[发明专利]具有带水蒸气扩散屏障涂层的固体电解质的气体传感器

说明书

本发明公开了气体传感器，其包括布置在壳内的气体传感电极(2)、对电极(4)，以及通过传感电路将气体传感电极连接到对电极的相应导体。所述壳包括与所述气体传感电极和对电极相联系的固体电解质(5)，其中所述固体电解质进一步包含一个或多个涂层或层(6,15a)。所述一个或多个涂层或层与所述电解质相比具有较低的水蒸气传输率，从而在使用中电解质和气氛之间的水蒸气传输被降低。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国专利申请序列号14/577,178(名称为具有带水蒸气扩散屏障涂层的固体电解质的气体传感器，2014年12月19日提交)的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

技术领域涉及用于检测气氛中的目标气体的电化学气体传感器，更具体地涉及具有被降低水蒸气损失的屏障涂覆的固体电解质的氧气和有毒气体传感器。

背景技术

电化学传感器传统上包括气体扩散工作电极，通常基于分散在聚四氟乙烯(PTFE)带上的铂或石墨/铂催化剂。目标气体在该电极处反应，同时平衡反应在对电极处发生。所述电极包含在外壳之内，该外壳含有液体电解质例如硫酸。气体典型地通过受控的扩散进入口进入所述壳，其调节目标气体到电池中的进入情况。气体在电极处反应并影响传感器的电输出。

常规电化学气体传感器主要使用酸(典型地是硫酸)的水溶液作为电解质。在温和环境条件下以及短时间进入极端环境中，电解质的组成保持得相当恒定，传感器性能显示偏离校准极小。但是，长时间遭受严苛的水化(高相对湿度，(RH%))或脱水条件(低RH%)导致电解质与环境相对湿度的平衡，并因此导致电解质组成的变化。这表现为传感器性能偏离校准值，或在极端情况下导致传感器的失效。

由于加入到小尺寸的传感器中的酸的小数量，显然即使传感器和环境之间的小数量的水交换，就净失去和获得水而言，也存在影响性能的可能，这是一个问题。这到一定程度导致传感器性能会被认为不令人满意。水从电解质蒸发也是存在问题的。传感器的工作寿命尽可能长是理想的，但是此外重要的是任何特定的传感器类型将一致地持续工作至少所标示的寿命。早期失效导致需要更频繁的传感器替换，以及增加的对传感器性能的监控。解决准确性、一致性和/或精确性、特别是准确性丧失问题可以通过降低传感器和环境之间的水交换，例如水损失，来实现。准确性丧失可能被得以保持的精确性掩盖。因此，需要制造具有更长的寿命的传感器，其在很多不同的操作环境下，例如由于相对湿度极端状况，保持可接受的性能水平。

附图说明

现在将参考附图来描述电化学气体传感器和制造方法的例子，并与常规传感器对比，其中：

图1是根据一个给出的实施方案一般地示出的电化学气体传感器的图。

图2是根据一个给出的实施方案一般地示出的电化学气体传感器的侧视图。

图3是气体传感器的另一个实施方案的侧视图。

具体实施方式

虽然公开的实施方案可以采取很多不同的形式，但是其具体实施方案是显示在所述图中并且将在此详细描述，应理解的是本公开将被认为是其原则的例证以及实施其的最佳方式，并且不意在将本申请或权利要求限制于给出的具体实施方案。

固体电解质气体传感器通常需要在所述固体电解质之内的一定量的水以便正确运行。一些固体电解质在聚合物层内加入硫酸以保持足够的湿度。由于这些传感器的小尺寸和存在的硫酸的小数量，这些传感器具有非常低的有效水储存容量。此外，这些传感器的平面构造导致大的聚合物表面积被暴露于环境，从而水传输可以非常快，除非系统如本文中所描述的那样进行改变。为了减少传感器中水进入和输出，聚对二甲苯层单独或聚对二甲苯层和硅酮层一起可以用于涂覆所述固体电解质。