氢气传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种氢气传感器，包括传感器壳体(11)、分别设在所述传感器壳体(11)底部的第一插针(111)、第二插针(112)和第三插针(113)以及依次设在所述传感器壳体(11)内部的用于将环境中氢气转换为电信号，并通过所述第一插针(111)、第二插针(112)和第三插针(113)传输至外界PCB板的气体检测单元(13)和用于实时输送氧气至所述气体检测单元(13)的氧气供应通道(12)。实施本实用新型的有益效果是，通过在传感器壳体内设有独立的氧气供应通道可以保证氧气的充足供应以及整个化学反应的持续性，使得该氢气传感器可以稳定可靠的长期工作于高浓度氢气环境下。
【专利说明】
氢气传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及传感器领域，更具体地说，涉及一种适合于长期持续性的工作于高浓度氢气环境下的氢气传感器。
【背景技术】
[0002]电化学氢气传感器是目前应用最广泛的氢气检测方法，主要原理是利用定电位电解法进行氢气检测。当环境中有氢气出现时，氢气在电化学传感器的工作电极发生氧化反应生成氢离子，同时氧气在对电极发生还原反应生成氧离子，生成的氢离子和氧离子在电解质的传导下结合在一起生成水，整个反应得以顺利完成。具体反应式如下:
[0003]工作电极:H2—2H++2e—
[0004]对电极:02+2e——20一
[0005]总反应:Η2+θ2—Η2θ
[0006]由上述反应式可以看出，在电化学反应中氧气是必须的，只有有充足的氧气供应，整个反应才能顺利的完成。当体系中氧气供应不足时，反应无法正常进行下去，传感器也就不会再有输出了。
[0007]而传统的电化学氢气传感器虽然具有检测下限比较低、响应迅速、价格低廉等优点，但是整个系统中没有预留氧气通道，只靠传感器组装过程中封存于传感器内部的痕量氧气来支撑其反应。若需要检测的氢气含量不高，则传感器组装时封存在对电极区域的痕量氧气可以保证反应的闭环性，但是当需要检测的氢气浓度高达10%以上时，传感器中封存的痕量氧气已经无法满足反应的需求，而外界环境中的氧气在进入到传感器中后又由于设计上的封锁无法到达对电极，则在该氢气传感器进行高浓度氢气检测时一定会出现由于缺氧而导致的信号衰减现象，该传感器也无法应用于高浓度氢气的持续性检测。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有氢气传感器没有预留氧气通道，当需要检测的氢气浓度高时易造成氧气供应不足的缺陷，提供一种适合于长期持续性的工作于高浓度氢气环境下的氢气传感器。
[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种氢气传感器，包括传感器壳体、分别设在所述传感器壳体底部的第一插针、第二插针和第三插针以及依次设在所述传感器壳体内部的用于将环境中的氢气转换为电信号，并通过所述第一插针、第二插针和第三插针传输至外界PCB板的气体检测单元和用于实时输送氧气至所述气体检测单元的氧气供应通道。
[0010]在上述氢气传感器中，所述气体检测单元包括工作电极、工作电极引线、对电极、对电极引线、参比电极、参比电极引线以及电解质；
[0011]其中:所述工作电极与所述对电极、参比电极分别设于所述电解质的相对两侧，所述工作电极、对电极、参比电极分别通过所述工作电极引线、对电极引线和所述参比电极引线与所述第一插针、第二插针和第三插针一一对应连接以传输电信号至外界PCB板。
[0012]在上述氢气传感器中，所述工作电极面对氢气进口以使环境中的氢气分子到达所述工作电极发生电化学反应;所述对电极和所述参比电极面对所述氧气供应通道以使环境中的氧气在所述对电极上发生电化学反应。
[0013]在上述氢气传感器中，所述工作电极、对电极和所述参比电极分别为相同的多孔气体扩散电极。
[0014]在上述氢气传感器中，所述工作电极、对电极和所述参比电极分别为不同的多孔气体扩散电极。
[0015]实施本实用新型的氢气传感器，具有以下有益效果:通过在传感器壳体内设有独立的氧气供应通道可以保证氧气的充足供应以及整个化学反应的持续性，使得该氢气传感器可以稳定可靠的长期工作于高浓度氢气环境下。
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型氢气传感器优选实施例的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型氢气传感器对18%氢气连续监测的响应曲线图。
【具体实施方式】
[0019]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0020]如图1所示，为本实用新型氢气传感器优选实施例的结构示意图。在本实施例中，该氢气传感器包括传感器壳体11、设在传感器壳体11底部的第一插针111，第二插针112、第三插针113和第四插针114、以及依次设在传感器壳体11内部的气体检测单元13和氧气供应通道12。
[0021]其中:传感器壳体11为中空结构，起到整个氢气传感器的防护支撑作用，传感器壳体11的材料可以是PP、PC、ABS、尼龙等具有一定强度和韧性的高分子聚合物，优选可以适用于酸性电解质的材料。气体检测单元13用于将环境中氢气的含量转换为电信号，并通过传感器壳体11底部的第一插针111、第二插针112、第三插针113传输到外界PCB板。氧气供应通道12则为该氢气传感器实时输送氧气，以保证该氢气传感器可以长期稳定可靠的工作于高浓度氢气环境下，其材料同样可以是PP、PC、ABS、尼龙等有一定强度和韧性的高分子聚合物。
