專利名稱：電化學氣體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有改進的性能和{頓壽命的電化學氣體傳感器。
背景技術：
在很大程度上，以下的說明將集中于氧氣傳感器的例子。然而，如下文所 詳細描述的那樣，本發(fā)明的原理同樣適用于其它類型的電化學氣體傳感器，包 括氧氣泵和有毒氣體傳感器。
安培計型的電化學氧氣傳感器通常包括氣體擴散工作電極("氣敏電極")，
其通常以分散在PTFE帶上的石S/鉑催化齊偽基礎。氧氣在該陰極上被還原， 同時在最常見地用鉛(Pb)制成的消耗性陽極("反電極")上發(fā)生平衡氧化。 電極容納在外殼中，其可以保留能夠支持相關反應的液態(tài)電解液(liquid electrolyte),諸如乙酸鉀水溶液。所述傳感器設計的關鍵特征是使用用于調節(jié)氧 氣進入電池(cell)的受控擴散通道(controlleddifibsionaccess)。 ffiil設置所有 氧氣在陰極上發(fā)生反應，傳感器的電輸出可以直接與環(huán)境中的氧氣濃度相關。
這些原理是X)^f周知的，并且已經(jīng)描述在例如B SHobbs， ADSTantram和 R Chan-Henry的"Liqmd Electrolyte Fuel Cells"中，它是P T Moseley ， J O W Norris 禾口D E Williams, Adam Hilger編輯的"Techniques and Mechanisms in Gas Sensing", 1991的第6章。然而，在確保該方法可以被轉化為用在苛刻環(huán)境中的不規(guī)則的、 可靠的傳感器時存在著許多工程上的挑戰(zhàn)。如果用戶日益需要所述設備具有更 長的壽命，情況由其如此。
圖1舉例說明了常規(guī)的氧氣傳 構造。外殼(僅僅顯示了帽10)設有毛 細管氣體入口 12，該入口典型地可以經(jīng)機械或激光鉆孔而獲得。安裝到背襯帶 16 (典型地為PTFE)上的催化劑14，例如掛石M/PTFE混合物， 一起形成了 陰極氣敏或工作電極20。 SMil熱粘結或熱壓凹結合(heat stake)至U傳感器帽 10上，通常圍繞著催化劑印痕區(qū)(catalyst footprint)外面的圓周區(qū)域22，盡管 直接粘結在催化劑上方也是可能的。以盤(伏皿性的)的形式粘結到網(wǎng)狀物
31的氣體擴散構件30被圈閉在電極組件20和帽10之間。下面進一步描述它的 目的和操作。
氣敏電極20和反電極56被分離器(例如41， 42)隔開，所述分離器當被 電解液飽和時，其潤濕了活性表面，并在兩個電極20、 56之間提供了通過區(qū)域 40的電解通道。此外，它們?yōu)樗鋈嵝越Y構充當了對抗反電極56的襯墊，否則 可能導致?lián)p壞。集流器50從氣敏電極延伸到一個外部連接，同時筐54 (典型地 由鎳制成)典型地被用于作為確?？煽拷佑|反電極56的機構，并且ilil集流器 58連接到第二外部銷。在使用中外部銷將電極連接至帷感電路。
旨組件填充電解液(其潤濕了電極20、 56的活性表面)，并隨后被密封， 典型地通過將帽10超聲焊接到傳 外殼的底部(未示出)來密封。這個動作 也使，結構置于很大程度的壓縮中。為了確保維持分離器41、 42和氣敏電極 20上的催化劑14之間的良好接觸，這是必要的。如果這種接觸是不適當?shù)?，則 輸出的信號容易發(fā)生波動，這自然是不希望有的。
這種設計和組裝技術已經(jīng)在許多商品中使用多年。然而，存在許多涉及電 解液、電極背襯帶16和擴散器30的性能和相互作用的問題，其仍將導甜喿作 上的困難，本發(fā)明正式特別關注這些問題。
采用擴散器元件30以便防止出現(xiàn)稱為"堵塞(plugging) "5腺。當ffiil毛 細管12 SA傳感器的氣體直接撞到電極背襯帶16上時會發(fā)生這種現(xiàn)象。帶16 的性質主要根據(jù)為催化劑混合物提供良好的疏水性支撐物以及提供高度的氣體 擴散性而選取。然而，即使相對多孔的帶也對到來的氣體呈現(xiàn)出一定程度的擴 散阻礙，其結果是氣體到達活性電極表面的速率不僅僅受控于毛細管12的特性。 實際上，在毛細管12下面小區(qū)域內的氣體'塞"作為電極控制的結果而建立起來。 次要的影響是在大部分表面上電極的利用可能不同樣地有效，導致了較差的效 率。
