专利名称：一种气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及感测设备，尤其涉及一种电化学气体传感器。
背景技术：
气体传感器通常用于检测某种特定气体存在的传感设备，如检测一氧化碳、硫化 氢、二氧化硫、氢气或乙醇等气体。
如图1所示，普通气体传感器的结构包括外壳1、橡胶密封圈2、第一凹钢片3、上 扩散膜10、催化膜9和离子交换膜8、下扩散膜11、上垫片12、下垫片13以及底钢片4，第一 凹钢片3上开有进气孔5，底钢片4上开有通孔6。 以一氧化碳为例，其整个反应过程如下 空气中的一氧化碳经第一凹钢片上的进气孔5进入传感器内部，经过上扩散膜10 到达离子交换膜8上部的催化膜9，发生如下电化学反应，称为阳极反应， 阳极反应C0+H20 — C02+2H++2e— 氢离子经过离子交换膜8到达其下部的催化膜9作用下与氧气反应生成水，电子
则经外电路形成电流。 阴极反应2H++0 . 502+2e— — H20 总电化学反应方程式为C0+0. 502 — C02 通过测定由上导电片和外壳1引出的电流，就可以确定环境中一氧化碳的浓度。 同样，还可以作为氢气、乙醇等气体的传感器，如氢气传感器的总电化学反应为 2H2+02 — 2H20。 对于这种气体传感器而言，由于反应必须以来水才能进行，所以在传感器壳的内 部会储存一定量液态水。但是，要保证传感器工作稳定，催化膜9和离子交换膜8只能接触 到水蒸汽，不能直接接触到液态水。所以传感器各部件之间的密封很重要。对于普通的传 感器而言，其内部各部件之间的间隙，会成为液态水的通道，如图中a和b，底钢片上的气孔 也会成为液态水的通道。 申请号为03803373.9的中国专利中公布了一种改进的气体传感器，如图2所示， 该传感器通过橡胶圈实现密封，但是其结构中c处的密封不理想，不能完全阻止液态水通 过垫片与底钢片之间的间隙进入。 综上可知，现有的气体传感器在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加 以改进。

实用新型内容针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种气体传感器，其具有良好的密 封结构，可以有效实现各部件之间的密封。 为了实现上述目的，本实用新型提供一种气体传感器，包括一具有储液腔的外壳， 其特征在于，所述外壳内设有一橡胶密封圈，收容有第一凹钢片，该第一凹钢片具有一进气口，所述橡胶密封圈的底面设有凸出的内压线和外压线；一底钢片，保持于所述储液腔上 方，具有一通孔；一上垫片与一下垫片，位于所述橡胶密封圈以及所述底钢片之间，所述下 垫片与底钢片之间设有热熔胶层；一气体电化学反应组件，位于所述上垫片和下垫片之间， 包括同轴设置的离子交换膜、上/下催化膜和上/下扩散膜。 根据本实用新型的气体传感器，所述外壳内还设有一微孔膜，位于所述底钢片上
方或下方，并封住所述通孔，所述微孔膜的材料为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯等。 根据本实用新型的气体传感器，所述微孔膜通过热熔胶层粘贴于所述底钢片下
方；所述底钢片下方设有粘贴片，所述粘贴片通过热熔胶层粘贴于所述底钢片上，所述微孔
膜紧压于底钢片与粘贴片之间。 根据本实用新型的气体传感器，所述底钢片下方还设有第二凹钢片，所述微孔膜 紧压于所述底钢片与第二凹钢片之间；所述底钢片上方还设有一凸钢片，所述微孔膜紧压 于所述底钢片与凸钢片之间。 根据本实用新型的气体传感器，所述微孔膜位于所述底钢片上方，且所述微孔膜 紧压于所述底钢片与气体电化学反应组件之间，所述气体电化学反应组件的扩散膜与所述 底钢片相接触。 根据本实用新型的气体传感器，所述上垫片与下垫片之间设有热溶胶层；且所述 橡胶密封圈的下底面为平面。 根据本实用新型的气体传感器，所述内压线的半径小于所述离子交换膜的半径， 所述外压线的半径大于所述离子交换膜的半径。 根据本实用新型的气体传感器，所述离子交换膜的为聚全氟磺酸膜、聚全氟磺酸 与不导电高分子材料的混合物膜或聚全氟磺酸与不导电高分子增强基体组成的复合材料 膜。 