气体传感器制造技术

在电化学式气体传感器（1）中，承载基片（2）包括下侧（3）和上侧（4），其中带有电解质层（6）的电极结构（20）布置于上侧（4）上，而样气的进气口构造于下侧（3）上。本发明专利技术提出，在承载基片（2）中构造由多孔性材料制成的部分（7），从而多孔性材料中的扩散孔使下侧（3）与上侧（4）建立透气性连接，其中在上侧（4）毗邻多孔部分（7）的气密表面部分（33，34，35）上构造测量电极（25，26）的端子（5，27），并且端子（5，27）至少部分被电解质层（6）覆盖。

【技术实现步骤摘要】
气体传感器
本专利技术涉及一种带有承载基片的气体传感器，该承载基片包括上侧及下侧，在下侧构成样气的进气口并在上侧设置带有电解质层的电极结构，其中承载基片包括由多孔性材料制成的多孔部分，并且多孔性材料构成扩散孔，这些扩散孔连接下侧与上侧。
技术介绍
由第W02012/071151A1号专利文献可知这种类型的气体传感器，其中电极结构直接涂覆于多孔的承载基片上并且多孔的承载基片在其反向于电极结构的下侧装有背板，以使进气限定至承载基片的入孔。众所周知，在某些气体传感器中，在承载基片中加入钻眼，以通过承载基片从下侧向上侧传输气体。结果表明，这种类型的钻眼的缺陷在于，涂覆的电解质或电解质与电机结构之间布置的触媒涂层会在涂覆过程或稍后过程中浸入钻眼并使其闭锁。这会导致样气在操作过程中不能再抵至承载基片上侧的电极结构，由此不再确保气体传感器正常工作。另外证实，多孔承载基片上增加电极结构从技术方面而言成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种易于制造的气体传感器。为解决上述目的，根据本专利技术在前述类型的气体传感器中这样设置:在毗邻多孔部分的承载基片上侧构造气密的表面部分；在气密的表面部分上，电极结构的测量电极的端子构造为金属涂层；电解质层至少部分覆盖端子及所述部分。其优势在于，至少一个端子良好地粘附于气密的表面部分上，这简化了气体传感器的制造。其优势进一步在于，多孔性材料的扩散孔较小，从而承载基片的外部涂层在涂覆过程中由于涂层的表面张力及润湿性而不会或仅略微进入扩散孔中。由此，可弃用那些防止电解质层在制造或操作期间浸入扩散孔而制造工艺繁复的预防措施。优选地，触媒层完全覆盖多孔部分和/或端子。举例而言，气密的表面部分可构造成承载基片由气密材料组成,特别地,通过将多孔性材料装入或填入一个或多个贯穿承载基片上下侧的通孔，在承载基片中引入多孔部分，或者通过例如后续的材料变换，在承载基片中构造多孔部分。在本专利技术一实施方案中可这样设置，电极结构包括至少两个测量电极。在此，至少两个测量电极的其中之一构造为工作电极，而至少两个测量电极中的另一测量电极构造为对电极。优选地，电极结构还另外包括参比电极。参比电极可区别于其他测量电极，不同之处在于参比电极气密地封住进气口。在本专利技术一实施方案中可这样设置，多孔材料形成疏水性材料。特别有利地，电解质是水性电解质。其优势在于，多孔材料对电解质的泄漏形成额外的防护，即防止电解质从气体传感器溢出。在本专利技术一实施方案中可这样设置，测量电极和/或参比电极分别包括端子，端子构造为承载基片的涂层。优选地，涂层由金制成。利用这些端子，工作电极与参比电极之间的电压保持恒定。在样气的氧化或还原过程中，工作电极与对电极之间产生有待测量的电流。优选地，电极结构的端子构造成金属涂层(例如由金制成)。特别有利地，端子加印于承载基片上。其优势在于，可使制造简便。在本专利技术一实施方案中可这样设置，测量电极和/或参比电极分别包括触媒层，触媒层布置于特定或各自端子与电解质层之间。由此，触媒层构成测量电极和/或参比电极。其优势在于，在可实现的测量方法中，通过扩散孔扩散进入气体传感器中的样气输入触媒，在其中进行所需的电化学反应。