在傳感器內不希望存在任何程度的帶控制。電池的設計依賴于毛細管的已 知的、受控的(以及穩(wěn)定的)特性，以便獲得所需的性能。設備的輸出靈 、 壽命(在該例子中，鉛陽極被其氧化反應所消耗)、壓力和溫度性能都在很大程 度上受控于該開口的性能。然而，電極控制的程度是可變化的，取決于帶的精 確機械條件和其中的應力，并且可以隨著時間而改變，如下所述。因此，可靠 且穩(wěn)定的電池設計必須包含用于防止帶的精確條件對性能產(chǎn)生顯著影響的措
施，這是通過確保它具有足夠的擴散性以應付在傳感器使用壽命中暴露在所有 預期工作條件下的氣體流動。
帶16不僅影響傳感器中關鍵的氣體擴散參數(shù)，同時支撐電催化劑并且使催 化劑、氣體和電解液之間的界面最大化，在所述界面處發(fā)生關鍵的電化學過程。 至關重要地是，它也需要作為疏水阻擋層而發(fā)揮作用，防止電解液(其可以為
強堿，諸如4摩爾的乙酸鉀)泄漏到電池外。除了明顯涉及健康和安全之外，
所述泄漏將不可避免地損壞傳感器并縮短其壽命。
假定背襯帶性能很重要，則有必要適當注意可能影響其狀況的設計和組裝 過程的各個方面。例如-
(1)電極組件典型地是通過將催化劑層壓到背襯帶上制成。這本身將導致 帶中出現(xiàn)應力集中，其可能發(fā)展成弱化區(qū)域。
(ii)當電極背襯帶被熱壓凹結合到傳感器頂部的下面時，它趨向于徑向伸 展。這使得該帶的織物處于應力下，并且會打開或強化不可避免地存在于所述 材料內的任何微小缺陷。
(3)在給定的例子中，鉛氧化陽極反應的結果是體積增加。這導致(已經(jīng) 被壓縮的)結構內應力增加，并且當鉛團壓到電極堆內時，也會增加微小缺陷 的嚴重性。這種變化可能出現(xiàn)在很多個月或多年之內。
因此，背襯帶可能被破壞(或者具有被暴露出的固有弱點)，所述破壞或者 在組裝過程中，或者在傳感器正常操作壽命內作為自然發(fā)生的變化的結果。盡 管一些大的缺陷可以通過在傳感器組裝后立即測試而被檢測到，但其它的就更 加難以檢測了。
在帶中微型缺陷或孔的一個主要影響是所滑'滲出"現(xiàn)象。當電解液滲透或 被iMil帶中的小孔并在帶的毛細管側形成液滴時，發(fā)生這種現(xiàn)象。這種液滴 可以有害地影響傳感器的擴散特性，并且如果電解液變干，固態(tài)晶體可能形成 并阻礙毛細管通道。在任何一種情況下，都可能弓胞設備的輸出下降，其可能 導致操作上的問題。
假定!歡佳確保所述帶100%的完整性，以及有必要解決"堵塞'問題，那么將 和圖1所示的元件30位于相同位置的氣體擴散器引入所述的傳感器設計中。起 初，采用了與用于分離器(諸如40， 42)的相同類型的纖維材料，這是由于發(fā) 現(xiàn)它提供了適當?shù)臍怏w擴散性能。所述材料的例子是Viledon FS2145W1
(FreudenbergNonwovens L.P, UK)，聚翻安非tHig材料分離器一其它的例子可以 采用玻璃棉。當希望在很寬范圍的條件下保持潤濕時使用這種類型的材料，例 如人們希望將固態(tài)催化劑和液態(tài)電解液進行接觸時，如同經(jīng)常在蓄電池或燃料 電池中所需的那樣。它們的無機纖維部分通常不設計成吸收它們暴露在其中的 液體。相反地，它們傾向于將液體在狹窄的孔內保持為液態(tài)，這些孔存在于由 相互連接的纖維所形成的三維結構中。事實上，在這種環(huán)境下可能存在的強毛 細作用，是當有必要將液態(tài)電解液從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置時之所以優(yōu)選 這種材料作為電化學傳感器內的芯吸材料(wick)的主要原因。
