專利名稱：包含排氣構件的傳感器的制作方法
包含排氣構件的傳感器相關申請的交叉引用本申請要求美國臨時專利申請?zhí)?1/256，712的權益，其披露內容通過引用結合在此。
背景技術：
除非在本文件中另外清楚地指出，否則在此所使用的術語并非旨在受限于任何具體的狹義解釋。在此所引用的任何參考文獻的披露內容通過引用進行結合。安培計式電化學氣體傳感器是在結構以及操作上與電池以及燃料電池類似的電化學電池。這樣，這三種裝置具有一些共同的結構，包括(i) 一個陽極或陽極室(其中發(fā)生電化學氧化)，(ii) 一個陰極或陰極室(其中發(fā)生電化學還原)，(iiii) 一種離子式導電的電解質(該電解質保持了在這兩個電極之間的離子式電接觸)，(iv) 一個殼體(該殼體封閉了這些電極以及電解質)，(ν)觸點或極點(它們總體上是在這些電極與外電路之間的金屬型電觸點)以及(Vi)用于與這些裝置相連接的外電路。電池以及燃料電池主要作為電源來工作并且對于可以與它們處于電接觸的電路設置了極少的設計限制。安培計式氣體傳感器經常要求使用特定的驅動電路(例如一個恒電勢器)來獲得適當?shù)墓δ?。然而，存在多種安培計式氣體傳感器，它們與燃料電池類似地工作，并且僅要求一種在目標或分析物氣體存在的情況下對在該陽極與陰極之間流動的電流進行測量的方法。蓄電池是獨立式的電化學能量存儲和轉換裝置。它們被安排為使陽極以及陰極均包括較大量的具有不同電化學能的物質，或與這些物質緊密地電接觸。當一個蓄電池的陽極以及陰極被連接到一個電子電路中時，顯著的且有用的量的電流流動穿過電子電路。這種電流的來源是陽極以及陰極材料的電化學轉換(氧化以及還原)。從一種電化學的觀點看，電池是獨立式的，因為它們是用足夠的陽極材料以及陰極材料制作的，以提供一個有用的壽命或電能的量。這樣，電池經常是良好地密封的。在許多設計中，電池是不透氣地密封的。這些電池的常見例子包括勒克朗謝電池(“干”電池)以及普蘭特電池(鉛酸蓄電池)。另一方面，燃料電池是電化學的能量轉換裝置，它們要求陽極材料、陰極材料、或陽極材料與陰極材料兩者的外部供給。燃料電池的電極通常是電催化性質的。在該方面，這些燃料電池的電極提供了電化學活性表面以支持該電池的電化學反應，但是實際上在化學上并不參與這些反應。和蓄電池不同(其有用壽命總體上在這些電化學活性的電極材料被消耗掉時結束)，只要為該裝置供應電化學活性的燃料(陽極材料)以及氧化劑(陰極材料)，燃料電池就將連續(xù)地運行。通常的燃料電池的一個例子是革羅夫電池，或氫-氧燃料電池。在革羅夫電池中，氫是燃料并且氧是氧化劑。安培計式電化學氣體傳感器是燃料電池的特殊情況。它們典型地是微型尺寸的(與用于發(fā)電的燃料電池相比)并且被設計為使用有分析意義的目標氣體(即，分析物氣體)作為燃料。在沒有目標氣體時，不存在發(fā)生于電極上的本體電化學轉化(法拉第反應)，并且因此該傳感器內流動的電流實質上為零。當存在時，分析物氣體經歷了電化學氧化或還原，從而導致了法拉第電流的產生。產生的電流被外部驅動電路感知并且提供了該感應器的分析信號。典型地，觀察到的電流與該分析物氣體的濃度直接成正比。如以上所討論的，蓄電池、燃料電池以及安培計式電化學氣體傳感器在許多方面是類似的。然而，安培計式氣體傳感器的制造具有許多獨有的困難。首先，與蓄電池不同，必須存在一個氣體入口以允許該分析物氣體進入該電池中。還必須存在將電流從電極的表面運載到外電路中的觸點或極點。最后，該傳感器必須以保存離子型電解質的方式制造，該電解質通常是一種高度腐蝕性的水性酸或堿。將安培計式電化學氣體傳感器密封以防止內部液體電解質泄漏而同時允許分析物氣體進入并且收集產生的電流，明顯是電化學氣體傳感器的機械設計的重要特征。