[0022]本实用新型氢气传感器采用定电位电解法进行氢气的检测，具体地，气体检测单元13由工作电极131、工作电极引线132、对电极133、对电极引线134、参比电极135、参比电极引线136及电解质137组成。其中工作电极131、对电极133、参比电极135分别与电解质137良好接触，以保证传质的通畅性。在本实施例中，工作电极131与对电极133、参比电极135分别设于电解质137的相对两侧，相当于工作电极131在电解质137的一面，对电极133和参比电极135在电解质137的另一面。这里需要说明的是，本实施例中的电解质137可以是液体电解质、半固体电解质或固体电解质，而当为液体电解质时，可对电解质进行封包处理或者通过棉花等载体进行吸附，总之使其以固体形态体现，此处为现有技术，不再赘述。电解质137起到传递质子的作用，其中传递质子的活性成分可以是硫酸、硝酸、磷酸、苯磺酸、苯甲酸等。
[0023]另外，工作电极131、对电极133以及参比电极135分别通过工作电极引线112、对电极引线134及参比电极引线136与传感器壳体11上的第一插针111、第二插针112和第三插针113 对应相连以实现电信号的传播。在该氢气传感器中，气体检测单元13中的工作电极131面对氢气进口(未图示)，该进口可以让环境中的氢气进入，使得环境中的目标气体分子即氢气分子直接到达工作电极131发生电化学反应;对电极133和参比电极135面对氧气供应通道12，如图所示，环境中的氧气通过这个氧气供应通道12源源不断的达到传感器壳体11内部，并在对电极133上发生化学反应，与氢气在工作电极131上发生的化学反应一起形成反应的闭环性，保证化学反应的持续性，也就保证了整个氢气传感器的性能。参比电极135用于提供稳定的电势零点，防止输出信号受对电极133上的化学反应以及漂移的影响，保证输出的稳定性。
[0024]其中的工作电极131、对电极133和参比电极135可以是同样的多孔气体扩散电极，也可以是不同的多孔气体扩散电极，其中的活性成分，即催化剂，可以是金(Au)、铑(Rh)、铂(Pt)、钌(Ru)、钯(Pd)、铱(Ir)、银(Ag)中的一种或几种金属的混合物，也可以是担载于导电碳颗粒上的上述金属或金属混合物，其中的导电碳颗粒可以是碳黑、碳纳米管或活性碳中的一种或几种的组合。
[0025]相较于现有技术，本实用新型氢气传感器包括依次设于传感器壳体内的气体检测单元以及独立的氧气供应通道，而气体检测单元包括工作电极、对电极以及参比电极，工作电极面对氢气进口，而对电极和参比电极面对氧气供应通道。当环境中有氢气时，氢气在气体检测单元中的工作电极上发生氧化反应生成氢离子，同时由氧气供应通道实时输送氧气，并在对电极发生还原反应生成氧离子，生成的氢离子和氧离子在电解质的传导下结合在一起生成水，整个反应得以顺利完成。故通过在传感器壳体内设有独立的氧气供应通道可以保证氧气的充足供应以及整个化学反应的持续性，使得该氢气传感器可以稳定可靠的长期工作于高浓度氢气环境下。
[0026]为了验证本实用新型氢气传感器进行实际检测时的主要性能，测试该氢气传感器在环境中氢气含量高达18%时的检测性能，具体如图2所示。从图中可以看出，在为期两周的实验过程中本实用新型氢气传感器一直输出比较稳定，而作为对比的英国城市技术公司型号为7HYT的氢气传感器在实验开始5分钟后就出现了衰减，到31分钟时衰减完全，输出信号回到没有氢气时的值。
[0027]上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种氢气传感器，其特征在于，包括传感器壳体(11)、分别设在所述传感器壳体(11)底部的第一插针(111)、第二插针(112)和第三插针(113)以及依次设在所述传感器壳体(11)内部的用于将环境中的氢气转换为电信号，并通过所述第一插针(111)、第二插针(112)和第三插针(113)传输至外界PCB板的气体检测单元(13)和用于实时输送氧气至所述气体检测单元(13)的氧气供应通道(12)。2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体检测单元(13)包括工作电极(131)、工作电极引线(132)、对电极(133)、对电极引线(134)、参比电极(135)、参比电极引线(136)以及电解质(137); 其中:所述工作电极(131)与所述对电极(133)、参比电极(135)分别设于所述电解质(137)的相对两侧，所述工作电极(131)、对电极(133)、参比电极(135)分别通过所述工作电极引线(132)、对电极引线(134)和所述参比电极引线(136)与所述第一插针(111)、第二插针(112)和第三插针(113) —一对应连接以传输电信号至外界PCB板。3.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述工作电极(131)面对氢气进口以使环境中的氢气分子到达所述工作电极(131)发生电化学反应;所述对电极(133)和所述参比电极(135)面对所述氧气供应通道(12)以使环境中的氧气在所述对电极(133)上发生电化学反应。4.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述工作电极(131)、对电极(133)和所述参比电极(135)分别为相同的多孔气体扩散电极。5.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述工作电极(131)、对电极(133)和所述参比电极(135)分别为不同的多孔气体扩散电极。
【文档编号】G01N27/26GK205426841SQ201521086628
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】孙凤琴
【申请人】深圳市普晟传感技术有限公司