然而，這些基本親水的部分展現(xiàn)出對進入毛細管和PTFE背襯帶之間的關 鍵區(qū)域的電解液具有如此強的吸力，使得它們的孔被飽和，并且在所述條件下 提供了弱的氣體擴散性，導致了操作上的問題。在寬范圍的情況下，也觀察到 電解液在該部分內或周圍結晶，這是導致傳感器總體性能差的因素。
意識到這些問題，進一步的發(fā)展涉及采用疏水性的部分來替換親水性的擴 散器。這采用了織造開口網(wǎng)狀物的形式，含有粘結到聚丙烯稀松布的可高度滲 透的PTFE膜，如圖1所示。iM過提供另外的疏水性阻擋來防止電解液存留 在毛細管下面緊鄰區(qū)域而提供了一種部分解決方案。但在嚴重的情況下，甚至 這也可以被壓制，使得輸出信號中有一些降低。此外，當傳感器被組裝并壓縮 時，網(wǎng)狀物的稀松組織將壓力濃縮到電極帶的相當小的面積內，這可能實際上 加劇了滲出問題。
因此，需要一種更加有效的解決這些重要問題的方案。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，電化學氣體傳感器包括設置在外殼內的氣敏電極和反電極， 外殼具有用于氣體iSA的開口 ，氣敏電極和反電極被含有電解液的區(qū)域隔開， 以及用于將氣敏電極和反電極連接到傳感電路的機構，其中，電解液吸收元件 被設置在開口內側，位于外殼和氣敏電極之間，以吸收通過氣敏電極的電解液， 同時保持ilil電解液吸收元件的氣體通道。
ffiil將電解液吸收元件合并入組件堆(assembly stack)中，任何通過電極 的電解液被吸收，并因此允許變干，不對電池的性能產(chǎn)生任何有害的影響。"吸 收"電解液指的是構成電解液吸收元件的材料能夠吸收電解液。這基本上不同于
諸如PTFE帶的疏水性材料的行為，或者不同于分離器材料(上面已描述)的
行為，所述分離器材料不吸收液體，而是將其捕獲在其結構內。在本發(fā)明的電 解液吸收元件中，另一方面，材料本身能夠吸收其暴露于其中的液態(tài)電解液。 確切地是出于這個原因，所述材料不被用作芯吸材料或分離器，這是由于在它 們內幾乎沒有游離液體。
優(yōu)選地，電解液吸收元件適合于以不顯著地阻止氣體從中通過的方式吸收 電解液。也就是說，該元件不顯示出允許液體在其結構內結晶或以其它方式固 化以飽和氣體通道如其中的孔的任何趨勢，或者導致材料明顯的膨脹(其可能 以其它方式限制所述氣體通道)的任何趨勢。
在一種優(yōu)選的實施方案中，電解液吸收元件包括吸收材料的一個或多個實 體，其能夠吸收電解液，使得它被包含在實體內。換句話說，電解液被保留在 材料本身內，不是簡單地被保持在可能弓胞堵塞的孔或其它空腔內。
有利地是，所述電解液吸收材料的一個或多個實體適合于當吸收電解液時 體積基本上不增加。也就是說，在無明顯膨脹的情況下發(fā)生吸收(否則膨脹可 能導致堵塞實體之間的孔)，使得材料保持可接受程度的氣體擴散性。因此，直 到材料的飽和極限，吸收元件有助于防止電解液在該關鍵區(qū)域內結晶，同時保 持其氣體擴散行為。
在特別優(yōu)選的實施方案中，所述實體為電解液吸收材料的一個或多個纖維、 薄片或微粒。例如，電解液吸收元件有利地包括在其間限定了間隙或孔的交錯 纖維的排列。
有利地，電解液吸收元件為多孔的或網(wǎng)格狀的，孔或網(wǎng)格優(yōu)選相互連接， 以允許氣體從中通過?？谆蚓W(wǎng)格可以通過如前所述的眾多單獨實體限定，或者
fflil^續(xù)的結構諸如泡沫或海綿限定。
優(yōu)選地，電解液吸收元件包括纖維素基的電解液吸收材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該類 型的材料尤其適合于本申請，特別是當采用堿性電解液時。
在特別優(yōu)選的實施方案中，電解液吸收元件包括濾紙。這是很容易獲得的 適當材料形式，并目直接并入制3til程中。
電解液吸收元件可以單獨被使用，履行前述的氣體擴散構件的功能。然而， 優(yōu)選電化學氣體傳感器還包括靠近電解液吸收元件設置的氣體擴散構件，位于 外殼和氣敏電極之間。除了在常規(guī)傳感器中使用的氣體擴散構件之外使用該吸