氧氣傳感器是安培計式電化學氣體傳感器的一種特殊情況。典型地，電化學氧氣傳感器包括一個貴金屬工作電極以及一個犧牲性金屬陽極，該陽極典型地是鉛或鋅。這種類型的傳感器已經使用了許多年，用來檢測并且測量許多不同應用中的氧氣濃度?；阢U的傳感器受到若干缺點的影響，包括有限的壽命以及有毒金屬的使用。盡管如此，氧氣傳感器的犧牲性金屬陽極典型地是一個鉛陽極。進入該傳感器的氧在工作電極上被還原，而鉛陽極被氧化成氧化鉛。只要在傳感器中存在電化學可得的鉛，傳感器就工作。為了增加使用壽命，必須增加鉛含量或者必須減小氧氣的注入量。用來增加傳感器壽命的這些途徑中的每一種均具有相關的優(yōu)點以及缺點。然而，在任何情況下，傳感器的壽命受其中存在的鉛量的限制，這個量在制造時就被確定。近來，已經披露了一種新型的氧氣傳感器，典型地稱作“氧氣泵”傳感器。氧氣泵傳感器并不包括一個犧牲性的基礎金屬陽極。取而代之，氧氣泵傳感器包括一個電催化的陽極或對電極。進入該傳感器的氧氣在工作電極處被還原成一種氧離子。同時，電解質在對電極處被氧化，從而在一對一的分子基礎上產生了氧。這種類型的氧氣傳感器可以具有比包括犧牲性陽極的那些傳感器遠遠更長的使用壽命。然而，在對電極處產生的氧氣需要被去除，以確保氧氣泵傳感器的正常運行。如果不以有效的方式去除氧氣，則內部產生的氧氣可以對該傳感器加壓并且到達工作電極，由此影響該傳感器的分析信號。此外，內部壓力的增加可以引起液體電解質從該傳感器殼體的多個內部部分泄漏。已經開發(fā)了許多以氧氣泵原理運行的傳感器。這些傳感器包括一個薄的、多孔的、疏水的隔膜，以創(chuàng)造一個將產生的氧氣排出的排氣系統(tǒng)。盡管這些基于隔膜的排氣系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個擴散路徑以將氧氣從該傳感器殼體的內部排出，但該傳感器殼體必須包括一個被該薄的、多孔的、疏水的隔膜覆蓋的通道或孔。這些孔或通道與增大的電解質泄漏風險相關聯(lián)。此外，一個基于隔膜的排氣系統(tǒng)的有效工作或運行可以受到該傳感器的取向的影響。例如，在某些取向上，該隔膜的內表面可以完全被液體電解質浸潤或接觸，這可以顯著地不利地影響隔膜排出氣體的工作。在不同的位置設置多于一個通道/隔膜排氣孔可以減小與位置或取向有關的效應，但是可以增加從該傳感器泄漏液體電解質的可能性。

發(fā)明內容
在一個方面，一個傳感器包括一個殼體、在該殼體內的至少兩個電極、在這些電極之間提供離子電導率的一種電解質、以及一個排氣構件。該排氣構件包括一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道的一個部分，該部分被連接到延伸穿過該殼體內部的至少一部分的該第一區(qū)段上。該排氣構件的第一區(qū)段是多孔的，使得氣體可以從該殼體內部經由該排氣構件擴散到該殼體外部。例如，該排氣構件可以阻止電解質從中流動穿過。在多個實施方案中，該排氣構件進一步包括一個第二區(qū)段，該第二區(qū)段被連接到該延伸穿過該通道的部分上。例如該第二區(qū)段可以是多孔的并且例如可以被附接到該殼體的一個外表面上。該第二區(qū)段例如可以延伸超過該通道的周界以覆蓋該通道。該第二區(qū)段可以例如以一個角度延伸到該延伸穿過該通道的部分上。在多個實施方案中，該第二區(qū)段總體上垂直地延伸到該延伸穿過該通道的部分上。該第一區(qū)段以及該第二區(qū)段例如可以是由單獨的聚合材料顆粒整體地形成的，以便穿過其中而提供一個氣體擴散路徑。該延伸構件(連同該延伸穿過該通道的部分以及該第二區(qū)段)可以例如由單獨的聚合材料顆粒模制。