一种电化学传感器的制作方法

1.本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种电化学传感器。


背景技术：

2.传感器是一种能感应信息并将其转换为可测量信号的器件，作为一种新技术革命和信息社会的重要基础技术，传感器的发展特别迅速，已成为现代生活中的重要组成部分；按照感应信号不同，传感器可分为物理传感器和化学传感器，化学传感器中的电化学传感器由于其敏感度高，能耗低、信号稳定的优点，被广泛应用；电化学传感器按照其输出信号的不同可以分为电位型、电流型和电导型三种电化学传感器；其工作过程一般包括与传感器接触的目标气体分子首先通过一个防止冷凝的隔膜，气体分子再通过毛细管扩散，通过随后的过滤器，然后通过疏水膜到达感测电极的表面，使分子立即被氧化或还原，从而产生或消耗电子，从而产生电流。
3.电化学传感器需要检测的气体进入到其内部的电极上，通过产生或消耗电子产生的电流被传感器所捕获，来实现电化学传感器的功能检测；而电化学传感器用于检测的特殊气体常处于室内环境中，需要气体分子在室内环境中的逸散累积到电化学传感器中，才能被检测到，这一过程常需要几十秒到几分钟的时间，由此产生的延误限制了电化学传感器功能的及时性。
4.如申请号为cn201510239434.1的一项中国专利公开了一种用于至少确定测量介质的物理和/或化学参数的电化学传感器，该传感器包括传感器头部、具有敏感区域的传感器芯片、具有端件的传感器本体、密封装置和施压元件；其中传感器本体被连接至传感器头部，其中端件是具有封闭的端部区域和测量开口的中空本体，测量介质在操作期间通过所述测量开口与在操作期间设置在中空本体内部的传感器芯片的敏感区域接触；其中密封装置包围测量开口而遗漏了传感器芯片的敏感区域并且在操作期间相对于操作期间的测量介质密封住端件的内部；施压元件将传感器芯片压靠在密封装置和测量开口的边缘上；该技术方案中的端件在操作期间与测量介质接触的区域中具有整体的无间隙设计；但是该技术方案中未解决在检测到测量介质后进行传感器本体的复位过程中，难以有效清除残留在传感器端件中的测量介质，而导致传感器对后续测量介质浓度进行误判的问题。
5.鉴于此，本发明提出了一种电化学传感器，解决了上述技术问题。


技术实现要素：

6.为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种电化学传感器，通过设置的半导体制冷片，在运行状态下使得壳体上下部产生的热量交换，使壳体区域的气体在温差影响下处于流动态，继而引导了室内环境中的气体经过透气膜从壳体贯通的气室中流过，增加了被测气体进入到气室中的速度，从而提升了电化学传感器的检测效果。
7.本发明所述的一种电化学传感器，包括电极模块、电解液模块、壳体和控制器；所述壳体的两端分别安装有电极模块和电解液模块，壳体在电解液模块的外侧还设有气室，
壳体在气室的顶端还设有透气膜，透气膜用于筛选进入到气室中的气体分子；所述气室贯通于壳体，气室在壳体中的口径从透气膜端开始逐渐减小；所述电极模块和电解液模块环绕分布在气室周向的壳体中；所述电极模块朝壳体的外侧还设有电性连接的针脚，电极模块还包括有指示电极、对电极和参比电极；所述指示电极靠近于透气膜；所述对电极和参比电极位于壳体中远离透气膜的端部；所述电解液模块还包括有电解质腔体，电解质腔体内装填有电解质溶液，电解质腔体朝向气室的侧壁上设有电性连接的指示电极，电解质腔体朝向壳体的侧壁上设有电性连接的对电极和参比电极；所述电解质腔体在其端部设有一对环状的半导体制冷片，电解质腔体的两端分别与半导体制冷片的冷源和热源相接触；所述半导体制冷片与针脚电性连接，半导体制冷片所处的壳体部位还内置有温度传感器；所述控制器用于调节电化学传感器的运行；
8.现有技术中，电化学传感器需要检测的气体进入到其内部的电极上，通过产生或消耗电子产生的电流被传感器所捕获，来实现电化学传感器的功能检测；而电化学传感器用于检测的特殊气体常处于室内环境中，需要气体分子在室内环境中的逸散累积到电化学传感器中，才能被检测到，这一过程常需要几十秒到几分钟的时间，由此产生的延误限制了电化学传感器功能的及时性；
