三電池串聯複式一氧化碳傳感器的製作方法
2023-05-03 22:43:36 1
專利名稱：三電池串聯複式一氧化碳傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種一氧化碳傳感器，尤其是指一種電池式電化學傳感器。
背景技術：
當前，美國Kidy-Safty公司按美國Atwood公司所擁有的美國專利6200443B1、5650054與5573648，每年生產幾百萬個一氧化碳電化學傳感器。美國專利的核心原理為一個燃料電池，採用常溫催化劑，反應為——(1)參見附圖1，其工作原理簡述如下在混導層1產生的電子，從外線路跑到混導層2，在混導層1產生的質子從內部通過離子導電層，在混導層2的反應為——(2)總反應式為——(3)電子在電阻R上，產生電壓降E1，E1正比於在混導層1的CO氣體濃度，測定E1，即可知道混導層1處的CO氣體濃度。
圖1所示的傳感器，一氧化碳分子在反應(1)進行時，會有一部分通過擴散穿過離子導電層，最終進入混導層2，進入混導層2的一氧化碳分子，會產生一個逆向的反應——(4)這反應和(3)完全相同，但在電阻R產生的電壓降的極性E2與E1相反。所以會引起輸出信號的下降，降低傳感器的靈敏度和精度。進入混導層2的一氧化碳氣體分子，還會在外層一氧化碳濃度降為0時(相當於E1消失)使傳感器產生一個負信號。即E2+E1＝＝E2(負值)+0＜0——(5)這個負信號E2，要等全部在混導層2的一氧化碳分子，全部通過反應式(4)消耗掉，才會變為零值。所以圖1所示的傳感器在外界一氧化碳氣體為零後，有一個輸出信號從負值變為零值恢復過程。一般在幾分鐘到幾小時。綜合以上二點，圖1所示的傳感器輸出信號小、靈敏度和精度低，恢復時間長，限制了它的使用範圍。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，它輸出信號大、靈敏度和精度高，恢復時間短，且可以直接測定任何可以進行氧化還原反應的氣體。
為達到上述目的，本實用新型採取的解決方案是一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，它具有一個電化學電池，該電化學電池兩端為電子導電材料層，中間具有四個混合導電層即混合導電層一、混合導電層二、混合導電層三、混合導電層四和三個離子導電層即離子導電層一、離子導電層二、離子導電層三，四個混合導電層和三個離子導電層構成三個獨立的電池，三個獨立的電池串聯一起。
每個獨立的電池，有二個混合導電層和一個離子導電層組成。
第一電池和第二電池共用混合導電層二，第二電池和第三電池共用混合導電層三。
本實用新型的製造方法如下混合導電層一和混合導電層四預先分別製作於兩塊電子導電材料層上，混合導電層二和混合導電層三預先製作在一塊質子導電材料的兩面上，混合導電層一、二、三、四均採用同時具有離子導電和電子導電性能的混合導電材料，該塊質子導電材料作為離子導電層三，然後用粘合劑將兩塊電子導電材料層與該塊質子導電材料進行高溫高壓組裝，粘合劑形成兩層互相獨立連續的薄膜，粘合劑在形成連續薄膜的過程中，同時形成離子導電能力，兩層互相獨立連續的薄膜構成離子導電層一和離子導電層三。
該傳感器不僅測定一氧化碳，任何可以進行氧化還原反應的氣體均可以用該傳感器直接測定，如氫氣、氨氣等。其工作原理如下假定每個電池均有式(5)形式的輸出E1+E2＝輸出電壓信號那麼在Atwood傳感器中，假設30％的CO氣體進入混合導電層二區域，那麼E2是E1的30％，如果在100ppm CO濃度時，E1＝1mv，E2＝0.3mv，則Atwood傳感器的信號輸出為0.7mv。
同樣，當外部CO濃度為零時，Atwood傳感器有輸出信號為-0.3mv，相當於43ppmCO濃度信號。這時馬上再測定CO，那麼CO濃度要有44ppm傳感器才會有輸出大於0的信號。
