电化学的气体传感器的制作方法

1.本发明涉及一种电化学的气体传感器，该电化学的气体传感器具有至少一个第一电极和第二电极的堆叠布置结构和设置在各电极之间的分离器，所述第一电极和第二电极分别设置在载体膜片上，其中，在第一电极与第二电极之间构成有导气路径。


背景技术：

2.这种气体传感器是已知的并且例如用于测量co和h2。
3.至今为止通常的是：气体份额被引导通过载体膜片，用于电化学反应的催化转化器设置在所述载体膜片上。
4.第一和第二电极的、即测量电极和辅助电极的载体膜片在外侧在环周上重叠并且在电极的外周上构成导气路径。


技术实现要素：

5.本发明的目的基于：提供一种较紧凑的布置结构。
6.所述目的根据本发明通过具有权利要求1特征的电化学传感器得以实现。
7.因此，根据本发明的电化学的传感器的特征在于：导气路径在通过电极限定的结构空间内部构成。
8.在现有技术中，导气路径通常在电极的环周上延伸。由此特别是在小传感器中需要大结构空间，由此妨碍了进一步的微型化。
9.导气路径根据本发明的布置结构在电极的结构空间内提供了一种处于内部的导气路径，使得在环周上不需要额外的结构空间。由此基本上可能的是：与具有传统导气路径相比，制造较小的传感器。
10.在一种实施形式中，这种导气路径通过以下方式构成，即，在分离器中设置有至少一个传输开口。通过这种方式能够简单地制造处于内部的导气路径。
11.在一种实施形式中，附加地在第一电极的载体膜片中设置有至少一个传输开口。通过这种方式能够更精确地限定所述导气路径。
12.在分离器中和/或载体膜片中的传输开口由此能够以简单的方式制造、例如通过冲裁。扩散速率可以通过不同传输开口适配不同的应用目的或适配用于不同的传感器。
13.原则上也可以存在多个传输开口，这些传输开口限定一个共同导气路径。
14.在一种实施形式中，在分离器中和/或第一电极的载体膜片中的例如已经提到的传输开口中置入嵌入件。通过这种方式能够确保在第一电极与第二电极之间的气体接触和/或气体引导。所述嵌入件为此具有与传输开口优选相同的形状并且面式填充该从传输开口。
15.在一种实施形式中，分离器和/或载体膜片具有至少两个传输开口，其中，在通过电极限定的结构空间内部通过每个传输开口构成一个单独的导气路径。通过这种方式在一个壳体内可以设置例如两个或更多个分离的传感器，其中，每个传感器具有自己的导气路
径。
16.对于一个或多个传输开口的设置结构，不存在除了其设置在电极内部以外另外的限制。由此保证气体的良好转移并且能够实现紧凑的造型。
17.在一种实施形式中，所述至少一个传输开口设置在电极的中央和/或相对电极同轴设置，或者基本上设置在电极的中央和/或相对电极基本上同轴设置。特别地，一个单独的传输开口设置在电极的几何中心点中。多个传输开口优选关于所述几何中心点对称。
18.在一种实施形式中，传感器的堆叠布置结构构造为旋转对称的。为此，载体膜片和电极优选可以构造成圆形或环形的或者按照有规则的多边形构成。
19.在一种实施形式中，分离器构造为玻璃纤维膜片，并且/或者载体膜片由聚四氟乙烯、ptfe制成，并且/或者电极由铂制成。
20.在一种实施形式中，第一电极构造为环。该环的内径在此优选与分离器的传输开口相适配。
附图说明
21.下文借助实施例参照附图进一步描述本发明。
22.附图中：
23.图1示出根据本发明第一实施形式的传感器的示意性横剖视图；
24.图2示出根据本发明第二实施形式的传感器的示意性横剖视图；
25.图3示出根据本发明第三实施形式的传感器的示意性横剖视图,其具有两个不相关的气体路径；
26.图4示出根据本发明的传感器的分解图；
27.图5示出用于传输开口的不同形式。
具体实施方式
28.图1示意性示出根据本发明第一实施形式的电化学气体传感器1，所述气体传感器具有堆叠的电极布置结构。为了更好的一览性在示意图中没有示出壳体。
29.气体传感器1在所示实例中以这个顺序从上到下具有下列层：第一载体膜片2、第一电极3(传感器电极)、第一分离器4、第二载体膜片5、第二电极(辅助电极)6、第二分离器7、屏蔽膜片8、第三分离器7、第三电极(相对电极)、第四电极9’(参考电极)9、第三载体膜片10和第四分离器7。
30.载体膜片2、5和10例如由聚四氟乙烯、ptfe制成。分离器4和7例如由玻璃纤维复合材料制成。
31.在本实例中，气体传感器旋转对称地构造。所示的层因此构造成圆形的或环形的。
32.四个电极3、6、9和9’分别直接设置在附属的载体膜片2、5和10上。其中，第三电极9和第四电极9’设置在同一个载体膜片10上并且分别仅例如包括仅一个半圆环。
33.电极3、6、9和9’具有彼此相同的直径，然而该直径小于载体膜片2、5和10的直径。而载体膜片2、5和10的直径小于分离器4和7以及屏蔽膜片8的直径。
34.然而对于本发明重要的是：第一分离器4具有比相应相邻的载体膜片2和5更大的直径，并且第一分离器4具有传输开口11。
35.该传输开口11在本实例中同轴地设置在第一分离器4的中央并且同样构造成圆形的。通过堆叠布置结构的旋转对称的造型可以实现简单的装配和容错性构造，由此能够实现更精确的校准。
36.通过第一分离器4的这种根据本发明的布置结构构成中心的中央导气路径14。这意味着：从第一电极3到第二电极6的气体扩散通过所述传输开口11进行而不是如现有技术中那样在传感器的环周上进行。
37.导气路径14因此不需要在传感器1的环周上的结构空间。由此可以整体减小传感器的直径，而不会低于电极的最小尺寸。
38.替代地，传输开口11也可以处在中央以外。然而重要的是，该传输开口设置在通过电极3、6限定的结构空间内部。因而特别是不在载体膜片2、5的超过电极3、6伸出的环周区域13中。
39.传输开口11也可以具有其它形式、例如可以是方形的或椭圆形的。传输开口11能够实现对向第二电极的气体扩散的能可靠复制的设定。特别是在微型化传感器的情况中。
40.此外在本实例中，嵌入件12置入传输开口11中。该嵌入件12同样由ptfe制成并且确保在第一电极3与第二电极6之间通过分离器4的气体接触和/或导气。嵌入件12原则上具有与传输开口11相同的形状并且面式填充该传输开口。
41.第三电极9用作参考电极。第四电极9’用作相对电极。通过第二和第三分离器7以及屏蔽膜片8确保：没有气体从第二电极6向第三电极9和第四电极9’扩散。因此重要的是：在此正好没有构造导气路径14。
42.图2示出根据本发明的气体发生器1的替代实施形式。构造、特别是层次序与图1相同。因此，相同的部件设有相同的附图标记并且不再次阐述。与图1的实施形式唯一的区别在于：第一载体膜片2也具有传输开口11，该传输开口优选与第一分离器4的传输开口11相同地构成。