這些單獨的顆粒的至少一部分可以例如包括聚四氟乙烯或由聚四氟乙烯形成。在多個實施方案中，至少該排氣構件的延伸構件是疏水、疏油或多疏性(multiphobic)的。該延伸構件可以例如延伸穿過該殼體的內部，使得該延伸構件的一個表面區(qū)域在該殼體內部中不能被電解質完全接觸。該工作電極可以例如被適配為將氧氣還原成一種氧離子，并且該傳感器可以例如被適配為感測氧氣。在另一個方面是一種從檢測器的內部排出氣體的方法，該檢測器包括一個殼體、在該殼體內的至少兩個電極以及在電極之間提供離子電導率的一種電解質，該方法包括提供一個排氣構件，該排氣構件包括一個第一區(qū)段以及至少一個延伸構件，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道的一個部分，該延伸構件被連接到該延伸穿過該通道的部分上。該延伸構件至少部分地延伸穿過該殼體內部的一部分，該第一區(qū)段是多孔的，使得氣體可以從該殼體內部經由該排氣構件擴散到該殼體的外部。在另一個方面，一個容器包括一個殼體以及一個排氣構件，該排氣構件包括一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道并且被連接到至少一個延伸構件的一個部分，該延伸構件延伸穿過該殼體內部的至少一部分。該第一區(qū)段是多孔的，使得氣體可以從該殼體內部擴散到該殼體的外部。該排氣構件的第一區(qū)段可以例如阻止液體從中流動穿過。該排氣構件可以例如進一步包括一個第二區(qū)段，該第二區(qū)段與該延伸穿過該通道的部分相連接。例如該第二區(qū)段可以是多孔的并且例如可以被附接到該殼體的一個外表面上。在多個實施方案中，該延伸構件延伸穿過該殼體內部，使得該延伸構件的一個表面區(qū)域在該殼體內部中不能被該殼體內的一種液體完全接觸。該液體可以例如包括一種電解質。該第二區(qū)段可以，例如以一個角度延伸到該延伸穿過該通道的部分上。在多個實施方案中，該第一區(qū)段以及該第二區(qū)段是由單獨的聚合材料顆粒整體地形成的。在此描述的排氣構件減小了對位置或取向的依賴性而沒有增加與在一個傳感器(或其他)殼體內形成多個通道相關聯(lián)的電解質泄漏可能性，從而提供了一種用于從一個傳感器(或其他)殼體內部排出氣體(例如氧氣)的穩(wěn)健且有效的系統(tǒng)。 在此描述的裝置、系統(tǒng)和/或方法，連同其屬性以及伴隨的優(yōu)點將通過以下結合
附圖進行的詳細說明而最好地得以了解和理解。


圖IA展示了一個含排氣構件的傳感器的側面剖開視圖。
圖IB展示了圖IA的傳感器的透視圖，其中該排氣構件是與該傳感器殼體分開的。
圖2展示了圖1的延伸排氣構件的側視圖。
圖3展示了圖1的延伸排氣構件的正視圖。
圖4展示了圖1的排氣構件的透視圖。
圖5展示了圖1的排氣構件的另一個側視圖。
圖6展示了一個排氣構件的實施方案的一部分的顯微照片。
圖7展示了排氣構件的另一個實施方案的透視圖。
圖8A展示了排氣構件的另一個實施方案。
圖8B展示了排氣構件的另一個實施方案。
圖8C展示了排氣構件的另一個實施方案。
圖9展示了一個含排氣構件的氧氣泵傳感器的代表性研究結果。
