一種電化學一氧化碳傳感器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種電化學一氧化碳傳感器，主要包括外殼，依次疊置在所述外殼內部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極、偏心對電極和電解液儲存區，以及用于分別引出所述工作電極、參比電極和偏心對電極產生電流的三根導電金屬絲；所述三根導電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和偏心對電極的表面。本實用新型專利技術所述電化學一氧化碳傳感器，可以克服現有技術中制造難度大、導電接觸可靠性低、以及制造成本高等缺陷，以實現制造難度小、導電接觸可靠性高、以及制造成本低的優點。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及傳感器
，具體地，涉及一種電化學一氧化碳傳感器。
技術介紹
一氧化碳（化學式為CO）是一種無色、無味、無臭、毒性極強的氣體，因此在易于接觸CO的環境里檢測CO的濃度是非常必要的。用于檢測CO濃度的傳感器有很多種，如半導體型的CO傳感器、電化學型CO傳感器、光纖型CO氣體傳感器和催化燃燒型CO傳感器等。上述傳感器中，電化學氣體傳感器因其準確、靈敏、穩定可靠、響應迅速，目前已成為國際上的主流傳感器，主要用于檢測百萬分之一（ppm）濃度級一氧化碳氣體。但電化學傳感器的結構要求非常精密，制造難度相當大，目前只有很少數國家和公司能夠生產。電化學氣體傳感器的基本工作原理類似燃料電池，用含貴金屬（如鉑黑，金屬鉑的極細粉末呈黑色，所以叫鉑黑）的多孔擴散薄膜作為電極，電極表面的金屬催化劑也起導電的作用。傳感器通常有三個電極即工作電極、參比電極和對電極。工作電極催化分解擴散進入傳感器內的氣體、獲得電子、電子流向對電極形成電流回路，此電流與進入傳感器內的氣體濃度成正比。電化學氣體傳感器的優點可以總結為：⑴極好的線性；⑵良好的重復性；⑶良好的選擇性；⑷極低的功耗（毫瓦級）；⑸電化學傳感器靈敏度高，多數用于檢測ppm級氣體。典型的電化學毒氣傳感器由工作電極、對電極和參比電極組成，并由一個薄電解層隔開（參見圖1）。在圖1中，該電化學毒氣傳感器包括塑料外殼9，并行設置在塑料外殼9之內的透氣膜2、工作電極3、參比電極4和同心對電極5，設置在透氣膜2和工作電極3之間的O型圈11，分別設置在工作電極3和參比電極4之間、以及參比電極4和同心對電極5之間的隔膜10，以及設置在同心對電極5下方的電解液儲存空間，在電解液儲存空間上可以加蓋電解液儲存蓋6。在塑料外殼9的頂壁開設有氣體擴散通道1，在塑料外殼9的底壁開設有與電解液儲存蓋6上的開口相匹配的注液口8。在塑料外殼的底部外側，設有分別與工作電極3、參比電極4和同心對電極5連接的三個金屬引腳7。氣體首先透過傳感器頂端小孔（如氣體擴散通道1），擴散至憎水屏障（如透氣膜2），最終到達工作電極3表面，工作電極3催化分解擴散進入傳感器內的氣體、獲得電子、電子流向對電極5形成電流回路，此電流與進入傳感器內的氣體濃度成正比，測量該電流即可確定氣體濃度。針對被測氣體而設計的電極材料使工作電極3發生的催化反應可以是氧化機理，也可以是還原機理。傳感器的腔體內注有電解質溶液（多為腐蝕性酸、堿或鹽溶液），三個電極只有充分浸潤在電解液里，上述的電化學反應才能正常發生。參比電極安裝在與工作電極鄰近位置，工作電極需要保持在穩定恒電位下，參比電極可以保持工作電極上的這種穩定電壓值，但參比電極自身并沒有電流流過，電流是在對電極和工作電極之間流過。傳感器的三個電極即工作電極（如工作電極3）、參比電極（如參比電極4）和對電極（如同心對電極5）依次序疊放在傳感器的塑料外殼內，電極之間由一個絕緣膜將它們隔開。電極產生的電流由三根緊貼在膜電極表面的細鉑扁絲（如第一鉑絲13、第二鉑絲14和第三鉑絲15）導出至引腳（如金屬引腳7，三個金屬引腳7的內部分別和三個電極相連），其結構如圖2a、圖2b和圖2c所示。鉑絲要有足夠的長度，這樣能保證其和電極表面有充分的接觸面，以保證良好的導電性能。在圖2a、圖2b和圖2c中，工作電極3包括第一導電帶18、以及位于第一導電帶18外圍的非導電帶17，第一鉑絲13緊貼在第一導電帶18的表面；同心對電極5包括第二導電帶19、以及位于第二導電帶19外圍的非導電帶17，第二鉑絲15緊貼在第二導電帶19的表面。現有技術的傳感器，是將一個和工作電極同樣外形（圓形）和尺寸（直徑相同或接近，直徑通常在5~30mm之間）的電極，用一個圓形空心沖頭，以同心圓的方式從電極上沖切下兩個電極：小的圓片電極作為參比電極，同心圓環電極作為對電極，如圖2a、圖2b和圖2c所示。在現有技術中，為了讓鉑絲和對電極表面導電層之間有充分接觸，第三鉑絲15必須足夠長，這樣鉑絲可以穿過對電極中間空隙部分，和圓環的左右兩邊導電表面都有接觸。但在實際制造中，本申請人發現，由于對電極圓環的寬度很小（通常只有1~3mm），只要鉑絲的放置位置有稍許移位，就很容易造成鉑絲和圓環的左邊導電帶接觸不良現象，從而影響傳感器的整體性能，如基線不穩定、響應時間變長、響應曲線扭曲變形等現象。另外，稀有金屬鉑價格昂貴，目前國際市場已達60000美元/公斤（約合38萬人民幣/公斤），且全世界儲量有限，全球鉑的年產量只有約180噸，而中國是鉑資源匱乏的國家，年產量僅有4噸。鉑在電化學傳感器的制造成本中占了約70%以上。因此，為了降低傳感器的制造成本，節約鉑的使用，必須從每個零部件尋找可能的減少鉑使用量的新技術。在實現本技術的過程中，專利技術人發現現有技術中至少存在制造難度大、鉑絲和圓環的導電接觸可靠性低、以及制造成本高等缺陷。
