带电子系统的电化学传感器的制作方法

本实用新型涉及一种电化学传感器，具体的说是一种带电子系统的电化学传感器。

背景技术：

电化学传感器是当今世界使用最普遍的一种传感器，广泛应用于各个行业中。电化学传感器中的传感电极与被测气体进行不可逆的化学反应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致传感器性能退化。在气体分析仪领域的现有技术中，此类传感器一旦损坏或者达到使用寿命后需要将其更换，传感器更换后，需要使用标准气体对分析仪进行校准才能准确测量气体浓度。由于分析仪校准步骤繁多，而且标准气体价格较高，一次校准后造成剩余气体浪费或者保管不便，所以绝大多数用户不愿意在现场更换传感器，只能将整个分析仪卸下并寄回厂家更换传感器，其更换周期长，费用高，而且将整个分析仪卸下后，影响生产的正常运行，对用户的生产带来不便。

因此，亟待出现一种在方便于现场更换，无需校准的电化学传感器。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种带电子系统的电化学传感器。其技术方案如下：

带电子系统的电化学传感器，其包括信号采集装置和与所述信号采集装置相连接的电子系统装置；其中，所述信号采集装置包括第一壳体、设置在所述第一壳体内的电化学传感器及设置于所述第一壳体内并与所述电化学传感器相连接的信号采集电路板；其中，所述电子系统装置包括第二壳体及设置于所述第二壳体内、并带有电子系统的印制板；所述电子系统连接至所述信号采集电路板；并且所述信号采集装置的第一壳体穿过所述印制板与所述电子系统装置的第二壳体相连接，使得所述信号采集装置与所述电子系统装置形成为一个整体。

根据一个优选的实施方式，所述第一壳体包括本体和网罩；所述本体为一个两端开口的圆筒体，在所述圆筒体内沿径向形成有环形平台；在所述环形平台一侧的圆筒内壁上形成有第三螺纹，一设置有第五螺纹的压环通过所述第三螺纹与所述第五螺纹的配合将所述信号采集电路板压紧至所述环形平台，并且在所述环形平台与所述信号采集电路板之间设置有第一密封圈；在所述环形平台另一侧的圆筒内壁上形成有第四螺纹，所述网罩通过设置在其上的第六螺纹与所述第四螺纹的配合，使所述网罩固定在所述本体的下端；所述电化学传感器安装于所述网罩、所述本体和所述信号采集电路板之间形成的传感器容纳腔内。

根据一个优选的实施方式，所述网罩具有一端开口的圆筒状结构，其内径与所述电化学传感器一致；在所述网罩上形成有多个通孔；所述第六螺纹设置在所述网罩开口端的外壁上。

根据一个优选的实施方式，所述信号采集电路板包括正面和反面，所述反面朝向所述电化学传感器；在所述信号采集电路板上设置有连接器和至少两个金属探针；所述金属探针从所述正面贯穿至所述反面并与所述电化学传感器的电极相连接；设置于所述正面上的所述连接器包括多个独立的引脚，部分所述引脚分别独立的与所述电化学传感器的电极相连接；并且所述连接器连接至所述电子系统装置的信号接口。

根据一个优选的实施方式，在所述信号采集电路板的正面上还设置有传感器保护电路；所述传感器保护电路的电源接口与所述连接器的部分引脚相连接，以通过所述连接器从所述电子系统装置获得电源；所述传感器保护电路的输出接口分别与所述金属探针连接，断电后使所述金属探针短路，防止所述电化学传感器在断电时因电压变化而损坏。

根据一个优选的实施方式，在所述压环上还设置有多个缺口，以便于使用工具旋转所述压环，方便拆装。

根据一个优选的实施方式，在所述本体的内壁上，设置有从所述本体上端沿轴向延伸至所述环形平台的限位凹槽；在所述信号采集电路板侧面上设置有与所述限位凹槽相配合的限位凸起；通过所述限位凹槽与所述限位凸起的配合，防止在拆装过程中所述信号采集电路板在所述本体内转动。

根据一个优选的实施方式，在所述本体上端端部，沿轴向形成有多个齿状凸起，使所述本体上端呈齿状，并且在所述齿状凸起上形成有第一螺纹；其下端外圆周上形成有外径大于所述本体的第二螺纹，其用于将所述带电子系统的电化学传感器安装至设备上；并且在其下端面上还设置有第二密封圈；所述第二壳体为一带容纳腔的旋钮；在所述容纳腔内设置有圆环状凸起，在所述圆环状凸起上设置有第七螺纹；设置有电子系统的印制板置于所述容纳腔中，且在所述印制板上形成有多个弧形通孔和多个金属圆环；所述本体上的齿状凸起穿过所述印制板上的弧形通孔，通过第一螺纹与所述第七螺纹的配合使所述信号采集装置与所述电子系统装置形成为一个整体。

