[其他]雙電池式氧傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85107581
• 申請日: 1985-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN85107581A
• 公開（公告）日: 1987-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳毓麒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N27/52
• 分類號(hào): G01N27/52;G01N27/28
• 代理公司: 中國科學(xué)院長春專利事務(wù)所
• 代理人: 宋天平,曹桂珍

本發(fā)明是一種根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理、具有雙電池結(jié)構(gòu)的氧傳感器，適用于高壓氣體及深水壓力下測定氧或溶解氧的濃度。

傳統(tǒng)的原電池式氧傳感器是由一個(gè)金或銀制成的測量電極和一個(gè)由鉛或鎘制成的對電極組裝在塑料殼體中，內(nèi)充電解質(zhì)溶液構(gòu)成。在測量電極表面上復(fù)蓋透氧薄膜，并固定密封在塑料殼體上，使傳感器與外界環(huán)境隔離。但外界的氧分子仍能透過薄膜擴(kuò)散至測量電極表面，使測量電極和對電極構(gòu)成一個(gè)原電池。由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的極限電流與外界的氧濃度成正比關(guān)系。關(guān)于原電池式氧傳感器的開拓性工作可參考美國專利3，510，421和3，239，444號(hào)說明書。

但是，傳統(tǒng)的原電池式氧傳感器存在著響應(yīng)時(shí)間不夠快，測量精度不夠高的缺點(diǎn)。特別是在高壓氣體的條件下，當(dāng)氧分壓或氧濃度迅速改變時(shí)，上述缺點(diǎn)尤為顯著。這是因?yàn)閭鞲衅魍秆醣∧ね獾难鯘舛扰c薄膜內(nèi)測量電極周圍電解質(zhì)薄層中的氧濃度來不及達(dá)到平衡而使殘留在電解質(zhì)薄層中的氧分子向測量電極表面擴(kuò)散所致。此外，由貴金屬制成的測量電極極易受到氣體或污水中有害氣體如硫化氫的毒害，使測量靈敏度逐漸降低甚至不能正常工作。

本發(fā)明是一種具有雙電池結(jié)構(gòu)的氧傳感器，可測量氣體中的氧和液體中的溶解氧。特別是在高壓氣體條件下，這種結(jié)構(gòu)能夠消除傳感器內(nèi)部電解質(zhì)薄層中殘留的氧，使傳感器有較快的響應(yīng)時(shí)間和較高的測量精度。由于測量電極采用非金屬材料，還有較好的抗毒害性能。本發(fā)明的傳感器有二個(gè)直徑不同、由金屬鋅制成的園筒狀對電極，分別固定在塑料殼內(nèi)壁及中間位置上。前者為第二對極，后者為第一對極。在第一對極中央的園孔中，有一個(gè)由玻璃炭制成的園柱狀測量電極。塑料殼體的一端用環(huán)氧樹脂密封，并分別引出測量電極和第一對極的導(dǎo)線，殼體的另一端為開口端。在第一對極與第二對極之間形成的空腔內(nèi)裝入電解質(zhì)，并在傳感器的開口端上復(fù)蓋鍍有園形金膜的透氧薄膜，用O形圈固定在塑料殼體上。薄膜中央留有未鍍金膜的園形透氧窗口，其面積與測量電極的表面積相同。薄膜的鍍金層面向傳感器的開口端，使鍍金膜與第二對極的端面相接觸，構(gòu)成一個(gè)原電池。薄膜的透氧窗口正對測量電極表面，使薄膜外的氧分子能夠透過窗口到達(dá)測量電極表面。工作時(shí)，測量電極與第一對極構(gòu)成另一個(gè)原電池。在測量電極表面與薄膜之間襯有園形鏡頭紙，作為電解質(zhì)通道，并可防止鍍金層與測量電極相接觸。由測量電極和第一對極構(gòu)成的原電池的功能是測量氧濃度，當(dāng)外界氧分子透過薄膜的透氧窗口到達(dá)測量電極表面時(shí)，氧分子被還原，所產(chǎn)生的電流與氧濃度成正比關(guān)系。由薄膜的鍍金膜和第二對極構(gòu)成另一個(gè)原電池，其功能是消除殘留在薄膜內(nèi)部電解質(zhì)或電解質(zhì)薄層中的氧分子所造成的干擾。由于金膜邊緣與第二對極的端面相接觸，故金膜表面亦具有較負(fù)的電位，使殘留在薄膜內(nèi)部的氧分子在擴(kuò)散到測量電極表面以前，即在金膜表面上還原。另外，一部份透過薄膜窗口邊緣向旁擴(kuò)散的氧分子也立即在金膜表面上還原消耗，以避免這部份氧分子對測量造成干擾。因此本傳感器比簡單的原電池式氧傳感器有較高的測量精度和較快的響應(yīng)時(shí)間。特別是在高壓氣體條件下，氧濃度變化較大時(shí)，效果尤為顯著。此外，本傳感器的抗有害氣體毒害的性能，由于采用非金屬玻璃炭測量電極，也是傳統(tǒng)氧傳感器所不具備的。

為便于更清楚地了解本發(fā)明的內(nèi)容和技術(shù)特征，在閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，可參照附圖。

圖1，為本發(fā)明的雙電池式氧傳感器的剖面圖。

圖2，為鍍金薄膜平面圖。圖中所標(biāo)序號(hào)與圖1標(biāo)號(hào)一致。

參照圖1，本傳感器有一塑料外殼（5），兩個(gè)直徑不同的園筒狀鋅對極分別固定在殼體的中央位置和殼體的內(nèi)壁上。前者為第一對極（12），后者為第二對極（10）。在兩對極之間形成的空腔內(nèi)注滿電解質(zhì)（11），為降低金屬鋅的自溶速率，電解質(zhì)是含有氯化鉀的乙二醇水溶液。在第一對極（12）的園孔中裝入一個(gè)由玻璃炭制成的園柱狀測量電極（8）。殼體的一端用環(huán)氧樹脂（13）澆注密封。從測量電極和第一對極分別引出導(dǎo)線（14）。在殼體的開口端復(fù)蓋鍍有金膜的透氧薄膜（9），用O形圈（6）固定在殼體上。在薄膜與測量電極表面之間襯有園形鏡頭紙（7），作為電解質(zhì)通道，并防止薄膜鍍金層與測量電極相接觸。