9.因此，本发明在工作时，通过将壳体上的针脚接入到电路中，使电化学传感器启动运行起来，壳体端部的温度传感器把检测到的温度数据传输到控制器中，并在其调节下改变电解质腔体两端半导体制冷片的温度，使电解质腔体中的电解质溶液处于常温条件下，设置的参比电极用于反馈电解质在未检测到气体时的电流参数，且半导体制冷片使电解质溶液维持在常温条件下，确保了检测到气体分子时电解质中的电子变化量，维持了指示电极与对电极间电流变化的准确性，且气室在壳体中逐渐减小的口径，使指示电极倾斜于气室的内壁，在维持指示电极与检测气体间的接触状态下，还增加了其间的接触面积，从透气膜进入的气流，通过设置在壳体中贯通的气室循环流动起来，使室内环境中的气体浓度变化能够及时被检测出来，避免在室内环境中的检测气体在恢复至安全浓度后，气室中残留的高浓度检测气体使电化学传感器仍处于判定状态，本发明利用了设置的半导体制冷片，在运行状态下使得壳体上下部产生的热量交换，使壳体区域的气体在温差影响下处于流动态，继而引导了室内环境中的气体经过透气膜从壳体贯通的气室中流过，增加了被测气体进入到气室中的速度，从而提升了电化学传感器的检测效果。
10.优选的，所述壳体在透气膜的端部还设有环状的气囊，气囊固连在壳体的内部并与电解质腔体顶端的半导体制冷片相接触，气囊在半导体制冷片的热源作用下膨胀起来；所述壳体套接在电解质腔体的外侧；工作时，当环境温度高于电解质溶液的常温条件后，控制器启动电解质腔体顶端的半导体制冷片，对电解质溶液进行降温，利用半导体制冷片在运行中产生的散热量大于其制冷量，且其壳体将气囊包裹在电解质腔体顶端的半导体制冷片上，产生的局部温升被限制在气囊区域，使小体积气囊产生微量的膨胀足够将壳体顶起并在其底端产生缝隙，将电解质腔体的底部暴露到环境中，使得半导体制冷器的冷风沿气室向下从壳体底部空隙中的电解质腔体底端流出，确保半导体制冷片对电解质腔体的温度控制作用，当环境温度低于电解质溶液的常温条件后，启动电解质腔体底端的半导体制冷片，使半导体制冷片的热源将电解质溶液加热至常温状态，同时气囊的收缩使壳体的底部将电解质腔体紧密包裹起来，使得半导体制冷片的冷源上的冷气全部从气室的底端排出，
避免影响到电解质腔体，从而维持了电化学传感器的检测效果。
11.优选的，所述壳体的两端还分别设有环形的铜片，铜片从壳体的端部延伸到其外壁上，铜片的一端与半导体制冷片朝电解质腔体的表面相接触，铜片的另一端与指示电极在气室中的端面相接触；工作时，半导体制冷片温度调节作用，通过设置在壳体端部的铜片进行热传导，避免电解质腔体中静态电解质溶液较底的热传导效率而影响到其温度的调节速度，且铜片延伸到壳体的外壁上，增强对半导体制冷片运行时的散热效果，并增加了气囊受半导体制冷片的热传导作用，同时铜片还将半导体传感器的温度传导至指示电极上，使指示电极的温度贴近与常温条件，进而使气室中流通的气体在接触到指示电极后，使得被测气体维持在适宜的检测温度下，以保持对气体浓度的检测精度，从而提升了电化学传感器的检测效果。
12.优选的，所述透气膜的内壁上还设有胶盖，透气膜向壳体的外侧凸起；所述胶盖呈伞形并粘接固定在透气膜的中心，胶盖的直径与气室在壳体底部处的最小直径相同；工作时，电化学传感器所处区域的气体存有多种流动方向，通过设置在壳体上向外凸起的透气膜，进而使透气膜能够捕获到环境中垂直于气室轴向的气流，增加了电化学传感器对环境中被测气体的捕获效果，进而缩短了对检测气体的检测感应时间，同时伞状结构的胶盖直径与气室的最小直径相同，使得从透气膜进入的被检测气体被胶盖导流至周向的气室侧壁上，避免沿气室轴心区域流动的被测气体未接触到指示电极的情况，维持指示电极对气体的检测效率，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