根据一个优选的实施方式，所述电子系统包括依次连接的信号接口、I/V转换电路、模拟信号放大电路、A/D转换电路、微控制器，与所述微控制器相连接的电源接口和存储器，以及与所述微控制器相连接的通讯电路和与通讯电路相连接的通讯接口；其中，所述信号接口与所述连接器相连接；其中，所述电源接口和所述通讯接口分别连接至设置于所述金属圆环。

本实用新型还提供了另一种技术方案，具体如下：

带电子系统的电化学传感器，其包括电化学传感器和设置于所述电化学传感器上的印制板；所述印制板上包括信号采集装置和电子系统；所述电化学传感器通过所述信号采集装置与电子系统相连接；所述印制板包括正面和反面，所述信号采集装置和电子系统置于印制板反面，并面向传感器内部；在印制板正面有若干与电子系统相连接的电极，这些电极包括电子系统的电源接口和通讯接口。

其中,所述信号采集装置和所述电子系统与上述第一种方案中的信号采集装置和电子系统具有相同的电路和功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型在工厂内部进行校准后，校准参数保存在电子系统中，用户如需更换传感器，只需将本实用新型发送至用户现场进行更换，更换后的新传感器通过通讯接口与分析仪进行连接，并向分析仪传递气体浓度值，无需复杂的校准过程和设备，极大的降低了维护成本和周期。

2、与现有技术中传感器直接输出电流/电压信号相比，本实用新型通过通讯方式向分析仪传递气体浓度值信号，使得本实用新型与分析仪之间的互换性极强。

3、本实用新型的电子系统印制板上设置有金属圆环作为电源接口和通讯接口，与外部设备的连接端口连接时，只需在某腔体中设置与这些金属圆环对应的接触器即可，并且不会受本实用新型的旋转角度影响，操作简单、方便。

4、本实用新型中各零部件均为市面上常见产品，其成本低廉，制造简单，不会明显增加传感器的成本。

附图说明

图1是本实用新型带电子系统的电化学传感器的结构示意图；

图2是本实用新型本体结构示意图；

图3是本实用新型本体剖视图；

图4是本实用新型中网罩的结构示意图；

图5为本实用新型中压环的结构示意图；

图6为本实用新型中电化学传感器示意图；

图7为本实用新型中信号采集电路板正面示意图；

图8为本实用新型中信号采集电路板反面示意图；

图9为本实用新型中第二壳体示意图；

图10为本实用新型中电子系统印制板的示意图。

附图标记列表

100-信号采集装置 200-电子系统装置 110-第一壳体

120-电化学传感器 130-信号采集电路板 140-压环

150-第一密封圈 160-第二密封圈 210-第二壳体

230-带有电子系统的印制板 111-本体 112-网罩

113-环形平台 115-限位凹槽 116-齿状凸起

131-信号采集电路板正面 132-信号采集电路板反面 133-连接器

134-金属探针 135-限位凸起 136-传感器保护电路

141-缺口 211-容纳腔 212-圆环状凸起 231-弧形通孔

232-金属圆环 301-第一螺纹 302-第二螺纹

303-第三螺纹 304-第四螺纹 305-第五螺纹

306-第六螺纹 307-第七螺纹 401-信号接口

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例1

图1是本实用新型带电子系统的电化学传感器的结构示意图；其示出了本实用新型一种优选的实施方式。

如图1所示，带电子系统的电化学传感器，其包括信号采集装置100和与信号采集装置100相连接的电子系统装置200。其中，信号采集装置100包括第一壳体110、设置有第一壳体110内的电化学传感器120及设置于第一壳体110内并与电化学传感器120相连接的信号采集电路板130。其中，电子系统装置200包括第二壳体210及设置于第二壳体210内、并带有电子系统的印制板230。电子系统连接至信号采集电路板130；并且信号采集装置100的第一壳体110穿过印制板230与电子系统装置200的第二壳体210相连接，使得信号采集装置100与电子系统装置200形成为一个整体。

第一壳体110包括本体111和网罩112。

如图2、图3所示，本体111为一两端开口的圆筒体，在圆筒体内沿径向形成有环形平台113。在环形平台113一侧的圆筒内壁上形成有第三螺纹303，一设置有第五螺纹305的压环140通过第三螺纹303与第五螺纹305的配合将信号采集电路板130压紧至环形平台113，并且在环形平台113与信号采集电路板130之间设置有第一密封圈150。压环140的结构如图5所示。

在环形平台113另一侧的圆筒内壁上形成有第四螺纹304，网罩112通过设置在其上的第六螺纹306与第四螺纹304的配合，是网罩112固定在本体111的下端。电化学传感器120安装于网罩112、本体111和信号采集电路板130之间形成的传感器容纳腔内。电化学传感器120如图6所示。