举例而言，触媒层可由钼组成或包含钼。碳(如碳纳米管(CNT))亦可用作触媒层。在此可这样设置，测量电极(即工作电极和对电极)的触媒层以及参比电极的触媒层由同种材料构成且/或包括相同的成分。但亦可这样设置，使用不同材料用于工作电极及对电极或者用于工作电极及参比电极作为触媒层。举例而言，工作电极的触媒层可包含钼，而对电极的触媒层包含碳纳米管。亦可采用其他材料组合，分别适用于待监测的各种样气。可这样设置，端子构成样气的通孔。其优势在于，扩散孔可通至通孔内，从而样气可通过通孔直接输向电极结构的测量电极。由此，可构成特别紧凑的气体传感器。在此可这样设置，通孔的直径大于扩散孔的直径，特别地，通孔的直径比扩散孔的直径大至少50倍或甚至100倍。其优势在于，通孔的位置不必完全对准扩散孔的位置。确切而言可这样设置，将通孔选为大直径且彼此位置靠近，从而在任何情况下均有至少一个扩散孔通至通孔。举例而言，扩散孔的孔径为50 μ m或更小，而从宏观上构造通孔并且其内径宽度为至少3mm。特别有利地，特定端子或全部端子呈环状围绕特定多孔部分或某一多孔部分。其优势在于，电极可全方面地良好接触上侧。在本专利技术一实施方案中可这样设置，特定或某一参比电极完全布置于气密的表面部分上。其优势在于，可防止参比电极与样气接触。通常可这样设置，由阻挡层构成气密的表面部分。优选地，阻挡层由气密塑性材料(例如未膨胀或气密的聚四氟乙烯(PTFE))制成。其优势在于，承载基片可采用统一材料(例如多孔性材料)。由此，可加印阻挡层。其优势进一步在于，可简便制造诸多形状的电极结构。由此，阻挡层作为多孔材料与端子之间的中间层。可选择这样设置，气密的表面部分构造为承载基片气密材料的上侧。举例而言，在两部式承载基片的实施方案中，自上侧向下侧贯穿的孔填有或装有多孔性材料，同时表面部分布置成毗邻贯穿孔。优选地，气密材料由气密塑性材料(例如气密或未膨胀的PTFE)或陶瓷制成。在本专利技术一实施方案中可这样设置，至少其中某些扩散孔包括支路。其优势在于，由于支路可为样气提供另一扩散路径，因此扩散孔的局部堵塞不会即刻导致气体传感器停止工作。在本专利技术一实施方案中可这样设置，将扩散孔构造成不规则排列于多孔部分内。其优势在于，可确保不依赖于通常所选的电极结构的特定形式，而在承载基片上侧的由电极结构空出的部分(例如电极结构的通孔)配置扩散孔。亦可这样设置，至少某些扩散孔包括至少一个弯折部或至少一个弯曲部。由此，可另外构造阻挡部，这些阻挡部防止电解质层和/或触媒层通过扩散孔从气体传感器逸出。亦可这样设置，扩散孔构成网状结构。举例而言，可由焊接在一起或以其他方式连接的冲子之间的间隙构成扩散孔。这会尤为容易制造。为简化制造，可这样设置，以惯常的方式构造扩散孔。举例而言，这可通过烧结或者利用填料(优选为挥发性填料)或膨胀塑性材料(例如膨胀PTFE (ePTFE)或其他透气性膨胀塑料)得以实现。其优势在于，可免于后续再引入扩散孔的额外制造步骤(如钻孔等)。据此，会特别容易在扩散孔中制造支路。扩散孔的大小及数量控制由气体传感器监测的样气的体积。可选择或另外这样设置，通过蚀刻过程构成扩散孔。在本专利技术一实施方案中可这样设置，通过将多孔性材料填入或装入优选为气密的承载基片中的穿孔，由多孔性材料构成多孔部分。在此，穿孔使下侧与上侧相连。可构造多层承载基片。在此，穿孔可使承载基片的上侧与承载基片的下侧相连，举例而言，穿孔的走向呈直线。其优势在于，穿孔易于制造，例如可通过钻孔、铣磨、铸压或铸造技术制造穿孔。可将穿孔构造成直径相对较大，特别是与扩散孔的直径大小相比较。这在制造工艺方面而言较容易处理。同样地，亦容易完成填料或装料过程，从而可使由多孔性材料制造多孔部分的制造可行性整体而言尤为简化。亦可通过插入(特别是压入)多孔模制件形成填料或装料。