專利名稱：一種氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣體傳感器。
背景技術(shù)：
有毒氣體如一氧化碳、硫化氫等對身體有害，因此在易于接觸這些毒氣的環(huán)境里檢測它們的濃度是非常必要的。檢測有毒氣體濃度的傳感器種類有很多，如半導(dǎo)體型傳感器、電化學(xué)傳感器、光纖型傳感器和催化燃燒型傳感器等。上述傳感器中，電化學(xué)氣體傳感器因其準(zhǔn)確、靈敏、穩(wěn)定可靠、響應(yīng)迅速，目前已成為國際上的主流傳感器，主要用于檢測ppm (百萬分之一)濃度級有毒氣體。電化學(xué)傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常精密，制造難度相當(dāng)大，目前只有少數(shù)國家和公司能夠生產(chǎn)。典型的電化學(xué)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(xué)毒氣傳感器包括塑料外殼9，并行設(shè)置在塑料外殼9之內(nèi)的透氣膜2、工作電極3、參比電極4和對電極5，設(shè)置在透氣膜2和工作電極3之間的O型密封圈11，分別設(shè)置在工作電極3和參比電極4之間、以及參比電極4和對電極5之間的隔膜10，以及設(shè)置在對電極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液蓋6。在塑料外殼9的頂壁開設(shè)有氣體擴散通道I，在塑料外殼9的底壁開設(shè)有與電解液儲液蓋6上的開口相匹配的注液口 8。在塑料外殼的底部外側(cè)，設(shè)有分別與工作電極
3、參比電極4和對電極5連接的三個金屬引腳7。電化學(xué)氣體傳感器的基本工作原理類似燃料電池，用含貴金屬(如鉬黑)的多孔擴散薄膜作為工作電極。氣體首先透過傳感器頂端小孔，擴散至憎水屏障，最終到達工作電極表面，工作電極催化分解擴散進入傳感器內(nèi)的氣體、獲得電子、電子流向?qū)﹄姌O形成電流回路，此電流與進入傳感器內(nèi)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(shè)計的電極材料使工作電極發(fā)生的催化反應(yīng)可以是氧化機理，也可以是還原機理。傳感器的腔體內(nèi)注有電解質(zhì)溶液(多為腐蝕性酸、堿或鹽溶液)，這些電解質(zhì)溶液一部分吸附在隔膜上，一部分存貯在傳感器底部的一個腔體，通常是一個倒扣在外殼底部的塑料蓋子型，稱為電解液儲液蓋(參見圖1)。三個電極只有充分浸潤在電解液里，上述的電化學(xué)反應(yīng)才能正常發(fā)生。制造電化學(xué)傳感器的工藝流程是:傳感器外殼的底部留有一個小的開口(直徑大約為f 3mm)，稱為注液口。在傳感器的其它部件都組裝好后，用針筒和針頭將一定量的電解液從外殼底部的注液口注入傳感器內(nèi)部，然后將注液口封上。為了防止電解質(zhì)溶液漏出傳感器，注液口的密封是至關(guān)重要的。在現(xiàn)有技術(shù)中，注液口的密封有以下幾種方式:
(1)用一種膠，如環(huán)氧樹脂或光敏膠，填充入注液口里，固化后將注液口密封；
⑵用一個柱形塑料塞子，嵌入注液口，表面削平后再用膠加固；
⑶用一個小圓片塑料薄膜，貼在注液口外表面，再用熱壓的方式(類似熱封塑料袋口)，將塑料薄膜封在注液口上。
但是，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺陷:
(1)易漏液:膠封本質(zhì)上是兩種不同材料之間的粘合，容易出現(xiàn)縫隙、脫膠等現(xiàn)象而產(chǎn)生漏液；塑料塞子嵌入、削平、再用膠固化的方法，容易產(chǎn)生封堵不密而漏液現(xiàn)象；圓片塑料薄膜熱壓的方法雖較為可靠，但也經(jīng)常發(fā)生薄膜脫落而漏液現(xiàn)象；
⑵工作量大:膠封從工藝上講工作量較大，塑料塞子嵌入、削平、再用膠固化的方法消耗人工；
⑶易腐蝕引腳:電解液儲液蓋是直接倒扣在傳感器外殼底部的，電解液會從傳感器外殼和儲液蓋的縫隙中滲透到底部接觸到金屬引腳，引腳發(fā)生腐蝕現(xiàn)象從而影響傳感器性倉泛;