13.优选的，所述胶盖的下方还设有锥筒状的箍筒，箍筒的顶部包裹在胶盖底端边缘的外侧，箍筒的底部与电解质腔体的底面相持平；所述胶盖的底部还设置有环绕的楔槽，楔槽倾斜于胶盖的轴向，并使胶盖的底部受压时处于交叠状态；工作时，环境温度及半导体制冷片的温度变化，改变了气囊的胀缩状态，并带动壳体产生了相应的位移；通过设置在立杆上的箍筒，使气囊在低温环境下的收缩形变带动壳体下降，使得壳体上的透气膜下压胶盖，使胶盖的底端在降低过程中被箍筒收拢起来，进而在胶盖降低到气室中小口径的区域后，通过箍筒减小胶盖的直径，避免影响到气室的截面积，以维持其中稳定的气体流量，并通过设置的楔槽引导胶盖下压收缩状态的形变趋向，防止胶盖的底部端口卡在箍筒的顶部，在气囊的胀缩状态恢复后，便于胶盖从箍筒中顺畅的脱离，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
14.优选的，所述箍筒的下方还设有托板，箍筒与托板间固连有弹簧；所述托板的两端固定在壳体的底面上；工作时，胶盖下压的作用力传递到箍筒中，并通过箍筒与托板间的弹簧进行蓄能，进而在透气膜恢复高度的过程中利用弹簧的能量促进箍筒将胶盖弹起，且壳体在气囊膨胀作用下的升高过程中，通过弹簧底部固连的托板将箍筒顶起，进而抬起胶盖维持对透气膜中心的支撑作用，保持透气膜凸出于壳体顶部的姿态，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
15.本发明的有益效果如下：
16.1.本发明通过设置的半导体制冷片，在运行状态下使得壳体上下部产生的热量交换，使壳体区域的气体在温差影响下处于流动态，继而引导了室内环境中的气体经过透气膜从壳体贯通的气室中流过，增加了被测气体进入到气室中的速度。
17.2.本发明通过将半导体制冷片在运行中产生的热量传导至其上方的气囊，使气囊
受热膨胀将壳体顶起，继而使壳体底部形成了空隙，将电解质腔体的底部暴露到环境中，使得半导体制冷器的冷风沿气室向下从壳体底部空隙中的电解质腔体底端流出，确保半导体制冷片对电解质腔体的温度控制作用。
18.3.本发明通过设置在立杆上的箍筒，使气囊在低温环境下的收缩形变带动壳体下降，使得壳体上的透气膜下压胶盖，使胶盖的底端在降低过程中被箍筒收拢起来，进而在胶盖降低到气室中小口径的区域后，通过箍筒减小胶盖的直径，避免影响到气室的截面积，以维持其中稳定的气体流量。
附图说明
19.下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
20.图1是本发明中电化学传感器的爆炸图；
21.图2是本发明中电化学传感器的剖视图；
22.图3是图2中a处的局部放大图；
23.图中：壳体1、针脚11、气囊12、铜片13、气室2、透气膜3、指示电极4、对电极41、参比电极42、电解质腔体5、半导体制冷片6、胶盖7、楔槽71、箍筒8、弹簧81、托板9。
具体实施方式
24.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
25.如图1至图3所示，本发明所述的一种电化学传感器，包括电极模块、电解液模块、壳体1和控制器；所述壳体1的两端分别安装有电极模块和电解液模块，壳体1在电解液模块的外侧还设有气室2，壳体1在气室2的顶端还设有透气膜3，透气膜3用于筛选进入到气室2中的气体分子；所述气室2贯通于壳体1，气室2在壳体1中的口径从透气膜3端开始逐渐减小；所述电极模块和电解液模块环绕分布在气室2周向的壳体1中；所述电极模块朝壳体1的外侧还设有电性连接的针脚11，电极模块还包括有指示电极4、对电极41和参比电极42；所述指示电极4靠近于透气膜3；所述对电极41和参比电极42位于壳体1中远离透气膜3的端部；所述电解液模块还包括有电解质腔体5，电解质腔体5内装填有电解质溶液，电解质腔体5朝向气室2的侧壁上设有电性连接的指示电极4，电解质腔体5朝向壳体1的侧壁上设有电性连接的对电极41和参比电极42；所述电解质腔体5在其端部设有一对环状的半导体制冷片6，电解质腔体5的两端分别与半导体制冷片6的冷源和热源相接触；所述半导体制冷片6与针脚11电性连接，半导体制冷片6所处的壳体1部位还内置有温度传感器；所述控制器用于调节电化学传感器的运行；