优选地，多孔模制件由疏水性材料或甚至强疏水性材料组成。由此，显著改善电解质泄漏的防护性。优选地，由多孔性材料制成单片式承载基片，从而由多孔性材料制成的多孔部分构成承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器（1），该气体传感器（1）带有一承载基片（2），该承载基片（2）包括上侧（4）及下侧（3），其中在所述下侧（3）构造一样气进气口（24）并在所述上侧（4）设置一带有一电解质层（6）的电极结构（20），其中所述承载基片（2）包括一由多孔性材料制成的多孔部分（7），并且所述多孔性材料构成扩散孔，所述扩散孔连接所述下侧（3）与所述上侧（4），其特征在于：在所述承载基片（2）的所述上侧（4）毗邻于所述多孔部分（7）构造一气密的表面部分（33，34，35）；一电极结构（20）的一测量电极（25，26）的一端子（5，27）以一金属涂层的形式构造于所述气密表面部分（33，34，35）上；并且所述电解质层（6）至少部分覆盖所述端子（5，27）及所述部分（7）。

【技术特征摘要】
2012.08.24 DE 102012016816.01.一种气体传感器(1)，该气体传感器(I)带有一承载基片(2)，该承载基片(2)包括上侧(4 )及下侧(3 )，其中在所述下侧(3 )构造一样气进气口( 24 )并在所述上侧(4 )设置一带有一电解质层(6)的电极结构(20)，其中所述承载基片(2)包括一由多孔性材料制成的多孔部分(7)，并且所述多孔性材料构成扩散孔，所述扩散孔连接所述下侧(3)与所述上侧(4)，其特征在于: 在所述承载基片(2)的所述上侧(4)毗邻于所述多孔部分(7)构造一气密的表面部分(33,34,35)； 一电极结构(20)的一测量电极(25,26)的一端子(5,27)以一金属涂层的形式构造于所述气密表面部分(33，34，35)上；并且 所述电解质层(6 )至少部分覆盖所述端子(5，27 )及所述部分(7 )。2.根据权利要求1所述的气体传感器(1)，其特征在于，所述电极结构(20)包括至少两`个测量电极(25，26)及优选一参比电极(18)，并且/或者所述多孔性材料构造为疏水性材料，其中所述电解质是水性电解质。3.根据权利要求1或2所述的气体传感器(1)，其特征在于，所述测量电极(25，26)和/或所述参比电极(27)分别包括一触媒层(10)，所述触媒层(10)布置于端子(5，27，28)与所述电解质层(6)之间，并且/或者所述触媒层(6)至少部分覆盖所述端子(5，27)及所述多孔部分(7)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的气体传感器(1)，其特征在于，所述端子(5，27，28)形成样气的通孔(9)，并且/或者所述端子(5，27)呈环状围绕所述多孔部分(J)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的气体传感器(1)，其特征在于，所述参比电极(18)完全布置于一气密的表面部分(35)上，并且/或者所述气密的表面部分(33，34，35)由一阻挡层(14)或者以所述承载基片(2)的气密性材料的上侧构成，所述阻挡层(14)优选由气密性PTFE制成，该气密性材料优选为气密性PTFE或陶瓷。6.根据权利要求1-5中任一项所述的气体传感器(I)，其特征在于，通过常规方式构造所述扩散孔，特别通过烧结或者利用优选为挥发性填料或膨胀塑性材料或通过蚀刻过...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·史迪奇，彼得·齐格勒，卢西亚娜·皮塔鲍尔曼，
申请(专利权)人：特斯托股份公司，
类型：发明
国别省市：