43.图3示出根据本发明的气体传感器1的另外的实施形式，其层次序与图1和2的实施形式相同。因此，相同的部件设有相同的附图标记并且不再次阐述。然而这种实施形式具有两个互不相关的气体路径14。为此，第一载体膜片2、第一电极3(传感器电极)和第一分离器4分别具有两个传输开口11。此外存在两个第二电极(辅助电极)6和6’，由此有效地构成两个不同的传感器。两个第二电极6和6’在此例如可以构造成半圆形的或半圆环形的。通过这种方式可以在一个壳体内探测到多种不同的气体。
44.图4示出根据本发明的气体发生器1的分解图。气体发生器1在本实例中具有方形的罐18。在本实例中传感器是一氧化碳传感器，其中，在所述罐中填充有40％的硫酸。管形的凸起19从罐底伸出，用于四个电极的电触点被引导穿过这些凸起。电触点具有铂丝20，这些铂丝将/已与相应的电极连接。
45.在管形的凸起19上放置有桌台17，该桌台承载传感器1的层构造。桌台17在大致中央具有两个矩形的开口21，订书针形式的芯体(docht)16引导穿过这两个开口。芯体16的两个端部浸入所述罐中的硫酸中并且将硫酸输送向第三电极9和第四电极9’。
46.在桌台17上首先设置有分离器7。在该分离器上靠置有带第三电极9和第四电极9’的载体膜片10。另外的分离器7跟随着电极9和9’。在这个分离器7上靠置有屏蔽膜片8。
47.在屏蔽膜片8上部从下往上按照这个顺序跟随有：分离器7、第二电极(辅助电极)
6、分离器4和第一电极2。分离器4和第一电极2具有中央的传输开口11，该传输开口通过嵌入片12封闭。
48.传感器组件通过盖15封闭，在该盖15中设置有用于气体穿过的开口22。
49.图5示例性示出在本实例中圆形的第一分离器4中的传输开口11的不同实施方式。第一分离器4也可以具有其它形式，然而这对传输开口的形式没有影响。所示传输开口也可以设置在第一载体膜片2中。图3(a)示出圆形的传输开口11，该传输开口与分离器4同轴设置。图3(b)示出方形的传输开口11，该传输开口相对分离器4设置在中央/与该分离器同轴设置。图3(c)示出两个大致括号形的传输开口11，这些传输开口通过接桥分离。
50.图3(d)示出椭圆形的传输开口11，该传输开口相对分离器4设置在中央/与该分离器同轴设置。图3(e)示出加号形式的传输开口11，该传输开口相对分离器4设置在中央/与该分离器同轴设置。图3(f)示出三个圆形的传输开口11，这些传输开口关于分离器4的中央对称设置。图3(g)示出吃豆人形式的分离器4，其中，三角形的传输开口11设置在分离器4的环周上。图3(h)示出具有两个圆弓形的传输开口11的分离器4，这些传输开口通过接桥分离，从而整体上构成禁止标志形式的分离器4。图3(i)示出具有两个圆形的传输开口11的分离器4，然而这两个传输开口具有不同的直径。
51.在所有实施形式中，传输开口11的布置结构、大小和/或数量可以改变，以便实现确定的和限定的气体扩散速率。
52.在另一种实施形式中，在图5(c)、(f)、(h)和(i)的实施形式中，每个传输开口11限定一个单独的导气路径14，如图3示例性所示的那样。
53.附图标记列表
[0054]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器
[0055]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一载体膜片
[0056]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电极(传感器电极)
[0057]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一分离器
[0058]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二载体膜片
[0059]
6、6
’ꢀ
第二电极(辅助电极)
[0060]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分离器
[0061]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
屏蔽膜片
[0062]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三电极(相对电极)
[0063]9’ꢀꢀꢀꢀ
第四电极(参考电极)
[0064]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第三载体膜片
[0065]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
传输开口
[0066]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
嵌入件
[0067]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀ
环周区域
[0068]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
导气路径
[0069]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
盖
[0070]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀ
芯体
[0071]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀ
桌台
[0072]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀ
罐
[0073]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀ
管形的凸起
[0074]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
铂丝
[0075]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
桌台中的开口
[0076]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
盖中的开口