26.现有技术中，电化学传感器需要检测的气体进入到其内部的电极上，通过产生或消耗电子产生的电流被传感器所捕获，来实现电化学传感器的功能检测；而电化学传感器用于检测的特殊气体常处于室内环境中，需要气体分子在室内环境中的逸散累积到电化学传感器中，才能被检测到，这一过程常需要几十秒到几分钟的时间，由此产生的延误限制了电化学传感器功能的及时性；
27.因此，本发明在工作时，通过将壳体1上的针脚11接入到电路中，使电化学传感器启动运行起来，壳体1端部的温度传感器把检测到的温度数据传输到控制器中，并在其调节
下改变电解质腔体5两端半导体制冷片6的温度，使电解质腔体5中的电解质溶液处于常温条件下，设置的参比电极42用于反馈电解质在未检测到气体时的电流参数，且半导体制冷片6使电解质溶液维持在常温条件下，确保了检测到气体分子时电解质中的电子变化量，维持了指示电极4与对电极41间电流变化的准确性，且气室2在壳体1中逐渐减小的口径，使指示电极4倾斜于气室2的内壁，在维持指示电极4与检测气体间的接触状态下，还增加了其间的接触面积，从透气膜3进入的气流，通过设置在壳体1中贯通的气室2循环流动起来，使室内环境中的气体浓度变化能够及时被检测出来，避免在室内环境中的检测气体在恢复至安全浓度后，气室2中残留的高浓度检测气体使电化学传感器仍处于判定状态，本发明利用了设置的半导体制冷片6，在运行状态下使得壳体1上下部产生的热量交换，使壳体1区域的气体在温差影响下处于流动态，继而引导了室内环境中的气体经过透气膜3从壳体1贯通的气室2中流过，增加了被测气体进入到气室2中的速度，从而提升了电化学传感器的检测效果。
28.作为本发明的一种实施方式，所述壳体1在透气膜3的端部还设有环状的气囊12，气囊12固连在壳体1的内部并与电解质腔体5顶端的半导体制冷片6相接触，气囊12在半导体制冷片6的热源作用下膨胀起来；所述壳体1套接在电解质腔体5的外侧；工作时，当环境温度高于电解质溶液的常温条件后，控制器启动电解质腔体5顶端的半导体制冷片6，对电解质溶液进行降温，利用半导体制冷片6在运行中产生的散热量大于其制冷量，且其壳体1将气囊12包裹在电解质腔体5顶端的半导体制冷片6上，产生的局部温升被限制在气囊12区域，使小体积气囊12产生微量的膨胀足够将壳体1顶起并在其底端产生缝隙，将电解质腔体5的底部暴露到环境中，使得半导体制冷器的冷风沿气室2向下从壳体1底部空隙中的电解质腔体5底端流出，确保半导体制冷片6对电解质腔体5的温度控制作用，当环境温度低于电解质溶液的常温条件后，启动电解质腔体5底端的半导体制冷片6，使半导体制冷片6的热源将电解质溶液加热至常温状态，同时气囊12的收缩使壳体1的底部将电解质腔体5紧密包裹起来，使得半导体制冷片6的冷源上的冷气全部从气室2的底端排出，避免影响到电解质腔体5，从而维持了电化学传感器的检测效果。
29.作为本发明的一种实施方式，所述壳体1的两端还分别设有环形的铜片13，铜片13从壳体1的端部延伸到其外壁上，铜片13的一端与半导体制冷片6朝电解质腔体5的表面相接触，铜片13的另一端与指示电极4在气室2中的端面相接触；工作时，半导体制冷片6温度调节作用，通过设置在壳体1端部的铜片13进行热传导，避免电解质腔体5中静态电解质溶液较底的热传导效率而影响到其温度的调节速度，且铜片13延伸到壳体1的外壁上，增强对半导体制冷片6运行时的散热效果，并增加了气囊12受半导体制冷片6的热传导作用，同时铜片13还将半导体传感器的温度传导至指示电极4上，使指示电极4的温度贴近与常温条件，进而使气室2中流通的气体在接触到指示电极4后，使得被测气体维持在适宜的检测温度下，以保持对气体浓度的检测精度，从而提升了电化学传感器的检测效果。
30.作为本发明的一种实施方式，所述透气膜3的内壁上还设有胶盖7，透气膜3向壳体1的外侧凸起；所述胶盖7呈伞形并粘接固定在透气膜3的中心，胶盖7的直径与气室2在壳体1底部处的最小直径相同；工作时，电化学传感器所处区域的气体存有多种流动方向，通过设置在壳体1上向外凸起的透气膜3，进而使透气膜3能够捕获到环境中垂直于气室2轴向的气流，增加了电化学传感器对环境中被测气体的捕获效果，进而缩短了对检测气体的检测感应时间，同时伞状结构的胶盖7直径与气室2的最小直径相同，使得从透气膜3进入的被检