如图4所示，网罩112具有一端开口的圆筒状结构，其内径与电化学传感器120一致；在网罩112上形成有多个通孔；第六螺纹306设置在网罩112开口端的外壁上。

信号采集电路板130优选为圆形印制板，其包括正面131和反面132，如图7、图8所示。

它的外径与第三螺纹303的内径一致，将信号采集电路板从本体上端放入本体中，使它的反面与第一密封圈紧150配合密封，即反面132朝向电化学传感器120。

在信号采集电路板正面131上设置有连接器133至少两个金属探针134。金属探针134从正面131贯穿至反面132并与电化学传感器120的电极相连接。具体的，金属探针从正面贯穿到反面，它们的位置刚好与传感器电极对应。通过焊接的方式将金属探针焊接在印制板正面的焊盘上，并且焊接点气密性良好，露出在反面的金属探针部分有一定的弹性，确保与传感器接触良好且不会对传感器造成损害。

设置于正面131上的连接器133包括多个独立的引脚，它的一端焊接在正面的焊盘上。其部分引脚分别独立的与电化学传感器120的电极相连接；并且连接器133还连接至电子系统装置200的信号接口401。

优选的，在信号采集电路板130上还可以设置有传感器保护电路136。传感器保护电路136的电源接口与连接器133的部分引脚相连接，以通过连接器133从电子系统装置200获得电源。

传感器保护电路136的输出接口分别与金属探针连接，断电后使金属探针短路，即将传感器的电极短路，防止电化学传感器120在断电时因电压变化而损坏。

在本体111的内壁上，设置有从本体111上端沿轴向延伸至环形平台113的限位凹槽115；

进一步的，在信号采集电路板130侧面上设置有与限位凹槽115相配合的限位凸起135；通过限位凹槽115与限位凸起135的配合，防止在拆装过程中信号采集电路板130在本体111内转动。限位凹槽115和限位凸起135可以为半圆形或方形。

如图5所示，在压环140上还设置有多个缺口141，以便于使用工具旋转压环140，方便拆装。

如图2、图3所示，在本体111上端端部，沿轴向形成有多个齿状凸起116，使本体111上端呈齿状，并且在齿状凸起116上形成有第一螺纹301。其下端外圆周上形成有外径大于本体111的第二螺纹302，其用于将带电子系统的电化学传感器安装至设备上；并且在其下端面上还设置有第二密封圈160，以使带电子系统的电化学传感器与设备之间密封。

如图9所示，第二壳体210为一带容纳腔211的旋钮。在容纳腔211内设置有圆环状凸起212，在圆环状凸起212上设置有第七螺纹307。设置有电子系统的印制板230置于容纳腔211中，且在印制板230上形成有多个弧形通孔231和多个金属圆环232，如图10所示。优选的，在容纳腔中还设置有若干用于灌封的空腔。当生产过程中，向本体上端灌入密封胶，确保气体不会经过电化学传感器120进入本体111上端。

本体111上的齿状凸起116穿过印制板230上的弧形通孔231，通过第一螺纹301与第七螺纹307的配合使信号采集装置100与电子系统装置200形成为一个整体。

优选的，印制板230为一张圆形印制板，金属圆环232设置在印制板的边沿部分。

电子系统包括依次连接的信号接口、I/V转换电路、模拟信号放大电路、A/D转换电路、微控制器，与微控制器相连接的电源接口和存储器，以及与微控制器相连接的通讯电路和与通讯电路相连接的通讯接口；其中，信号接口与连接器相连接；其中，电源接口和通讯接口分别连接至设置于金属圆环232。

电子系统对传感器信号进行处理和计算后，通过通讯电路输出气体浓度值。具体的，通讯接口与连接器连接，电化学传感器的信号进入电子系统后首先进入I/V转换电路，在依次经过模拟信号放大电路、A/D转换电路，然后进入微控制器，由微控制器分析计算出气体浓度值，再由通讯电路输出该气体浓度值。存储器用于保存电化学传感器的校准参数及电子系统的关键数据。

本实用新型中，第一壳体、第二壳体、压环、网罩等可以采用铝材，也可以为聚四氟乙烯质或其它具有良好硬度的材质。

实施例2

本实施例提供了本实用新型另一种优选的实施方式。

带电子系统的电化学传感器，其包括电化学传感器和设置于电化学传感器上的印制板；印制板上包括信号采集装置和电子系统；电化学传感器通过信号采集装置与电子系统相连接；印制板包括正面和反面，信号采集装置和电子系统置于印制板反面，并面向传感器内部；在印制板正面有若干与电子系统相连接的电极，这些电极包括电子系统的电源接口和通讯接口。

本实施例中，带电子系统的电化学传感器包括与实施例1相同的信号采集装置和电子系统。不同的是，不采用实施例1中的第二壳体(带容纳腔的旋钮)，而是直接将信号采集装置和电子系统于一张外径与实施例1中电化学传感器电极板一致的印制板上，并替换信号采集电路板，这种结构并未改变传感器的外形结构，但是使传感器具备了电子系统，同样实现了本实用新型的所有功能。

另外，本实用新型实施例1、实施例2中，部分或所有螺纹连接可以替换为卡合连接等类似连接方式。

需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。