該傳感器30％的E2信號不由第一電池產生而由第二電池產生，但這個E2信號和E1信號同極性，所以輸出信號不會降低。再假設在第二電池，仍有30％的氣體沒有反應而進入第三電池；再同理，又有30％的氣體沒有反應，在第三電池反應而進入混合導電層四，那麼總的輸出信號為E總＝E1+E2+E3+E4——(6)其中E1＝＝1mv＞oE2＝＝0.3×0.7＝＝0.21mv＞oE3＝＝0.3×0.3×0.7＝＝0.063mv＞0E4＝＝0.3×0.3×0.3＝＝-0.027mv＜0總輸出電壓是E總＝1mv+0.21mv+0.063mv-0.027mv＝＝1.246mv換句話說，100ppm CO氣體濃度，對於該傳感器其輸出讀數為1.246mv，比Atwood傳感器(現有技術)輸出信號大1.246/0.7＝1.8倍。
同樣，當外部CO氣體為0時，輸出為負0.027mv，相當於0.027mv/1.246mv×100＝＝2ppm，即如果馬上再連續測試，恢復時間為零，引起的誤差是2ppm，相當於Atwood傳感器在相同條件下的44ppm，這2ppm幾乎可忽略不計。
因此說，本實用新型與現有技術相比，具有輸出信號大、靈敏度和精度高、恢復時間短等優點。
圖1是現有技術組織結構示意圖。
圖2是本實施例的組織結構示意圖。
圖3是圖2所示的一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器中第一電池組織結構示意圖。
圖4是圖2所示的一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器中第二電池組織結構示意圖。
圖4是圖2所示的一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器中第三電池組織結構示意圖。
圖中1、電導層1，2、混合電子導電層1，3、離子導電層，4、混合電子導電層2，6、電子導電材料層，7、混合導電層一，8、離子導電層一，9、混合導電層二，10、離子導電層二，11、混合導電層三，12、離子導電層三，13、混合導電層四。
具體實施方式
下面結合實施例及其附圖對本實用新型再作描述。
參見圖1～圖5，一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，它具有一個電化學電池，該電化學電池兩端為電子導電材料層6、14，中間具有四個混合導電層即混合導電層一7、混合導電層二9、混合導電層三11、混合導電層四13和三個離子導電層即離子導電層一8、離子導電層二10、離子導電層三12，四個混合導電層和三個離子導電層構成三個獨立的電池，三個獨立的電池串聯一起。
參見圖2～圖5，每個獨立的電池由二個混合導電層和一個離子導電層組成，第一電池和第二電池共用混合導電層二9，第二電池和第三電池共用混合導電層三11。
權利要求1.一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，它具有一個電化學電池，其特徵是該電化學電池兩端為電子導電材料層(6、14)，中間具有四個混合導電層即混合導電層一(7)、混合導電層二(9)、混合導電層三(11)、混合導電層四(13)和三個離子導電層即離子導電層一(8)、離子導電層二(10)、離子導電層三(12)，四個混合導電層和三個離子導電層構成三個獨立的電池，三個獨立的電池串聯一起。
2.根據權利要求1所述的一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，其特徵是每個獨立的電池由二個混合導電層和一個離子導電層組成。
3.根據權利要求1所述的一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，其特徵是第一電池和第二電池共用混合導電層二(9)，第二電池和第三電池共用混合導電層三(11)。
專利摘要一種三電池串聯複式一氧化碳傳感器，它具有一個電化學電池，該電化學電池兩端為電子導電材料層，中間具有四個混合導電層即混合導電層一、混合導電層二、混合導電層三、混合導電層四和三個離子導電層即離子導電層一、離子導電層二、離子導電層三，四個混合導電層和三個離子導電層構成三個獨立的電池，三個獨立的電池串聯一起。它輸出信號大、靈敏度和精度高，恢復時間短，且可以直接測定任何可以進行氧化還原反應的氣體。
文檔編號G01N27/407GK2695968SQ200320131478
公開日2005年4月27日 申請日期2003年12月8日 優先權日2003年12月8日
發明者林立克 申請人:樂清市西埃斯電子有限公司