测气体被胶盖7导流至周向的气室2侧壁上，避免沿气室2轴心区域流动的被测气体未接触到指示电极4的情况，维持指示电极4对气体的检测效率，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
31.作为本发明的一种实施方式，所述胶盖7的下方还设有锥筒状的箍筒8，箍筒8的顶部包裹在胶盖7底端边缘的外侧，箍筒8的底部与电解质腔体5的底面相持平；所述胶盖7的底部还设置有环绕的楔槽71，楔槽71倾斜于胶盖7的轴向，并使胶盖7的底部受压时处于交叠状态；工作时，环境温度及半导体制冷片6的温度变化，改变了气囊12的胀缩状态，并带动壳体1产生了相应的位移；通过设置在立杆上的箍筒8，使气囊12在低温环境下的收缩形变带动壳体1下降，使得壳体1上的透气膜3下压胶盖7，使胶盖7的底端在降低过程中被箍筒8收拢起来，进而在胶盖7降低到气室2中小口径的区域后，通过箍筒8减小胶盖7的直径，避免影响到气室2的截面积，以维持其中稳定的气体流量，并通过设置的楔槽71引导胶盖7下压收缩状态的形变趋向，防止胶盖7的底部端口卡在箍筒8的顶部，在气囊12的胀缩状态恢复后，便于胶盖7从箍筒8中顺畅的脱离，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
32.作为本发明的一种实施方式，所述箍筒8的下方还设有托板9，箍筒8与托板9间固连有弹簧81；所述托板9的两端固定在壳体1的底面上；工作时，胶盖7下压的作用力传递到箍筒8中，并通过箍筒8与托板9间的弹簧81进行蓄能，进而在透气膜3恢复高度的过程中利用弹簧81的能量促进箍筒8将胶盖7弹起，且壳体1在气囊12膨胀作用下的升高过程中，通过弹簧81底部固连的托板9将箍筒8顶起，进而抬起胶盖7维持对透气膜3中心的支撑作用，保持透气膜3凸出于壳体1顶部的姿态，从而稳定了电化学传感器的检测效果。
33.具体工作流程如下：
34.通过将壳体1上的针脚11接入到电路中，使电化学传感器启动运行起来，壳体1端部的温度传感器把检测到的温度数据传输到控制器中，并在其调节下改变电解质腔体5两端半导体制冷片6的温度，使电解质腔体5中的电解质溶液处于常温条件下，设置的参比电极42用于反馈电解质在未检测到气体时的电流参数，且半导体制冷片6使电解质溶液维持在常温条件下，确保了检测到气体分子时电解质中的电子变化量，维持了指示电极4与对电极41间电流变化的准确性，且气室2在壳体1中逐渐减小的口径，使指示电极4倾斜于气室2的内壁，在维持指示电极4与检测气体间的接触状态下，还增加了其间的接触面积，从透气膜3进入的气流，通过设置在壳体1中贯通的气室2循环流动起来，使室内环境中的气体浓度变化能够及时被检测出来，避免在室内环境中的检测气体在恢复至安全浓度后，气室2中残留的高浓度检测气体使电化学传感器仍处于判定状态；当环境温度高于电解质溶液的常温条件后，控制器启动电解质腔体5顶端的半导体制冷片6，对电解质溶液进行降温，半导体制冷片6在运行中产生的热量传导至其上方的气囊12，使气囊12受热膨胀将壳体1顶起，继而使壳体1底部形成了空隙，将电解质腔体5的底部暴露到环境中，使得半导体制冷器的冷风沿气室2向下从壳体1底部空隙中的电解质腔体5底端流出，确保半导体制冷片6对电解质腔体5的温度控制作用，当环境温度低于电解质溶液的常温条件后，启动电解质腔体5底端的半导体制冷片6，使半导体制冷片6的热源将电解质溶液加热至常温状态，同时气囊12的收缩使壳体1的底部将电解质腔体5紧密包裹起来，使得半导体制冷片6的冷源上的冷气全部从气室2的底端排出，避免影响到电解质腔体5；设置在立杆上的箍筒8，使气囊12在低温环境下的收缩形变带动壳体1下降，使得壳体1上的透气膜3下压胶盖7，使胶盖7的底端在降低
过程中被箍筒8收拢起来，进而在胶盖7降低到气室2中小口径的区域后，通过箍筒8减小胶盖7的直径，避免影响到气室2的截面积，以维持其中稳定的气体流量，并通过设置的楔槽71引导胶盖7下压收缩状态的形变趋向，防止胶盖7的底部端口卡在箍筒8的顶部，在气囊12的胀缩状态恢复后，便于胶盖7从箍筒8中顺畅的脱离。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。