根据本实用新型的气体传感器，所述扩散膜的材料为碳纤维纸、碳纤维布、碳纤维 毡以及碳与聚四氟乙烯复合材料。 根据本实用新型的气体传感器，所述催化膜的材料为催化剂与聚全氟磺酸的混合 材料或复合材料，所述催化剂为铂黑催化剂、碳载铂催化剂、碳载钌催化剂、钼钌合金催化 剂和/或碳载铂钌合金催化剂。 本实用新型一种气体传感器，其内设有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈底面设有凸 出的外压线和内压线，通过所述内压线的压力传导，实现了所述凹钢片和上垫片之间的密 封，同时实现了所述上垫片和催化膜之间的密封，通过所述外压线的压力传导，实现了所述 上垫片和下垫片之间的密封；通过在所述下垫片和底钢片之间设置热熔胶层，防止液态水 从所述底钢片边缘的缝隙渗漏出，从而保证了所述催化膜和离子交换膜只接触到水蒸汽， 不直接接触到液态水。借此，本实用新型具有良好的密封结构，可以有效的实现各部件之间 的密封。 优选的是，通过在所述底钢片的上方或下方设置一微孔膜，封住所述通孔，避免液 态水从通孔中渗漏出，同时可通过在所述上垫片和下垫片之间设置热熔胶层来进一步实现 密封。

图1是普通气体传感器的结构； 图2是改进后的气体传感器结构； 图3是本实用新型提供的气体传感器的第一实施例； 图4是本实用新型提供的气体传感器的第二实施例； 图5是本实用新型提供的气体传感器的第三实施例； 图6是本实用新型提供的气体传感器的第四实施例； 图7是本实用新型提供的气体传感器的第五实施例； 图8是本实用新型提供的气体传感器的第六实施例； 图9是本实用新型提供的气体传感器的第七实施例； 图10是本实用新型提供的气体传感器的第八实施例； 图11是本实用新型提供的气体传感器的第九实施例； 图12是本实用新型提供的气体传感器的第十实施例； 图13是本实用新型提供的气体传感器的第十一实施例； 图14是本实用新型提供的气体传感器的第十二实施例； 图15是本实用新型提供的气体传感器的第十三实施例； 图16是本实用新型提供的气体传感器的第十四实施例； 图17是本实用新型提供的气体传感器的第十五实施例； 图18是本实用新型提供的气体传感器的第十六实施例； 图19是本实用新型提供的气体传感器的第十七实施例； 图20是本实用新型提供的气体传感器的第十八实施例； 图21是本实用新型提供的气体传感器的第十九实施例； 图22是本实用新型提供的气体传感器的第二十实施例； 图23是本实用新型提供的气体传感器的第二十一实施例； 图24是本实用新型提供的气体传感器的第二十二实施例； 图25是本实用新型提供的气体传感器的第二十三实施例； 图26是本实用新型提供的气体传感器的第二十四实施例； 图27是本实用新型提供的气体传感器的第二十五实施例； 图28是本实用新型提供的气体传感器的第二十六实施例； 图29是本实用新型提供的气体传感器的第二十七实施例； 图30是本实用新型提供的气体传感器的第二十八实施例； 图31是本实用新型提供的气体传感器的第二十九实施例； 图32是本实用新型提供的气体传感器的第三十实施例； 图33是本实用新型提供的气体传感器的第三十一实施例。
具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0062] 如图3 图5所示，本实用新型一种气体传感器100，包括一具有储液腔7的外壳 1。外壳1内设有橡胶密封圈2，橡胶密封圈2的底面设有凸出的内压线17和外压线18，内 压线17和外压线18为圆形。橡胶密封圈2内收容有第一凹钢片3，且橡胶密封圈2向内 扣住第一凹钢片3，使第一凹钢片3被限制在橡胶密封圈2内，第一凹钢片3具有一进气口 5。外壳1内具有一阶梯形结构，底钢片4通过该阶梯型结构保持于储液腔7的上方，且底 钢片4具有通孔6。橡胶密封圈2和底钢片4之间设有上垫片12和下垫片13，底钢片4与 下垫片13之间设有热熔胶层14。上垫片12和下垫片13之间设有一气体电化学反应组件， 该气体电化学反应组件包括同轴设置的上扩散膜10、下扩散膜11、位于上扩散膜10与下扩 散膜11之间的离子交换膜8、以及位于离子交换膜8上端和下端的催化膜9。