具體實施例方式如在此以及在所附的權利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個/ 一種(a/an) ”、“該”包括復數(shù)的引用內容，除非上下文另外清楚地指出。因此，例如，對“一個延伸構件”的引用包括多個此種延伸構件以及本領域普通技術人員已知的其等效物，以此類推，并且對“該延伸構件”的引用是指一個或多個此種延伸構件以及本領域普通技術人員已知的其等效物，以此類推。在幾個實施方案中，一個排氣構件包括至少一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括至少一個三維構件或結構，該構件或結構在例如一個傳感器的殼體內延伸，以提供一個用于將一種或多種氣體從該殼體內部排出到該殼體外部的路徑。這個或這些延伸構件能以任何適當?shù)姆绞絹泶_定尺寸和形狀。在幾個實施方案中，該延伸構件延伸穿過該殼體，其方式為該延伸構件的用于為氣體提供離開該殼體的排氣路徑的功能不會顯著地受該殼體的位置或取向的影響。在該方面，在幾個實施方案中，該延伸構件延伸穿過該殼體，使得不論該傳感器殼體的位置或取向，該電解質都不會在該殼體內延伸構件的那個部分的整個表面上浸潤或接觸該延伸構件的表面。在該方面，如果該延伸構件的至少一部分與該傳感器殼體內的一個體積(例如，氣泡)的氣體處于接觸中，則該延伸構件更有效地起作用以將氣體從該傳感器殼體的內部排出。該延伸構件可以例如在穿過該殼體的任何方向上，以例如總體上直線和/或總體上曲線的方式延伸。該排氣構件可以例如與該殼體分開制造并且與其組裝在一起。該排氣構件還可以作為該傳感器殼體的零件或一部分而起作用。該延伸構件可以例如包括一種多孔的聚合或塑性材料或者由其形成。在水性電解質的情況下，該延伸構件的多孔的聚合物或其他材料可以是總體上疏水性質的，以將從中穿過的任何水性電解質的流動最小化或消除。在非水性(例如有機)電解質的情況下，該多孔塑料或其他材料可以是總體上疏油性質的，以將從中穿過的任何非水性電解質的流動最小化或消除。該多孔塑料材料還可以是疏水并且疏油的。此種材料被稱為“多疏性的”。該延伸構件還可以用化學方法或者以其他方式進行處理，以將從中穿過的液體電解質的流動或泄露最小化或消除?？傮w上，如在此所使用的，術語“疏水的，，是指在電化學傳感器內經歷的壓力下實質地或完全地耐受水的浸潤的材料(并且因此在延伸構件的情況下限制了從中穿過的水性電解質的流動)?？傮w上，如在此所使用的，術語“疏油的”是指在電化學傳感器內經歷的壓力下實質地或完全地耐受低表面張力液體(例如非水性電解質系統(tǒng))浸潤的材料(并且因此在延伸構件的情況下限制了從中穿過的水性電解質的流動)。如在此使用的，短語“低表面張力液體”總體上是指具有小于水的表面張力的液體。疏水的、疏油的、以及多疏性的材料例如在美國專利號5，944，969中進行討論。該延伸構件的這種或這些材料(例如多孔的塑料材料)還優(yōu)選地在典型地使用電化學傳感器的條件下是實質上化學惰性的且熱惰性的。在幾個實施方案種，延伸構件可以是由多孔的PTFE(聚四氟乙烯)形成的。然而，可以使用任何提供了所希望的特征(例如孔隙率、疏水性和/或疏油性)的聚合的或其他材料。如以上所描述的，這個或這些延伸構件可以采取幾乎任何形狀。所研究的形狀包括具有圓形或直線形截面的棒。然而，可以使用總體上具有任何截面形狀的一個或多個延伸構件。在幾個研究中，這些構件或形狀從預模制的棒或從片材原料中切下。復雜的三維形狀可以例如通過將單獨的聚合物顆粒模制成所希望的三維結構而生產。在幾個實施方案中，模制的或燒制的聚合物結構由聚四氟乙烯(PTFE)顆粒形成，這些顆粒具有在20-200 μ m范圍內的顆粒大小(直徑)。在多個實施方案中，這些顆粒被篩分或篩選為具有小于150 μ m、小于108 μ m或小于90 μ m的顆粒大小/直徑。產生的三維結構具有0. 5 μ m或小于0. 5μπι的有效孔徑。在燒結的聚合物結構的情況下，這些聚合物顆?？梢岳绫患訜岬礁哂诓ＡЩD變溫度(Tg)但是低于熔化溫度(Tm)的一個溫度。當加熱到高于玻璃化轉變溫度時，這些聚合物顆粒彼此粘附。通過顆粒之間的空隙間距或體積提供了一個受控的孔隙率。