一种电化学气体传感器及其电极的制作方法

本实用新型属于电化学传感器领域，具体涉及一种电化学气体传感器及其电极。

背景技术：

随着社会的快速发展以及人们安全意识的提高，气体传感器已经被广泛应用在各种领域。从气体传感器的类型来看，气体传感器可分为化学类气体传感器，如半导体型、催化燃烧型、电化学等，以及物理类气体传感器，如光电型、热电型、气电型等。其中，电化学型气体传感器具有高灵敏度以及良好的选择性，因此电化学型气体传感器占有很大的市场份额，人们对电化学型气体传感器的研发也加大了力度。

电化学气体传感器的核心为添加了电解质的三电极，该三电极包括了工作电极，对电极以及作为对比参照的参比电极。被测气体扩散到工作电极后，将发生一系列的氧化(还原)反应。氧化(还原)所产生电流大小与被测气体的浓度形成比例。

然而目前的电化学传感器有着不稳定、功能不齐全以及使用期限较短的短板，这些因素限制了电化学传感器的性能和应用，因此急需解决。

cn201510366015.4公开了一种电化学甲醛传感器以及其电极的制作方法，包括电化学传感器采用的固体电解质、密封盖、防尘透气膜，提高了传感器的稳定性与使用寿命。然而该传感器的部件采用了塑胶，以及粘结剂等在高温环境中可能会释放出干扰传感器的气体，进而影响测试结果；该传感器采用的时粘合式封装，导致传感器不具备可维护性。

因此，开发一种电化学气体传感器以解决上述问题是有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电化学气体传感器及其电极。

本实用新型提供的电化学气体传感器包括基板、支撑件、电极、透气板及塑料划扣；其中所述基板位于所述传感器的底部，并与所述支撑件相连，所述电极放置入所述支撑件内，所述透气板安装在所述支撑件上方，并以所述塑料划扣进行固定。

本实用新型将电极放置入支撑件内，支撑件具有一定高度，可以为电极表面固体电解质保留一定的空间，避免电解质接触。透气板在电极对应位置挖有凹槽，可用于安装固定电极位置。

进一步，所述电极的一面填充有固体电解质，所述电极的固体电解质面朝向所述基板，所述电极的非电解质面与所述透气板的凹面相接触并固定。

进一步，所述基板和所述电极的对应位置设置有五个导通孔，其中所述电极的电极区域开有三个导通孔，为电极通孔，对应所述基板上的基板电极通孔，用于实现采集电化学信号功能；所述电极的基板区域开有两个所述导通孔，为电极金属化通孔，对应所述基板上的基板金属化通孔，用于实现电极加热功能。

陶瓷材料具有更低的介电常数、更好的绝缘性、热稳定性好、热膨胀系数低、耐湿性好、耐腐蚀等优点，因此相比其它材料，本实用新型采用常规陶瓷材料作为传感器基板及透气板，可提高传感器可靠性和稳定性，可适应电极加热需求。

本实用新型的支撑件选用铝合金材料，是因其加工难度低，而且有良好的导热性以及抗腐蚀性，能够在保证传感器正常工作前提下降低传感器的生产成本。

进一步，所述基板采用陶瓷材料，包括氧化铝、氮化铝、玻璃。

进一步，所述支撑件使用的是铝合金材料。

进一步，所述透气板采用材料为碳化硅，并开有大量均匀通气孔。

进一步，所述传感器还包括金属顶针，通过所述金属顶针贯通所述基板和所述电极于所述导通孔；所述金属顶针的直径略小于所述导通孔，从而实现与所述电极的电气导通；所述金属顶针焊接固定在所述电极上。

本实用新型提供的电化学气体传感器的电极包括第一电极、第二电极和第三电极，有电解质覆盖于三电极表面，三电极表面各开有一个导通孔，为所述电极通孔，并分别与三电极连接；所述第一电极为对电极，所述第二电极为工作电极，所述第三电极为参比电极，其中所述第一电极和所述第二电极上开有大量均匀通气孔。