离子交换膜 8上端的催化膜9用于阳极反应，离子交换膜8下端的催化膜9用于阴极反应。 离子交换膜8的为聚全氟磺酸膜、聚全氟磺酸与不导电高分子材料(聚乙烯、聚丙 烯等)的混合物膜或聚全氟磺酸与不导电高分子增强基体(聚四氟乙烯微孔膜、玻璃纤维 布、聚四氟乙烯网等)组成的复合材料膜。 上扩散膜IO和下扩散膜11的材料为碳纤维纸、碳纤维布、碳纤维毡以及碳与聚四 氟乙烯复合材料膜。当采用碳纤维基的材料时，优选采用其表面和内部含有碳黑雨聚四氟 乙烯颗粒的混合材料。 催化膜9的材料为催化剂与聚全氟磺酸的混合材料或复合材料，所述催化剂为铂 黑催化剂、碳载铂催化剂、碳载钌催化剂、钼钌合金催化剂、碳载铂钌合金催化剂的一种或 几种。 根据本实用新型的一个实施例，为达到整体的密封性以及结构之间配合，橡胶密 封圈2、第一凹钢片3、上垫片12、下垫片13、上扩散膜10、下扩散膜11、离子交换膜8以及 底钢片4等均为同轴设置。 在气体传感器100的成型过程中，凹钢片3向下紧压，并通过内压线17的压力传 导，实现凹钢片3和上垫片12之间的密封，同时，实现了上垫片12和位于离子交换膜8上 端的催化膜9之间的密封，通过外压线18的压力传导，实现了上垫片12和下垫片13之间 的密封；下垫片13与底钢片4之间设置热熔胶层14，防止液态水从底钢片4边缘的缝隙渗 漏出，从而保证了所述催化膜9和离子交换膜8只接触到水蒸汽，不直接接触到液态水。显 而易见，内压线17的半径小于离子交换膜8的半径，外压线18的半径大于离子交换膜8的 半径。借此，本实用新型具有良好的密封结构，可以有效的实现各部件之间的密封。 优选的，气体传感器100的外壳1内还设有微孔膜16，微孔膜16可位于底钢片4 的上方或下方，封住通孔6，保证储液腔7中的液态水不能从通孔6中渗漏出而接触到催化 膜9和离子交换膜8。微孔膜16为防水透气膜，其材质可以为聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯 等，优选采用聚四氟乙烯。 如图3所示，微孔膜16位于底钢片4的下方，微孔膜16通过热熔胶层15粘贴于 底钢片4下方；如图4所示，微孔膜16位于底钢片4的下方，底钢片4的下方设有圆环形的 粘贴片20，粘贴片20的外边缘通过热熔胶层15与底钢片4紧密结合，微孔膜16被紧压于 底钢片4与粘贴片20之间，以此实现密封；如图5所示，微孔膜16位于底钢片4的上方，扩 散膜11的中心部位30被下垫片13延长的内边缘压縮，为实现下扩散膜11与底钢片4之 间的电连接，而下扩散膜11的边缘部分31依然与底钢片4相接触，从而给微孔膜16留出空间，使微孔膜16紧压于底钢片4与气体电化学反应组件的下扩散膜11之间。 如图6 图8所示的实施例中，为达到更好的密封效果，气体传感器100的上垫片
12与下垫片13之间还可设置一层热熔胶层19，这样可以增强两个垫片之间的密封效果，同
时热溶胶19的固定作用还可以减少封装过程中所造成的上扩散膜10、下扩散膜11和离子
交换膜8的位置偏移问题。 如图9和图10所示，催化膜9可不设置于离子交换膜8的两端，而分别涂覆在上 扩散膜10的下端和下扩散膜11的上端，催化膜9依然与离子交换膜8接触来实现离子交 换。 如图11 图15所示的实施例中，在上垫片12和下垫片13之间设置热熔胶层19 时，由于热熔胶层19已经实现了上垫片12和下垫片13之间的密封，内压线17和外压线 18可以去除，使橡胶密封圈2的下底面简化为平面，从而减少密封圈材料的使用，节省了成 本。 如图16 图25所示的实施例中，底钢片4下方还设有第二凹钢片21，微孔膜16 紧压于底钢片4与第二凹钢片21之间，封装时，将微孔膜16先放置于第二凹钢片21上，再 放置钢片4使微孔膜16压紧，从而实现微孔膜16边缘的密封。 如图26 图33所示的实施例中，底钢片4上方还设有凸钢片23，凸钢片23与微 孔膜16的外形适配。封装时，首先将底钢片4放置于外壳1中，再将微孔膜16放入凸钢片 23中，最后将防止有微孔膜16的凸钢片23放置在底钢片4上。借此，微孔膜16紧压于凸 钢片23之间，实现了微孔膜16边缘的密封。在图29 图33中，凸钢片23上的气孔35小 于底钢片4上的通孔6，在保持密封的同时使水蒸汽更易扩散。 