在多個實施方案中，可以將壓力施加到被加熱的聚合物顆粒上，以有助于粘附和/或模制。聚合物顆?？梢栽诰哂袔缀跞魏涡螤畹哪＞邇冗M行燒結，以提供所希望的三維元件。作為替代方案，可以形成一種開孔泡沫。在一種開孔泡沫中，多個孔連接成一種相互連接的多孔網絡。例如，在使用一種發(fā)泡劑(例如水)的聚合反應的過程中，可以形成一種聚氨酯和/或聚脲泡沫。在多個代表性的研究中，將包括通過燒結PTFE顆粒形成的多孔延伸構件的多個排氣構件通過多種方法(包括例如熱鉚接、超聲焊接、激光焊接、粘合劑、以及注塑模制)結合到傳感器殼體中。對于本領域的普通技術人員而言清楚的是，將這些排氣構件附接或結合到傳感器殼體中的其他方法也是合適的。在所有的研究中，包括三維多孔聚合物型延伸構件的排氣構件提供了有效的并且高效的氣體擴散路徑，而同時保持了該傳感器殼體對抗電解質泄漏的穩(wěn)健性。
圖IA和IB展示了包括一個殼體20的傳感器10的實施方案。該殼體20內放置一個傳感器支持構件30，該支持構件可以例如給至少兩個電極(例如，一個工作電極以及一個對電極)提供支持。支持構件30可以給一個或多個電極提供支持，例如包括本領域已知的參比電極?？傮w上，使用參比電極來將該工作電極保持在已知的電壓或電勢下。一種分析物氣體可以通過一個入口通道22進入殼體20。電解質可以例如至少部分地被吸收到(在圖IA中示意性地展示的)吸液材料40上，如傳感器領域已知的，該吸液材料被傳感器支持物30支持。該電解質提供了在電極50、60以及70(例如，一個工作或感測電極、一個參比電極以及一個對電極)之間的離子導電率。吸液材料40還進行工作以將電極50、60以及70物理地分開，從而防止它們之間的短路。在一種吸濕性電解質的情況下若該電解質體積作為吸收水的結果而增加，則傳感器殼體20包括例如檢測器支持物30下方(在圖1中的取向上)的一個保留體積，以便例如為該電解質提供額外的體積。在圖IA和IB的實施方案中，一個排氣構件80包括一個第一區(qū)段82，該第一區(qū)段包括至少一個延伸構件83，該延伸構件延伸(即，具有一個延伸的長度)穿過殼體20的內部體積的至少一部分。如以上所描述的，首先，延伸構件83可以延伸穿過殼體20，使得延伸構件83的表面區(qū)域不能被該電解質完全接觸或浸潤。因此，在圖IA和IB的實施方案(連同其他實施方案)中提供了不依賴于取向或位置的氣體排出作用，其中僅在殼體20內形成了一個用于氣體排出的單一的通道(即，通道24)。因此延伸構件83的至少一部分保持與一個體積的氣體相接觸，這有助于維持其有效的工作以除去氣體(例如，在一種氧氣泵類型的傳感器的情況下是氧氣)。在一個氧氣泵傳感器的幾個實施方案中，延伸構件83被放置為提供與從對電極至入口通道22相比更容易的、從對電極至延伸構件83的擴散路徑。排氣構件80還在圖2至5中展示。在所展示的實施方案中，延伸構件83的形狀總體上是圓柱形。在所展示的實施方案中，排氣構件80的第一區(qū)段82還包括連接到延伸構件83上的一個部分84，該部分在排氣構件80與殼體20操作性地連接在一起時與通道M相鄰并且從中延伸穿過。部分84可以例如比延伸構件83的直徑更大，并且可以被確定尺寸為具有比通道M的直徑稍微更小的直徑。在多個實施方案中，第一區(qū)段80 (包括部分84以及延伸構件83)被整體地形成。在所展示的實施方案中，排氣構件80進一步包括一個第二區(qū)段或構件86，它總體上垂直于第一區(qū)段80的部分84延伸。第二區(qū)段86可以例如有助于形成與殼體20的外部的一個適當?shù)倪B接。在該方面，如以上描述的，第一區(qū)段80的部分84延伸穿過殼體20中的通道24，以連接到這個或這些延伸構件83上。