器会更有利。GB-A-1,552,538描述了—种自检验传感器组件，它由两个部件组成一传感器和一气体发生装置(如一电解电池)，这两个部件由一传输通道连接。将检验气体直接传输至传感器的传感电极，在气体传输点与外界之间有一隔膜(membrane)。通过一活塞、从气体本身产生所引起的压差或其他手段进行传输。信号气体经隔膜从外界空气进入传感器中。按照这种安排，传感电极所遇到的检验气体浓度取决于气体的发生率与通过隔膜的散失率之间的平衡——后者取决于隔膜外部的条件(气流)。当气体发生装置远离传感电极时，有一很大的体积有待充入气体，以便确保达到一致的公知浓度。这意味着该方案可能需要很大的功率，这就限制了在一低功率家用监测电路中采用这样一种原理。GB-A-2245711描述了一种气体传感器，它在两组电极上设置固体电解质层(solid electrolyte layer)，一组电极用于气体检测功能，另一组用于检验功能。设置具有检验功能电极以检测常存在于空气中的气体如氧气。来自检验电极的信号的减弱用来表示检验电极活性的降低，或者表示固体电解质透气性(permeability)的降低，检验气体和信号气体必须在到达电极之前先通过该固体电解质。这种透气性的变化是GB-A-2245711中所公开传感器类型的性能中一个主要因素。电极衰减率的检验是设想检验电极以与传感电极相同的方式衰减为根据。利用O2的检验反应根本不同于可氧化气体的检测反应，它是还原反应而不是氧化反应，所以这种形式的检验可能表明不可靠。象在GB-A-1,552,538中的检验会有利，在该检验中，传感电极对以公知量产生的检验气体进行氧化。本专利技术提供一种气体传感器，它包括一壳体，内含至少一个传感电极、一个对电极、一个检验电极和与这些电极相接触的电解液装置，该壳体使来自外界环境的气体能流至传感电极，该气体传感器处于一正常工作模式或处于一检验工作模式下都可工作，在正常工作模式下，当待检测气体出现在传感电极上时，电压施加到用于检测的电极上，而在检验工作模式下，电压施加到这些电极上以使检验电极产生一气体，该气体流至传感电极以指示传感器是否工作正确。这样，根据本专利技术，一种便宜和精确的装置具有自检验功能，其中在传感器内部产生检验气体，并且通过施加一适当电压来控制检验气体的量。根据权利要求1的气体传感器，包括一共用基片(substrate)上的一个或多个传感电极以及一个或多个电解发生电极的平面结构，该平面结构与共用或分开的电解液相接触，需要时，还带有相关的对电极和参考电极，从而使气体发生电极接近传感电极，以便使所需用于检验的气体量最少。通过回旋进入(evolution into)电极之上的传输空间中，该气体可以以气相输送给传感电极，而且从气体发生电极到传感电极的通道可以经过一扩散膜。另一方面，该气体可以输送给溶液中的传感电极。后者将测量电极的活性，它不同于对气相反应所测量出的活性但与其有关，它还指示出性能。在一优选实施例中，气体发生电极与传感电极的平面型结构提供极接近和较小的气体产生量——因而功率低、响应快。可以在传感电极周围设置一个以上气体发生电极，用以进一步改善快速响应，并且进一步降低功率要求。还可以采用气体发生电极和传感电极的交错排列。优选的是，采用我们的共同未决专利申请WO96/14576(ref.PQ12,622)中所述的丝网印刷电极和组装方法，即提供作为一基片上许多多孔平面元件的许多电极、内含一电解池的壳体和导电端子；相对于该壳体放置基片，以使一电极的一部分与一导电端子相邻；将基片粘接到壳体上，以使该电极与导电端子装置电连接，同时在电连接区域中阻塞电极的孔隙，以防止电解液渗透到电连接处。该电极优选由一种多孔导电材料制成，该材料含PTFE或类似聚合物粘合剂、优选催化剂颗粒，以及可选择性地添加的催化剂支持(support)材料和增强导电性的材料。通过例如丝网印刷，在一选定区域中从置于基片上的悬浮物中过滤，通过喷涂(spray coating)，或者通过任何其他适于产生固体材料有图案淀积的方法，可以将这些电极淀积于基片上。在各层中，淀积可以是单一材料，也可以是顺序为一种以上的材料，以便例如通过其厚度改变电极材料的特性，或者将更好导电性的第二层加到气体反应主要位置层之上或之下。优选的金属淀积物是铂或铂/碳，不过也可以采用其它淀积物，如二氧化碳或者二氧化钌。气体发生电极可以接近信号气体的扩散膜入口放置，以便在自检验中一些气体漏失到外部，而另一些气体受到传感电极的氧化。若扩散膜受到阻塞，则自检验期间由传感电极所检测到的浓度高于未阻塞情况下的浓度，因而提供一个检查扩散膜是否阻塞的手段。通过在两扩散膜之间传输检验气体，能够提高这种检查的精确度。可以提供两级检验(1)通过在溶液中产生气体来快速检查传感器的功能，所产生的气体随后通过溶液扩散到传感电极上—一该检查采用低功率；(2)检查扩散膜阻塞情况，该检查还可以对传感器进行校准，其中气体象上面一样以气相传输给传感电极。电解槽可以配备两个气体发生电极——一个是水下电极，它用于第一检验而不接触气相；一个是多孔基片上的电极，它用于第二检验而与气相相通。在自检验期间，可以将一致动装置装入电池中以关闭扩散膜。这会消除气流对检验结果的影响。打开响应与关闭响应的比较可检验扩散膜的阻塞——如果未阻塞，则关闭响应大于打开响应。附图简述现在将参照附图描述本专利技术的优选实施例，其中附图说明图1是用于本专利技术实施例中气体传感器结构的剖面图；图2是本专利技术第一实施例电极结构的平面图，图2A是沿图2中线2-2所取的局部剖面图；图3是本专利技术第二实施例电极结构的平面图，图3A是沿线3-3所取的剖面图；图4是本专利技术第三实施例电极结构的平面图，图4A是沿线4-4所取的剖面图；图5是本专利技术第四实施例的剖面图，它具有分开的电解池；图6A、6B和6C是用来激励上述实施例中电极的电路的示意性电路图。优选实施例描述参见图1，它表示用于本专利技术下述实施例中的气体传感器结构。一气体传感器包括一电化学气体传感器2，该传感器2包括一个两部件构成的壳体，即一主体部件4和一盘形上盖部件8，该主体部件4为圆筒形，具有形成一电解池的中空内腔6。镍或镀锡铜的导电尾销10的上面有头部14，头部14位于壳体主体4顶部的凹槽16中。一盘形多孔柔性基片20设置于主体部件4的上表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，包括一壳体，内含至少一个工作电极、一个对电极、一个检验电极和与这些电极相接触的电解液装置，该壳体使来自外界环境的气体能流至工作电极，该气体传感器处于一正常工作模式或处于一检验工作模式下都可工作，在正常工作模式下，当待检测气体出现在工作电极上时，电压施加到用于检测的电极上，而在检验工作模式下，电压施加到这些电极上以使检验电极产生一气体，该气体流至工作电极以指示传感器是否工作正确，其特征在于，至少两个电极（２２，２４，４４，４４ａ，６２，６６，７０）并排固定在一共用多孔透气基片（２０）的同一侧，用以限定一平面电极组件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科姆特耶顿奥斯坦，约翰罗伯特多格森，伊恩罗宾斯，
申请(专利权)人：研究中心实验室有限，
类型：发明
国别省市：GB[英国]