综上所述，本实用新型一种气体传感器，其内设有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈底 面设有凸出的外压线和内压线，通过所述内压线的压力传导，实现了所述凹钢片和上垫片 之间的密封，同时实现了所述上垫片和催化膜之间的密封，通过所述外压线的压力传导，实 现了所述上垫片和下垫片之间的密封；通过在所述下垫片和底钢片之间设置热熔胶层，防 止液态水从所述底钢片边缘的缝隙渗漏出，从而保证了所述催化膜和离子交换膜只接触到 水蒸汽，不直接接触到液态水。借此，本实用新型具有良好的密封结构，可以有效的实现各 部件之间的密封。 优选的是，通过在所述底钢片的上方或下方设置一微孔膜，封住所述通孔，避免液 态水从通孔中渗漏出，同时可通过在所述上垫片和下垫片之间设置热熔胶层来进一步实现 密封。 当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求一种气体传感器，包括一具有储液腔的外壳，其特征在于，所述外壳内设有一橡胶密封圈，收容有第一凹钢片，该第一凹钢片具有一进气口，所述橡胶密封圈的底面设有凸出的内压线和外压线；一底钢片，保持于所述储液腔上方，具有一通孔；一上垫片与一下垫片，位于所述橡胶密封圈以及所述底钢片之间，所述下垫片与底钢片之间设有热熔胶层；一气体电化学反应组件，位于所述上垫片和下垫片之间，包括同轴设置的离子交换膜、上/下催化膜和上/下扩散膜。
2. 根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述外壳内还设有一微孔膜，位于 所述底钢片上方或下方，并封住所述通孔，所述微孔膜的材料为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙 烯。
3. 根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述微孔膜通过热熔胶层粘贴于 所述底钢片下方；所述底钢片下方设有粘贴片，所述粘贴片通过热熔胶层粘贴于所述底钢片上，所述微 孔膜紧压于底钢片与粘贴片之间。
4. 根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述底钢片下方还设有第二凹钢 片，所述微孔膜紧压于所述底钢片与第二凹钢片之间；所述底钢片上方还设有一凸钢片，所述微孔膜紧压于所述底钢片与凸钢片之间。
5. 根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述微孔膜位于所述底钢片上方， 且所述微孔膜紧压于所述底钢片与气体电化学反应组件之间，所述气体电化学反应组件的 下扩散膜与所述底钢片相接触。
6. 根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述上垫片与下垫片之间设有热 溶胶层；且所述橡胶密封圈的下底面为平面。
7. 根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述内压线的半径小于所述离子 交换膜的半径，所述外压线的半径大于所述离子交换膜的半径。
专利摘要本实用新型公开了一种气体传感器，包括一具有储液腔的外壳，所述外壳内设有一橡胶密封圈，收容有第一凹钢片，该第一凹钢片具有一进气口，所述橡胶密封圈的底面设有凸出的内压线和外压线；一底钢片，保持于所述储液腔上方，具有一通孔；一上垫片与一下垫片，位于所述橡胶密封圈以及所述底钢片之间，所述下垫片与底钢片之间设有热熔胶层；一气体电化学反应组件，位于所述上垫片和下垫片之间。通过所述外压线和内压线的压力传导，以及在所述下垫片和底钢片之间设置热熔胶层，保证了所述催化膜和离子交换膜只接触到水蒸汽，不直接接触到液态水。借此，本实用新型具有良好的密封结构，可以有效的实现各部件之间的密封。
文档编号G01N27/416GK201464417SQ20092013106
公开日2010年5月12日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者李淑会, 胡承霞 申请人:胡承霞