收元件(并優(yōu)選兩者同心)，提供了如下第二益處吸收元件充當氣體擴散構件 相對電極背襯帶的襯墊，減小了由于在傳感器內高度壓縮而弓胞的損壞風險。 4，地，氣體擴散構件包括PTFE膜。有利地，氣體擴散構件被網(wǎng)狀物支
撐。tti^地，網(wǎng)狀物包括稀松布，4爐聚丙烯稀松布。在這里，術語"稀松布"
用于指松散織造的、開口網(wǎng)狀材料層。不僅可支撐氣體擴散構件，稀松布也有 助于防止電解液進入氣體擴散構件，電解液從氣體擴散構件處可以泄漏進入毛 細管區(qū)域。4她地，網(wǎng)狀物緊密地粘結到氣體擴散構件。
在優(yōu)選的例子中，含有電解液的區(qū)域包括一個或多個分離器，所述分離器 適合于將電解液保持在其內并且將電解液供應到氣敏電極以及反電極。在某些 實施方案中，有利地是，電化學氣體傳感器還包括儲存器(含有使用的電解液)， 以及用于將電解液從儲存器傳輸至幅含有電解液的區(qū)域中的芯吸物。這尤其適 用于有毒氣體傳感器。在氧氣傳感器中，未被保持在分離器內的任何電解液可 以被容納在與鉛陽極相同的區(qū)域中。
{，地，氣敏電極包括設置在背襯帶上的催化劑。催化劑{ 包括石墨和/
或鉬。背襯帶tti^包括PTFE。
在特別優(yōu)選的實施方案中，反電極包括消耗性電極。有利地，該消耗性電 極包括鉛、鋅、銅或鐵。
在替換性的實施方案中，反電極可以包括以類似于氣敏電極的方式設置到 背襯帶上的催化劑。
取決于電池的類型，傳感器可以在兩電極模式(具有組合的M/參比電極) 或者三電極模式下操作。在三電極模式中，氣體傳感器還包括參比電極。
有利地，用于氣體進入的開口包括毛細管。公知的其它類型的擴散阻擋層，
諸如固體聚合物(例如，無 L的PTFE)阻擋層可以替換使用。
^it地，至少氣敏電極被熱封在外殼內。其它的部件諸如電解液吸收元件
和/或氣體擴散元件可以Mil將它們圈閉在電極和外殼之間而保持就位。另外或
者作為替換方式，可以有利地利用粘合劑或粘合劑帶將吸收電解液元件現(xiàn)對于
外殼而被固定。氣體擴散元件可以類似地被固定到外殼。
優(yōu)選地，電化學氣體傳感器適合用于檢測氧氣，盡管本發(fā)明的原理可同樣
適用于檢測其它的氣體物種。


現(xiàn)在將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的電化學氣體傳感器的例子，并且與已 知的傳感器進行了對照，其中
圖1為根據(jù)已知原理操作的電化學氣體傳感器的橫截面示意圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的電化學氣體傳感器的橫截面示意圖，僅 僅顯示了選取的部件；
圖3為顯示了其它部件的第一實施方案的橫截面示意圖，用于表明使用中 所述氣體傳感器的結構；以及
圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的氣體傳感器的分解剖視圖，僅僅顯示了 選取的部件。
具體實施例方式
發(fā)現(xiàn)本發(fā)明可應用在其中氣體向一個或多個電極的供給可能受到位置錯誤 的電解液阻礙的任何電化學氣體傳感器中。如已經(jīng)指出的，氧氣傳感器趨于特
別容易產(chǎn)生諸如"堵塞鄰"滲出'mm。滲出特別是由于電極背襯帶在熱壓凹結合
過程中所經(jīng)受的應力以及消耗性電極在使用期間的膨脹。然而，這些問題不是 該類型的傳感器所獨有的，而是還可能被有毒氣體傳感器以及氧泵以及其它類 型氣體傳麟遇到。
通常，在毒性傳感器設計中，盡管PTFE帶和催化劑壓緊方法是非常普遍 的，但是存在非常少的問題涉及電解液通過電極帶的滲出。然而，毒性電池具 有在密封期間施加的低得多的壓縮(這是由于通常采用的不同反電極類型)，并 且相信這是關鍵因素。即使真的發(fā)生了電解液滲出，但是和在氧氣傳感器中所 觀察到的相比，其影響可能由于通常釆用的大得多的毛細管直徑而大大被降低。 此外，在毒性電池中正常使用的電解液(5M硫酸)不象用在氧氣傳感器中的電 解液(乙,)那樣容易結晶。