进一步，所述电极采用陶瓷材料，包括氧化铝、氮化铝、玻璃、硅片、压电陶瓷、微波介电陶瓷、塑料薄膜。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的电化学气体传感器不使用粘合剂，不会受到其本身封装材料所释放的气体干扰，从而实现检测数据真实性与稳定性。

(2)本实用新型的电化学气体传感器不会因为其封装结构的复杂而影响维护，便于清洗、维修与拆卸、更换组件，延长了传感器的使用周期。

(3)本实用新型的电化学气体传感器留有加热功能的设计，能够满足不同气体在不同温度的测量。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它附图。

图1是本实用新型的电化学气体传感器中的基板示意图；

图2是本实用新型的电化学气体传感器中的支撑件的(a)正面与(b)截面示意图；

图3是本实用新型的电化学气体传感器中的电极示意图；

图4是本实用新型的电化学气体传感器中的透气板的(a)正面与(b)截面示意图；

图5是本实用新型的电化学气体传感器中的塑料划扣示意图；

图6是本实用新型的电化学气体传感器的组成结构示意图；

图7是本实用新型的电化学气体传感器整体示意图；

图8是本实用新型的电化学气体传感器整体剖面示意图。

图例说明：

1、基板；2、支撑件；3、电极；4、透气板；5、塑料划扣；6、基板电极通孔；7、基板金属化通孔；8、电极金属化通孔；9、第一电极；10、第二电极；11、第三电极。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合以下具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

实施例1

如图6所示，本实用新型提供的电化学气体传感器包括基板1、支撑件2、电极3、透气板4及塑料划扣5；其中所述基板1位于所述传感器的底部，并与所述支撑件2相连，所述电极3放置入所述支撑件2内，所述透气板4安装在所述支撑件2上方，并以所述塑料划扣5进行固定。

其中基板如图1所示，采用氧化铝陶瓷材料，并打有五个贯通孔，分别为电极通孔6和金属化通孔7。

其中支撑件2如图2所示，采用铝合金材料。

其中电极3如图3所示，采用氧化铝陶瓷材料，电极3背面包括第一电极9、第二电极10和第三电极11，其中第一电极为对电极，第二电极为工作电极，第三电极为参比电极。有电解质覆盖于三电极表面，并在第一电极9、第二电极10的电极区域开有大量的贯穿通气孔，电极2正面的待测气体可通过通气孔接触到背面的第一电极9和第二电极10以及三电极表面的电解质。三电极的电极区域各开有一个贯通孔，并与电极电路导通，同时在电极3的基板区域开有两个贯通孔，为金属化通孔8，可用作加热。

其中透气板4如图4所示，采用碳化硅微孔陶瓷，表面开有大量均匀的通气孔，待测气体可通过通气孔进入接触电极2。

其中塑料划扣5如图5所示，采用pc/abs塑料材料。

基板1上的导通孔与电极3上的导通孔位置对应一致。

五根金属顶针贯通基板1和电极3于五个导通孔，从而实现传感器电极的电气导通；五根金属顶针通过焊接固定在电极3上。

实施例2

如图7、图8所示，本实用新型提供的电化学气体传感器的封装过程具体包括以下步骤：

(1)将五根金属顶针焊接固定在电极3上，将电极3安装固定在透气板4上，将支撑件2放置在电极3上，并与透气板4接触，再将基板1放置在支撑件2上；

(2)将上述部件划推至塑料划扣5中固定，电极3上的金属顶针可通过基板1上的导通孔与外部电路连接，实现电气信号的连通。

被测气体通过透气板4，进入传感器电极室，再通过电极3上的气孔，与背面电极以及电解质接触，产生电化学反应，电极3通过焊接金属顶针连接到外部传感器的前端电路、放大电路，实现数据采集。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经过适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本实用新型中所未详细描述的技术细节，均可通过本领域中的任一现有技术实现。特别的，本实用新型中所有未详细描述的技术特点均可通过任一现有技术实现。