在所展示的實施方案中，第二區(qū)段86具有比部分84的直徑更大的寬度并且覆蓋通道M (延伸超過通道M的直徑或周界)，以創(chuàng)造一種密封(從而限制液體電解質逃逸的可能性)并且提供一個表面區(qū)域從而確保與殼體20的固定接合或確保排氣構件80與與殼體20的連接。第二區(qū)段86可以例如通過熱鉚接、超聲焊接、激光焊接、粘合劑、注塑模制或通過任何其他適當?shù)母浇臃绞礁浇拥綒んw20上。無論將排氣構件80附接到殼體20上的方法如何，都應當小心進行，不要破壞由排氣構件80提供的、將氣體從殼體20的內部排出到其外部的擴散路徑。如在圖IB中展示的，殼體20可以例如包括一個基座沈，該基座的尺寸被確定為接收并且容納第二構件84。在所展示的實施方案中，第二區(qū)段86以一個角度延伸到部分84上(在所展示的實施方案中是垂直的)，以有助于覆蓋通道M并且有助于提供一個表面區(qū)域，從而符合殼體20的一個表面并且形成與該表面的連接。在所展示的實施方案中，第二區(qū)段86被形成為一個總體上矩形的平坦的材料帶。如以上所描述的，總體上平坦的第二區(qū)段86有助于與殼體20的連接。第一區(qū)段82 (包括延伸構件83以及其部分84)以及第二區(qū)段86各自可以例如由一種多孔材料形成，該材料提供了從中穿過的氣體(例如氧氣)的擴散作用，同時阻止了電解質從中穿過。在幾個實施方案中，第一區(qū)段82以及第二區(qū)段86是由這樣一種多孔材料一體地或整體地形成的。作為替代方案，第一區(qū)段82可以例如分開地形成并且附接到第二區(qū)段86上。同樣，延伸構件83可以例如與部分84分開地形成并且附接到其上。然而，在附接過程中必須小心，以保證留有穿過排氣構件80的擴散路徑。在幾個實施方案中，排氣構件20由PTFE顆粒整體地形成，這些顆粒被模制以形成一種疏水的多孔結構。在圖6中展示了由模制的PTFE顆粒形成的一個排氣構件的一部分的顯微照片，這些顆粒具有約100 μ m的最大粒徑。圖7展示了與殼體20連接地使用的排氣構件80'的另一個實施方案。在圖7中展示的實施方案中，一個第一區(qū)段82'包括一個具有楔形形狀的延伸構件83'。S卩，延伸構件83'的直徑在其連接到第二區(qū)段86'上的一個第一端處比在其一個第二端或遠端處更大。當排氣構件80'與殼體20操作性地連接時，延伸構件83'的在第二區(qū)段86'附近的部分穿過殼體20內的通道24。在延伸構件83'與第二區(qū)段86'的接點處延伸構件83'的直徑可以例如被確定尺寸為稍微小于通道M的直徑。第一區(qū)段82'以及第二區(qū)段86'可以例如整體地形成，如以上描述的。圖8A和8B分別展示了排氣構件80a和80b的替代實施方案，分別包括至少一個第一區(qū)段8 和82b，這些第一區(qū)段具有延伸構件83a和83b，這些延伸構件以曲線的方式延伸通過一個傳感器殼體(例如傳感器殼體20)的內部。排氣構件80a和80b的一個部分或構件8 和84b分別延伸穿過該傳感器殼體內的一個通道，以將氣體從該傳感器殼體的內部排出到該傳感器殼體的外部。排氣構件80a和80b可以進一步包括一個第二構件或區(qū)段(類似于排氣構件80的第二區(qū)段86或與其相同)，該第二構件或區(qū)段與該殼體的外部進行協(xié)作，以有助于與該殼體形成一種(液體)密封并且有助于對該殼體形成適當?shù)倪B接或附接。在圖8A和8B的實施方案中，延伸構件83a和8 形成了一個封閉的回路。圖8C展示了排氣構件80c的一個替代實施方案，包括至少一個第一區(qū)段82c，該第一區(qū)段具有多個延伸構件83c，這些延伸構件以曲線的方式延伸通過一個傳感器殼體(例如傳感器殼體20)的內部。