也就是說，任何釆用催化齊lJ/背襯帶電極構造并且希望背襯帶作為電解液阻 擋層的傳li^瞎易"滲出"，這是由于將催化劑壓到PTFE帶上的真實過程趨于 在帶中引起應力，其可能允許電解液從中泄漏。盡管如此，本說明書將集中于 氧氣傳感器的例子，但是應該認識到本發(fā)明的范圍不被限定成這樣。
上面已經(jīng)參考圖1描述了常規(guī)氧氣傳感器的構造。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明
第--實施方案的氣體傳感器的主要部件，對于類似的部件，采用了與圖1相同 的附圖標記。為清魏見，圖中省略了那些與當前的討論不相關的部件。因此， 該圖沒有描述含有電解液的區(qū)域，也沒有描述反電極，其典型地會被設置在氣 敏電極20的下面。在氧氣傳感器的情況下，這些部件將和圖1所示的那些相同。 為了進行對比，例如，如果本發(fā)明的原理被用在有毒氣體傳感器中，那么可以
以第二催化齊y/背襯帶組件的形式提供反電極，并帶有用于為分離器供應電解液
的電解液儲存器和芯吸裝置(未示出)?？梢栽贕B2094005中找到典型的有毒 氣體傳感器裝置的細節(jié)。
不論所選擇的電極構造如何，將具有含有電解液的區(qū)域(例如，圖1的40)， 其緊靠著由催化劑14和背襯帶16構成的氣敏電極20的下面。在氣敏電極20 和外殼的帽10之間設置了電解液吸收元件100。該電解液吸收元件100肖g夠以 不顯著防礙氣體前M過元件100的方式吸收ilil背襯帶16的電解液。那就是 說，元件100將電解液吸入其本身的材料內，而不是僅僅將其保持在元件結構 內的孔中或者其它單元中。以這種方式，電解液被干燥，沒有將引起堵塞的結 晶或飽和的風險。此外，電解液吸收材料，被選擇成使得構成元件100的材 料具有最小的膨脹，以便允許氣體從中流動的通道不明顯地受到限制。在大多 數(shù)情況下，設想電解液吸收元件100對于正ffl51的氣流沒有活性(即，它是隋 性的)。
在本例子中，電解液吸收元件100為纖維素基的，并且包括限定了其間的 孔的交錯纖維的布置。例如，已發(fā)現(xiàn)濾紙具有所需的性能。其它級別的纖維素 基的紙也預計具有這些特性，例如，吸墨水鄉(xiāng)每會是一種適當?shù)拇嫫贰?br> 在該例子中，電解液吸收元件100以盤的形式提供，與催化劑14和PTFE 背襯帶16相比具有減小的直徑。然而，在其它的例子中，可能有利的是電解液 吸收元件100延伸橫穿電池的旨直徑。該元件可以為任何便禾啲開娥和尺寸。 重要的是元件100被提供在毛細管12下面的區(qū)域中，以確保氣流不被限制在該 區(qū)域中。
任選地，氣體擴散元件30，如在常規(guī)的氧氣傳感器中所使用的那樣，可以 被設置成靠近電解液吸收元件IOO。如同在常規(guī)的設計中那樣，優(yōu)選以i^7JC材料 諸如PTFE的盤的形式提供氣體擴散元件30。膜典型地被粘結到用于支撐并且 防止電解液進入PTFE材料(否則，電解液可能在該處泄露iSA毛細管區(qū)域中)
的聚丙烯稀松布上。稀松布為松散織造的開口網(wǎng)狀物，其作為另外的電解液阻擋層。
由于電解液的液滴最初在稀松布的織紋(weave)局部形成了富集，因此認 為稀松布以這種方式操作。僅僅當"滲出"量一旦增加到超過一定的閾值，液滴 才從織統(tǒng)'溢出"到氣體擴散元件的表面上，它們可能從那里泄漏進入毛細管區(qū)域。
氣體擴散元件30通過電解液吸收元件作為對抗電極背襯帶16的襯墊，從 而減少了由于傳感器內的高度壓縮而弓l起損壞的風險。
圖3與圖2所描述的相同，但現(xiàn)在顯示了氣體擴散元件30和電解液吸收元 件100帶有將這些元件以相互組裝的方式保持的其它部件。與圖2相比，以縮 小的比例顯示了兩個元件30、 100的厚度，以表明它們在該例子中如何被安裝 到外殼的帽10上。通過沿著圍繞氣體擴散元件30的圓周的環(huán)形路徑而施加的 第一粘合劑101 ，氣體擴散元件30被固定到帽10的內部。粘合劑101可以以膠 的形式提供，或者作為粘合劑帶。第——!^合劑102用于支撐在氣體擴散元件30 下面的電解液吸收元件100。第二粘合劑102典型地以具有環(huán)形的粘合劑帶 的形式提供。