⑷外形不美觀:現(xiàn)有技術(shù)密封的注液口外觀比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種氣體傳感器，具體地，是一種電化學(xué)氣體傳感器，以實現(xiàn)不易漏液、工作量小、不易腐蝕引腳和外形美觀的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氣體傳感器，主要包括外殼，嵌套在所述外殼內(nèi)部的內(nèi)杯，自上向下設(shè)置在所述內(nèi)杯內(nèi)部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極和對電極，以及配合安裝在所述內(nèi)杯底部內(nèi)側(cè)、且位于所述電極下方的電解液儲液
JHL O進一步地，在所述外殼底部開設(shè)有空穴，在所述內(nèi)部底部設(shè)有細管；所述細管從外殼底部朝外伸出，能夠作為注液口 ；
裝配時，先將所述內(nèi)杯放入外殼，使內(nèi)杯底部的細管嵌入外殼底部的空穴、從外殼底部朝外伸出；再將所述電解液儲液蓋放入內(nèi)杯底部，在該氣體傳感器的所有部件全部裝配完成后，以所述細管作為注液口，向該氣體傳感器中注入電解液；然后用熱壓法將注液口封閉。進一步地，該氣體傳感器還包括用于分別引出所述工作電極、參比電極和對電極產(chǎn)生電流的三根導(dǎo)電金屬絲；所述三根導(dǎo)電金屬絲，分別貼覆式連接在所述工作電極、參比電極和對電極的表面。進一步地，所述導(dǎo)電金屬絲，包括鉬絲。進一步地，該氣體傳感器還包括位于所述外殼內(nèi)部、且設(shè)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，該氣體傳感器還包括分別設(shè)置在所述工作電極與參比電極之間、以及參比電極與對電極之間的絕緣膜。進一步地，在所述外殼的頂壁開設(shè)有用于向透氣膜注入氣體的氣體擴散通道，和/或，在所述外殼的底壁外側(cè)，且分別與三根導(dǎo)電金屬絲連接的三個金屬引腳。本發(fā)明各實施例的氣體傳感器，由于主要包括外殼，嵌套在外殼內(nèi)部的內(nèi)杯，自上向下設(shè)置在內(nèi)杯內(nèi)部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極和對電極，以及配合安裝在內(nèi)杯底部內(nèi)側(cè)、且位于電極下方的電解液儲液蓋；這樣，通過在外殼和電解液儲液蓋之間增加內(nèi)杯，電解液不會滲透到外殼和內(nèi)杯之間的縫隙中，從而將電解液和外殼底部的金屬引腳完全隔離，消除了引腳的腐蝕隱患；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中易漏液、工作量大、易腐蝕引腳和外形不美觀的缺陷，以實現(xiàn)不易漏液、工作量小、不易腐蝕引腳和外形美觀的優(yōu)點。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為電化學(xué)毒氣傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明氣體傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意 圖3a為本發(fā)明氣體傳感器中外殼的上部立體結(jié)構(gòu)示意 圖3b為本發(fā)明氣體傳感器中外殼的底部立體結(jié)構(gòu)示意 圖4a為本發(fā)明氣體傳感器中內(nèi)杯的上部立體結(jié)構(gòu)示意 圖4b為本發(fā)明氣體傳感器中內(nèi)杯的底部立體結(jié)構(gòu)示意 圖5a為本發(fā)明氣體傳感器中儲液蓋的上部立體結(jié)構(gòu)示意 圖5b為本發(fā)明氣體傳感器中儲液蓋的底部立體結(jié)構(gòu)示意 圖6a和圖6b為在本發(fā)明氣體傳感器的外殼里嵌入內(nèi)杯和儲液蓋后的縱向剖視結(jié)構(gòu)不意 圖6c為在本發(fā)明氣體傳感器中外殼里嵌入內(nèi)杯和儲液蓋后的底部立體結(jié)構(gòu)不意圖； 圖7a為本發(fā)明氣體傳感器在熱壓封閉后的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意 圖7b為本發(fā)明氣體傳感器在熱壓封閉后的底部立體結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標(biāo)記如下:
1-氣體擴散通道；2_透氣膜；3_工作電極；4_參比電極；5_對電極；6_電解液儲液蓋；
7-金屬引腳(內(nèi)部分別和三個電極相連)；8_注液口 ；9_塑料外殼；10_隔膜；11-0型密封圈；12_內(nèi)杯。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種氣體傳感器，可以解決傳感器容易漏液的問題，解決傳感器金屬引腳容易被腐蝕生銹的問題，更加容易制造，可以提高生產(chǎn)效率，可以使傳感器外形更加美觀。如圖2-圖7b所示，本實施例的氣體傳感器，主要包括外殼(如塑料外殼9)，嵌套在外殼內(nèi)部的內(nèi)杯，自上向下設(shè)置在內(nèi)杯內(nèi)部、且相互之間絕緣的工作電極(如工作電極3)、參比電極(如參比電極4)和對電極(如對電極5)，以及配合安裝在內(nèi)杯底部內(nèi)偵彳、且位于電極下方的電解液儲液蓋(如電解液儲液蓋6)。在外殼底部開設(shè)有空穴，在內(nèi)部底部設(shè)有細管；細管從外殼底部朝外伸出，能夠作為注液口(可以起到注液口 8的作用);裝配時，先將內(nèi)杯放入外殼 ，使內(nèi)杯底部的細管嵌入外殼底部的空穴、從外殼底部朝外伸出；再將電解液儲液蓋放入內(nèi)杯底部，在該氣體傳感器的所有部件全部裝配完成后，以細管作為注液口，向該氣體傳感器中注入電解液；然后用熱壓法將注液口封閉。在上述實施例中，該氣體傳感器還包括用于分別引出工作電極、參比電極和對電極產(chǎn)生電流的三根導(dǎo)電金屬絲，位于外殼內(nèi)部、且設(shè)置在工作電極上方的透氣膜(如透氣膜2)，分別設(shè)置在工作電極與參比電極之間、以及參比電極與對電極之間的絕緣膜(可以是隔膜10);三根導(dǎo)電金屬絲，分別貼覆式連接在工作電極、參比電極和對電極的表面，導(dǎo)電金屬絲，包括鉬絲；在透氣膜與工作電極之間，配合安裝有O型密封圈(如O型密封圈11);在外殼的頂壁開設(shè)有用于向透氣膜擴散氣體的氣體擴散通道(如氣體擴散通道1)，和/或，在外殼的底壁外側(cè)，且分別與三根導(dǎo)電金屬絲連接的三個金屬引腳(如金屬引腳7)。在本實施例中，具體實施時，可以僅對氣體傳感器的底部結(jié)構(gòu)進行改進，可參見圖3a-圖7b ;關(guān)于氣體傳感器的頂部結(jié)構(gòu)可參見圖2及其相關(guān)說明。在本實施例中，氣體傳感器的底部結(jié)構(gòu)，主要由外殼(如塑料外殼9)、內(nèi)杯和儲液蓋(即電解液儲液蓋6)三部分組成，分別見圖3a、圖3b、圖4a、圖4b、圖5a、圖5b。這些傳感器零部件都是通過開模、注塑制成的。裝配時，先將內(nèi)杯放入塑料外殼，使內(nèi)杯底部的細管嵌入塑料外殼底部的空穴、并從底部朝外伸出，然后再放入儲液蓋，如圖6a和圖6b所不。從塑料外殼底部伸出的內(nèi)杯細
管是注液口。當(dāng)上述氣體傳感器的其他部件全部裝配完成后，再將電解質(zhì)溶液(B卩電解液)由注液口注入，然后用熱壓的方法將注液口封閉。熱壓封閉后的注液口如圖7a和圖7b所示。上述各實施例的氣體傳感器 ，可以包括、但不限于這些氣體的傳感器:一氧化碳
(0))、硫化氫(43)、氨氣(順3)、氧氣(02)、一氧化氮(勵)、二氧化氮(勵2)、二氧化硫(502)、氫氣(H2)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HC1)、臭氧(03)、可燃氣(HC)等。上述各實施例的氣體傳感器，可以廣泛應(yīng)用于石油氣體生產(chǎn)、化工廠、化肥生產(chǎn)、公共設(shè)施、污水處理、造紙(漿)廠、制藥、食品飲料、汽車、電鍍處理、采礦、軍事等行業(yè)的安全檢測、環(huán)保監(jiān)測和生產(chǎn)過程控制等領(lǐng)域，用于檢測空氣中某種氣體的含量。上述各實施例的氣體傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)如環(huán)氧樹脂膠封、塞子嵌入、薄膜熱壓等方式的密封措施相比，該氣體傳感器封口后的效果更為光滑、美觀，至少可以達到以下有益效果:
(I)熱壓密封是在同種塑料零部件之間完成的，密封性能非?？煽俊?yōu)良，徹底消除了漏液隱患；
⑵由于外殼和儲液蓋之間增加了一個內(nèi)杯，電解液不會滲透到傳感器外殼和內(nèi)杯之間的縫隙中，從而將電解液和外殼底部的金屬引腳完全隔離，消除了引腳的腐蝕隱患；
⑶熱壓工藝簡單易行，減少了裝配的工作量，提高了生產(chǎn)效率。最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，其特征在于，主要包括外殼，嵌套在所述外殼內(nèi)部的內(nèi)杯，自上向下設(shè)置在所述內(nèi)杯內(nèi)部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極和對電極，以及配合安裝在所述內(nèi)杯底部內(nèi)側(cè)、且位于所述電極下方的電解液儲液蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，在所述外殼底部開設(shè)有空穴，在所述內(nèi)部底部設(shè)有細管；所述細管從外殼底部朝外伸出，能夠作為注液口 ； 裝配時，先將所述內(nèi)杯放入外殼，使內(nèi)杯底部的細管嵌入外殼底部的空穴、從外殼底部朝外伸出；再將所述電解液儲液蓋放入內(nèi)杯底部，在該氣體傳感器的所有部件全部裝配完成后，以所述細管作為注液口，向該氣體傳感器中注入電解液；然后用熱壓法將注液口封閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，該氣體傳感器還包括用于分別弓丨出所述工作電極、參比電極和對電極產(chǎn)生電流的三根導(dǎo)電金屬絲；所述三根導(dǎo)電金屬絲，分別貼覆式連接在 所述工作電極、參比電極和對電極的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)電金屬絲，包括鉬絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，該氣體傳感器還包括位于所述外殼內(nèi)部、且設(shè)置在所述工作電極上方的透氣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體傳感器，其特征在于，在所述透氣膜與工作電極之間，配合安裝有O型密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，該氣體傳感器還包括分別設(shè)置在所述工作電極與參比電極之間、以及參比電極與對電極之間的絕緣膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，在所述外殼的頂壁開設(shè)有用于向透氣膜注入氣體的氣體擴散通道，和/或，在所述外殼的底壁外側(cè)，且分別與三根導(dǎo)電金屬絲連接的三個金屬引腳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體傳感器，主要包括外殼，嵌套在所述外殼內(nèi)部的內(nèi)杯，自上向下設(shè)置在所述內(nèi)杯內(nèi)部、且相互之間絕緣的工作電極、參比電極和對電極，以及配合安裝在所述內(nèi)杯底部內(nèi)側(cè)、且位于所述電極下方的電解液儲液蓋。本發(fā)明所述氣體傳感器，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中易漏液、工作量大、易腐蝕引腳和外形不美觀等缺陷，以實現(xiàn)不易漏液、工作量小、不易腐蝕引腳和外形美觀的優(yōu)點。
文檔編號G01N27/26GK103217464SQ201310094268
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者高國強 申請人:無錫高頓傳感技術(shù)有限公司