排氣構件80c的一個部分或構件8 延伸穿過該傳感器殼體內的一個通道，以將氣體從該傳感器殼體的內部排出到該傳感器殼體的外部。在圖8A至8C中展示的延伸構件例如在傳感器殼體20內大致側向地延伸。然而，其延伸構件可以在這樣一個殼體內縱向延伸。此外，其排氣構件的一個或多個延伸構件(或其一個或多個部分)可以例如具有分支的結構，以在一個或多個平面或方向上延伸。圖9展示了一個含排氣構件80的氧氣泵傳感器的代表性研究結果，如以上描述的。在這些研究中的氧氣泵傳感器實施方案中，工作電極、對電極以及參比電極各自包括施加到多孔的PTFE隔膜的一側上的鉬(Pt)黑。每個隔膜可用作一種支持結構，并且在工作電極的情況下，與Pt黑一起形成了一個氣體擴散電極，如在安培計式氣體傳感器領域已知的。該工作電極通過一個外部恒電勢器電路被保持在相對于參比電極為-600mV的電勢下。圖9展示了研究的典型結果，其中傳感器經受了一個空氣流動以及一個氮氣(N2)(即，具有零體積百分比氧的氣體)流動。在這些實驗中，以約250mL/min的流速將空氣(包括20.8體積百分比O2)施加到該傳感器上。在圖9中的5min標記處，流動突然改切換成氮氣(N2)(即，具有0.0體積百分比氧的氣體)。在圖9中的IOmin標記處，流束突然切換回空氣(包括20. 8體積百分比O2含量)。表1列出了此種傳感器的典型性能特征。表 1
平均值標準偏差靈敏度，4人/體積％ O2:12.01.0校準的環(huán)境輸出，μ A24921最大環(huán)境輸出，μA25521N2基線，μ A60T90,下，秒7.51.2T90,上，秒7.41.2RMS噪音，μ A0.720.33所研究的傳感器的多孔排氣構件有效地工作，以將氣體從傳感器排出。并未有效地排出氣體的傳感器在所進行的研究持續(xù)時間內將會失效。這些多孔的排氣構件總體上可以與任何必須從中排出氣體的(例如，在傳感器、電池，等等中的)容器或殼體(從該容器/殼體的內部排出到其外部)相連接。如以上所描述的，該容器或殼體的內部可以包括一種液體(例如一種電解質)，其中該排氣構件阻止或防止了液體從該容器的內部流動到其外部但是提供了一個排出空氣的擴散路徑。以上的說明以及附圖提供了當前時間的實施方案。當然，就以上的傳授內容而言并在不背離此處的范圍的情況下，不同的變更、添加和替代設計對于本領域的普通技術人員是清楚的，該范圍通過以下的權利要求而不是以上的說明指出。落入權利要求的等價含義以及范圍內的所有改變以及變化應包含在這些權利要求的范圍內。
1權利要求
1.一種傳感器，包括一個殼體；在該殼體內的至少兩個電極，在這些電極之間提供離子導電率的一種電解質；以及一個排氣構件，包括一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道并連接到至少一個延伸構件上的一個部分，該延伸構件延伸穿過該殼體內部的至少一個部分，該第一區(qū)段是多孔的，使得氣體能夠從該殼體的內部經由該排氣構件擴散到該殼體的外部。
2.如權利要求1所述的傳感器，其中該排氣構件阻止電解質的流動從其中穿過。
3.如權利要求1所述的傳感器，其中該排氣構件進一步包括一個第二區(qū)段，該第二區(qū)段被連接到該延伸穿過該通道的部分上，該第二區(qū)段是多孔的并且被附接到該殼體的一個外表面上。
4.如權利要求3所述的傳感器，其中該第二區(qū)段延伸超過該通道的周界以覆蓋該通道。
5.如權利要求4所述的傳感器，其中該第二區(qū)段以一個角度延伸到該延伸穿過該通道的部分上。
6.如權利要求5所述的傳感器，其中該第二區(qū)段總體上垂直地延伸到該穿過該通道的部分上。
