封閉式溶解氧傳感器的製作方法
2023-10-05 05:29:04 5
專利名稱：封閉式溶解氧傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種現場測量海水等各種水質環境中溶解氧的傳感器，屬於測量儀器技術領域。
背景技術：
海水中溶解氧是海洋生態理化環境的重要因子，影響到海洋生物的生存和海洋生態環境的變化。海水中溶解氧對於海洋化學、海洋生物學以及海洋環境保護、海水養殖等的研究和應用都具有重要意義，是海洋環境調查、海洋汙染監測的最基本觀測項目之一。
目前，現場測量海水溶解氧採用的是克拉克(Clark)電極型簿膜覆蓋式極譜傳感器，其工作電極為金電極的陰極，海水中的溶解氧通過滲透膜在陰極起還原反應，還原電流的大小取決於海水中溶解氧的滲透壓。因此，根據還原電流的大小可以確定海水中溶解氧的濃度。
現有的海水溶解氧傳感器存在不穩定性及測量值隨時間漂移等問題，影響其長期連續工作。在現有的原電池型溶解氧傳感器中，敏感電極的離子通路是開放式的，陰極周圍留有很大空隙。在電解腔內，電解液通過離子通路與陰極表面相連，被測海水中溶解氧通過滲透膜到達陰極表面的同時，也會通過離子通路擴散至電解腔內的電解液中。擴散至電解液中的這部分溶解氧，隨時間的延長逐漸積累，又相互擴散並逐漸返回到陰極表面，參與陰極的還原反應，導致擴散到傳感器敏感電極表面的溶解氧不斷變化，致使溶解氧傳感器在長期連續的工作中產生漂移。
現有溶解氧傳感器存在時間漂移問題，不能滿足長期連續工作的場合，如海洋臺站、海洋浮標等的現場實際需要。為保障溶解氧測量的準確度，傳感器使用中要經常進行校準，這給實際應用帶來諸多不便。因此，提高長期工作的穩定性，將是溶解氧傳感器技術發展的主要問題。
發明內容
本實用新型所涉及的封閉式溶解氧傳感器，由敏感探頭和機體兩部分組成。整個裝置外形是上下直徑不同的兩個圓柱體連接而成，上部直徑較小的圓柱體為傳感器的敏感探頭，陰極、陽極、和電極支撐架安裝在敏感探頭的圓筒形殼體內；下部直徑較大的圓柱體為機體，內裝轉換電路。電路板與敏感探頭電極的引線連接，機體下部有電纜引出。敏感探頭與機體通過短圓柱形的電極底座固定在一起。
傳感器敏感探頭的基本部件包括陰極、陽極、電解液以及把盛電解液的電解腔與被測海水隔開的半透膜。
傳感器敏感探頭外殼呈倒置的圓筒狀，圓筒底構成敏感探頭外殼的頂端。敏感探頭外殼頂端有弧度並顯外凸形，外殼頂端中心處有一圓孔，圓孔的內壁上均勻分布四個半圓小柱孔，四個半圓小柱孔穿透外殼頂端。敏感探頭圓筒外殼的另一端由環氧樹脂固定在電極底座上。
傳感器敏感探頭內的中心部位有電極支撐架，用來安裝電極的陰極和陽極。支撐架呈傘狀，陰極安裝在傘面上，陽極安裝在傘柄上。支撐架傘面的大小與敏感探頭外殼頂端中心處圓孔的大小一致，支撐架傘面置於探頭外殼頂端的圓孔內。支撐架傘柄為中空的小圓柱狀，傘柄由環氧樹脂固定在電極底座上。
電極支撐架傘面有內陷凹槽，凹槽四周呈環狀面。凹槽中心有一小孔，小孔與傘柄的中空相通。帶弧度的圓片狀陰極嵌在支撐架傘面的凹槽內。陰極為金電極，即工作電極。陰極表面、凹槽四周環狀面、敏感探頭外殼頂端三者弧度相一致。陰極引線穿過支撐架凹槽中心小孔、支撐架傘柄的中空和圓柱形電極底座，進入傳感器機體內與電路板連接。敏感探頭外殼頂端貼有聚氟乙烯半透膜。半透膜由O型圈箍在探頭外殼上，與探頭外殼頂端表面、凹槽四周環狀面和圓片陰極的表面緊貼。
陽極呈圓筒狀，套在電極支撐架傘柄上。陽極引線沿支撐架傘柄外側引下，穿過圓柱形電極底座，進入傳感器機體內與電路板連接。
敏感探頭外殼與電極支撐架之間環狀空隙為電極腔，內盛KCL電解液。
本實用新型所述的封閉式溶解氧傳感器，其敏感探頭外殼頂端與電極支撐架傘面一起，基本封閉了離子通路，使離子只通過四個半圓小柱孔進行交換，限制了水中溶解氧擴散至電極腔內的電解液中，保障了傳感器的長期連續工作能力。
圖1為封閉式溶解氧傳感器結構示意圖。圖中，1-敏感探頭，2-電極底座，3-機體，4-陰極，5-支撐架傘面，6-半透膜，7-O型圈，8-離子通路，9-支撐架傘柄，10-陽極，11-電解腔，12-陽極引線，13-陰極引線，14-電路板，15-電路板支架，16-機體外殼，17-密封底蓋，18-電纜。