粘合劑101和102主要被提供成用于將元件30和100定位在以毛細管12 為中心的所需位置上。通過將電極20圍繞圓周區(qū)域22熱封到帽10的下側而提 供作用在部件30和100上的主要力。這將壓縮力應用到氣體擴散元件30和電 解液吸收元件100，并且將它們保持在適當?shù)奈恢?。然而?<頓粘合劑101和 102是有優(yōu)勢的，這是由于它防止了在組裝過程中或者在傳感器的使用壽命內的 任何側向滑動。在組裝過程中，巾冒、電解液吸收元件和氣體擴散元件可以被相 互固定，并且在進一步的處理期間，該單元作為一個子組件而被處理。
供選擇地，電解液吸收元件100可以直接熱壓凹結合到帽10上，將氣體擴 散元件30夾置于其間。在這種情況下，電解液吸收元件100會優(yōu)選具有比氣體 擴散元件30的直徑大但比電解液背襯帶16的直徑小的直徑。粘合劑101和102 可以被取消或者另外使用。
圖4的分解圖顯示了本發(fā)明第二實施方案的有關部件。同樣，為了清楚起 見，省略了電池部件的剩余部分，包括反電極和電解液裝置。所顯示的裝置是 基于由City Technology Limited生產(chǎn)的40X-2氧氣傳感器。ABS塑料帽200，帶
有激光鉆孔的毛細管孔202 (其具有大約60微米的典型直徑)，與直徑為5.9毫 米的網(wǎng)狀氣體擴散元件204 (型號L32224，由WLGore And Associates, USA 提供)以及6毫米的電解液吸收元件206同心排列，該吸收元件由英國Whatman International Limited of Maidstone提供的4級定性濾紙經(jīng)打孔而形成。氣敏電極， 包括位于直徑為11毫米的PTFE盤210上(類型HP5815934,由WLGoreand Associates, USA提供)的直徑為9毫米的5。/^S/石墨催化劑208，隨后被熱封 到帽200上，以產(chǎn)生在乘lj余的傳感器制徵程中4柳的子組件。
該裝置可有效的吸收電解液并允許它變干而不對傳感器的性能產(chǎn)生有害影 響已經(jīng)被嚴格的試驗所證實。在組裝傳感器前，吸收元件206被加上了一定體 積的4摩爾乙酸鉀電解液，通常觀察到所述電解液在發(fā)生"滲出"時通過電極帶。 這種"模擬的滲出"很好的近似了元件要原位經(jīng)歷的實際條件。然后，使完成的 設備艦包括在4小時內從-20C變至lJ+50C然后以相同速度逆轉所mt程的^Jt 測試。這持續(xù)了總共72小時，期間觀察到正常的穩(wěn)定輸出。該階段結束時，傳 自被拆開并且進行檢查，發(fā)現(xiàn)電解液吸收元件206是干的，無電解液結晶的 跡象。類似的試驗方案已經(jīng)表明能有效地突顯氧氣傳感器中的潛在設計弱點， 因此認為新的設計代表了對該重大操作問題的一種強有效的解決方案。此外， 吸收劑的附加成本是最小的，并且傳感器的組裝過程不會受到其內含物的明顯 影響。
權利要求
1、電化學氣體傳感器，包括設置在外殼內的氣敏電極和反電極，所述外殼具有用于氣體進入的開口，所述氣敏電極和反電極通過含有電解液的區(qū)域隔開，以及用于將氣敏電極和反電極連接到傳感電路的機構，其中，在所述開口的內側設置電解液吸收元件，其位于外殼和氣敏電極之間，以吸收通過氣敏電極的電解液，同時維持通過所述電解液吸收元件的氣體通道。
2、 根據(jù)權利要求l的電化學氣體傳感器，其中，所述電解液吸收元件適于以不明顯阻礙氣體從中Mil的方式吸收電解液。
3、 根據(jù)權禾腰求1或2的電化學氣體傳感器，其中，所述電解液吸收元件 包括一個或多個電解液吸收材料實體，其能夠吸收電解液以使其被包含在所述 實體內。
4、 根據(jù)權利要求3的電化學氣體傳感器，其中，所述一個或多個電解液吸 收材料實體適合于當吸收電解液時體積基本上不增加。
5、 根據(jù)權利要求3或4的電化學氣體傳感器，其中，所述實體為一個或多 個電解液吸收材料纖維、薄片 粒。
6、 根據(jù)前述任一權禾腰求的電化學氣體傳自，其中，所述電解液吸收元 件為多孔的或網(wǎng)格狀的，所述孔或網(wǎng)格優(yōu)選相互連接，以允許氣體從中通過。