7.如權利要求4所述的傳感器，其中該第一區(qū)段以及該第二區(qū)段是由單獨的聚合材料顆粒整體地形成的，以提供從其中穿過的一個氣體擴散路徑。
8.如權利要求1所述的傳感器，其中該至少一個延伸構件是由單獨的聚合材料顆粒模制的。
9.如權利要求8所述的傳感器，其中至少該排氣構件的延伸構件是疏水、疏油或多疏性的。
10.如權利要求5所述的傳感器，其中該第一區(qū)段以及該第二區(qū)段是由單獨的聚合材料顆粒整體地形成的。
11.如權利要求10所述的傳感器，其中這些單獨顆粒的至少一部分包括聚四氟乙烯。
12.如權利要求1所述的傳感器，其中該至少一個延伸構件延伸穿過該殼體的內部，使得在該殼體內部該至少一個延伸構件的一個表面區(qū)域不能被電解質完全接觸。
13.如權利要求1所述的傳感器，其中該工作電極被適配為將氧氣還原成一種氧離子并且該傳感器被適配為感測氧氣。
14.一種用于從傳感器的內部排出氣體的方法，該傳感器包括一個殼體、在該殼體內的至少兩個電極以及在這些電極之間提供離子電導率的一種電解質，該方法包括提供一個排氣構件，該排氣構件包括一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道的一個部分，以及至少一個延伸構件，該延伸構件被連接到該延伸穿過該通道的部分上，該通道至少部分地穿過該殼體內部的一個部分，該第一區(qū)段是多孔的，使得氣體能夠從該殼體的內部經由該排氣構件擴散到該殼體的外部。
15.一種容器，包括一個殼體；以及一個排氣構件，包括一個第一區(qū)段，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道、并連接到至少一個延伸構件上的一個部分，該延伸構件延伸穿過該殼體內部的至少一個部分，該第一區(qū)段是多孔的，使得氣體能夠從該殼體的內部擴散到該殼體的外部。
16.如權利要求15所述的容器，其中該第一區(qū)段阻止液體的流動從其中穿過。
17.如權利要求15所述的容器，其中該排氣構件進一步包括一個第二區(qū)段，該第二區(qū)段與該延伸穿過該通道的部分連接，該第二區(qū)段是多孔的并且被附接到該殼體的一個外表面上。
18.如權利要求15所述的容器，其中該至少一個延伸構件延伸穿過該殼體的內部，使得在該殼體內部該至少一個延伸構件的一個表面區(qū)域不能被該殼體內的一種液體完全接觸。
19.如權利要求18所述的容器，其中該液體包括一種電解質。
20.如權利要求17所述的容器，其中該第二區(qū)段以一個角度延伸到該延伸穿過該通道的部分上。
21.如權利要求20所述的容器，其中該第一區(qū)段以及該第二區(qū)段是由單獨的聚合材料顆粒整體地形成的。
全文摘要
一個傳感器(10)包括一個殼體(20)、在該殼體內的至少兩個電極(50，60，70)、在這兩個電極之間提供離子電導率的一種電解質以及一個排氣構件(80)，該排氣構件包括一個第一區(qū)段(82)，該第一區(qū)段包括延伸穿過該殼體內的一個通道(24)的一個部分(84)。該排氣構件還包括至少一個被連接到該第一區(qū)段上的延伸構件(83)，該延伸構件延伸穿過該殼體內部的至少一個部分。該排氣構件的第一區(qū)段(82)是多孔的，使得氣體能夠從該殼體內部經由該排氣構件擴散到該殼體的外部。還披露了一種從傳感器的內部排出氣體的對應的方法。
文檔編號H01M8/24GK102597761SQ201080049135
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者唐納·巴尼特·謝夫勒, 邁克爾·埃爾文·布朗 申請人:梅思安安全設備有限公司