圖2為封閉式溶解氧傳感器敏感探頭頂端俯視圖。圖中，1-陰極，2-支撐架傘面，3-離子通路，4-敏感探頭外殼頂端。
具體實施方式
現結合附圖對本實用新型的具體實施方式
予以描述。如圖1所示。傳感器敏感探頭1外殼頂端中心處有一圓孔，圓孔的內壁上均勻分布四個半圓小柱孔，四個半圓小柱孔穿透敏感探頭外殼頂端。敏感探頭內的電極支撐架呈傘狀，支撐架傘面5的大小與敏感探頭外殼頂端中心處圓孔的大小一致，支撐架傘面置於探頭外殼頂端的圓孔內。支撐架傘柄9為中空的小圓柱，傘柄由環氧樹脂固定在電極底座2上。
電極支撐架傘面有內陷凹槽，凹槽中心有一小孔，小孔與傘柄的中空相通。帶弧度的圓片狀陰極4嵌在支撐架傘面5的凹槽內，陰極表面、凹槽四周環狀面、敏感探頭外殼頂部三者弧度相一致。陰極引線13穿過支撐架凹槽中心小孔、支撐架傘柄9的中空和圓柱狀電極底座2，進入傳感器機體3內與電路板14連接。敏感探頭外殼頂端有聚氟乙烯半透膜6，半透膜6由O型圈7箍在探頭外殼上，與探頭外殼表面和圓片狀陰極表面緊貼。
權利要求1.一種封閉式溶解氧傳感器，由敏感探頭和機體兩部分組成，敏感探頭與機體通過短圓柱形的電極底座固定在一起，其特徵在於敏感探頭外殼呈倒置的圓筒狀，圓筒底構成敏感探頭外殼的頂端，敏感探頭內的中心部位有傘狀的電極支撐架，支撐架傘面置於敏感探頭外殼的頂部，支撐架傘柄固定在電極底座上。
2.按照權利要求1所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於敏感探頭外殼頂端有弧度並顯外凸形，外殼頂端中心處有一圓孔，圓孔的內壁上均勻分布四個半圓小柱孔。
3.按照權利要求1所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於支撐架傘面的大小與敏感探頭外殼頂端中心處圓孔的大小一致，支撐架傘面置於探頭外殼頂端的圓孔內。
4.按照權利要求1所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於支撐架傘柄為中空的小圓柱狀。
5.按照權利要求1和權利要求3所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於電極支撐架傘面有內陷的凹槽，凹槽中心有一小孔，小孔與支撐架傘柄的中空相通。
6.按照權利要求1和權利要求5所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於帶弧度的圓片狀陰極嵌在支撐架傘面的凹槽內，陰極表面、凹槽四周環狀面、敏感探頭外殼頂端三者弧度相一致，陰極引線穿過支撐架凹槽中心小孔、支撐架傘柄的中空和電極底座，進入傳感器機體內與電路板連接。
7.按照權利要求1和權利要求4所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於陽極呈圓筒狀，套在電極支撐架傘柄上，陽極引線沿支撐架傘柄外側引下，穿過圓柱形電極底座，進入傳感器機體內與電路板連接。
8.按照權利要求1和權利要求6所述的封閉式溶解氧傳感器，其特徵在於敏感探頭外殼頂端貼有聚氟乙烯半透膜，半透膜由O型圈箍在探頭外殼上，與探頭外殼頂端表面、支撐架傘面凹槽四周環狀面和圓片陰極表面緊貼。
專利摘要封閉式溶解氧傳感器，由敏感探頭和機體兩部分組成，在海洋臺站、浮標等長期連續工作的海上現場使用。敏感探頭外殼呈倒置的圓筒狀，外殼頂端中心處圓孔的內壁上均勻分布四個半圓小柱孔，外殼頂端與電極支撐架傘面一起，基本封閉了離子通路，使離子只通過四個半圓小柱孔進行交換，限制了水中溶解氧擴散至電極腔內的電解液中，保障了傳感器的長期連續工作能力。圓片狀陰極嵌在支撐架傘面的凹槽內，陰極引線穿過支撐架凹槽中心小孔和支撐架傘柄中空；圓筒狀陽極套在電極支撐架傘柄上，陽極引線沿支撐架傘柄外側引下。陰極引線和陽極引分別穿過圓柱形電極底座，進入傳感器機體內與電路板連接。
文檔編號G01N27/30GK2599575SQ0229167
公開日2004年1月14日 申請日期2002年12月20日 優先權日2002年12月20日
發明者陳芙蓉, 趙宇梅, 張金萍 申請人:國家海洋技術中心