7、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，所述電解液吸收元 件包括纖維素基的電解液吸收材料。
8、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，所述電解液吸收元 件包括濾紙。
9、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，還包括^fi所述電解液吸 收元件設置的氣體擴散構件，其位于外殼和氣敏電極之間。
10、 根據(jù)權利要求9的電化學氣體傳感器，其中，所述氣體擴散構件為疏 水性的。
11、 根據(jù)權利要求10的電化學氣體傳感器，其中，所述氣體擴散構件包括 PTFE膜。
12、 根據(jù)權利要求10或11的電化學氣體傳感器，其中，所述氣體擴散構 件被網(wǎng)狀物支撐。
13、 根據(jù)權利要求12的電化學氣體傳自，其中，所述網(wǎng)狀物包括稀松布，tm聚丙烯稀松布。
14、 根據(jù)權利要求12或13的電化學氣體傳感器，其中，所述網(wǎng)狀物被緊 密地粘結到所述氣體擴散構件。
15、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，所述含有電解液 的區(qū)域包括一個或多個分離器，適于將電解液保持在其內并且將電解液提供到 氣敏電極以及反電極。
16、 根據(jù)前述任--權利要求的電化學氣體傳感器，還包括在使用中容納電 解液的儲存器，以及用于將電解液從所述儲存器傳送到所述含有電解液的區(qū)域 的芯吸物。
17、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，氣敏電極包括分 散在背襯帶上的催化劑。
18、 根據(jù)權利要求17的電化學氣體傳感器，其中，所述催化劑包括石墨和/或鉑。
19、 根據(jù)權利要求17或18的電化學氣體傳感器，其中，背襯帶包括PTFE。
20、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，反電極包括消耗 性電極。
21、 根據(jù)權利要求20的電化學氣體傳感器，其中，所述消耗性電極包括鉛 (Pb)、鋅(Zn)、銅(Cu)或鐵(Fe)。
22、 根據(jù)權利要求1-19中任一項的電化學氣體傳感器，其中，所述反電極 包括分散在背襯帶上的催化劑。
23、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳麟，還包括參比電極。
24、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，所述用于氣體進 入的開口包括毛細管。
25、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，至少氣敏電極被 熱封在外殼內。
26、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，其中，利用粘合劑或粘 合劑帶將所述電解液吸收元件相對于外殼固定。
27、 根據(jù)前述任一權利要求的電化學氣體傳感器，適用于檢測氧氣。
全文摘要
公開了電化學氣體傳感器，其包括設置在外殼內的氣敏電極和反電極，所述外殼具有用于使氣體進入的開口，所述氣敏電極和反電極被含有電解液的區(qū)域隔開，以及用于將氣敏電極和反電極連接到傳感電路的機構。電解液吸收元件被設置在所述開口的內側，位于外殼和氣敏電極之間，以吸收通過氣敏電極的電解液，同時維持通過所述電解液吸收元件的氣體通道。
文檔編號G01N27/407GK101339157SQ200810009540
公開日2009年1月7日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權日2007年1月11日
發(fā)明者A·P·米拉, M·J·凱利 申請人:生命安全銷售股份公司