技術實現思路
本技術的目的在于，針對上述問題，提出一種電化學一氧化碳傳感器，以實現制造難度小、導電接觸可靠性高、以及制造成本低的優點。為實現上述目的，本技術采用的技術方案是：一種電化學一氧化碳傳感器，主要包括外殼，依次疊置在所述外殼內部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極、偏心對電極和電解液儲存區，以及用于分別引出所述工作電極、參比電極和偏心對電極產生電流的三根導電金屬絲；所述三根導電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和偏心對電極的表面。進一步地，所述偏心對電極包括偏心環形電極，所述偏心環形電極包括由導電圓環形成的導電帶；所述導電帶分布在偏心環形電極中心線右側部分的寬度，大于導電帶分布在偏心環形電極中心線左側部分的寬度。進一步地，所述導電帶分布在偏心環形電極中心線右側部分的寬度，至少是導電帶分布在偏心環形電極中心線左側部分的寬度的1.5倍。進一步地，所述偏心環形電極，還包括位于所述導電帶外圍的非導電帶。進一步地，所述偏心環形電極的非導電帶的寬度，大于0mm、且小于或等于10mm。進一步地，以上所述的電化學一氧化碳傳感器，還包括位于所述外殼內部、且設置在所述工作電極上方的透氣膜。進一步地，在所述透氣膜與工作電極之間，配合安裝有O型密封圈。進一步地，以上所述的電化學一氧化碳傳感器，還包括分別設置在所述工作電極與參比電極之間、以及參比電極與偏心對電極之間的絕緣膜。進一步地，在所述外殼的頂壁開設有用于向透氣膜注入氣體的氣體擴散通道，和/或，在所述外殼的底壁開設有與電解液儲存區下方的開口相匹配的注液口；和/或，在所述外殼的底壁外側，且分別與三根導電金屬絲連接的三個金屬引腳。進一步地，所述導電金屬絲，包括鉑絲。本技術各實施例的電化學一氧化碳傳感器，由于主要包括外殼，依次疊置在外殼內部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極、偏心對電極和電解液儲存區，以及用于分別引出工作電極、參比電極和偏心對電極產生電流的三根導電金屬絲；三根導電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學一氧化碳傳感器，其特征在于，主要包括外殼，依次疊置在所述外殼內部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極、偏心對電極和電解液儲存區，以及用于分別引出所述工作電極、參比電極和偏心對電極產生電流的三根導電金屬絲；所述三根導電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和偏心對電極的表面。

【技術特征摘要】
1.一種電化學一氧化碳傳感器，其特征在于，主要包括外殼，依次疊置在所述外殼內部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極、偏心對電極和電解液儲存區，以及用于分別引出所述工作電極、參比電極和偏心對電極產生電流的三根導電金屬絲；所述三根導電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和偏心對電極的表面。
2.根據權利要求1所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征在于，所述偏心對電極包括偏心環形電極，所述偏心環形電極包括由導電圓環形成的導電帶；
所述導電帶分布在偏心環形電極中心線右側部分的寬度，大于導電帶分布在偏心環形電極中心線左側部分的寬度。
3.根據權利要求2所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征在于，所述導電帶分布在偏心環形電極中心線右側部分的寬度，至少是導電帶分布在偏心環形電極中心線左側部分的寬度的1.5倍。
4.根據權利要求2所述的電化學一氧化碳傳感器，其特征在于，所述偏心環形電極，還包括位于所述導電帶外圍的非導電帶。
5.根據權利要求4所述的電化學一氧化碳傳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高國強，
申請(專利權)人：無錫高頓傳感技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：