[实用新型]一种微型电化学传感器自校准的结构

说明书

本实用新型公开了一种微型电化学传感器自校准的结构，包括传感器主体、工作电极、主参比电极和第一电解质，工作电极和主参比电极设置在传感器主体内，传感器主体填充有第一电解质，还包括自校准参比电极，自校准参比电极设置在传感器主体内；通过测量主参比电极和自校准参比电极之间的电极电势差，实现对主参比电极的校准，其中自校准参比电极单独设置在一个密闭容器中；本实用新型属于传感器技术领域，本实用新型的目的在于解决现有技术中由于传感器参比电极的电势波动或电势漂移所带来的测量精度下降、使用寿命有限的问题；达到的技术效果为：本实用新型可以实现传感器的自校准工作，无需外部校准器件，无需用户干预，无需暂停实验或测量。

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种微型电化学传感器自校准的结构。

背景技术

电化学传感器是基于待测物的电化学性质并将待测物化学量转变成电学量进行传感检测的一种传感器，在使用时通过测量目标电化学反应中产生的电位、电流等电信号的变化来表征待测物的电化学属性。

在众多的传感器类型中，电化学传感器具有体积相对较小、功耗低、结构简单、成本低廉等优势，已经逐渐成为研究领域的重点，具有广泛的应用范围。但其也存在测量漂移、测量精度下降、需要定期校准和维护等问题。随着电化学传感器进一步小型化、微型化以及智能化，可以被更广泛地应用于科研、医疗、工业、国防、环境等众多领域。

电化学传感器通常由电极组、电解质和渗透膜组成。电极组可以采用2个电极(2电极体系)或3个电极(3电极体系)，包括参比电极(referenceelectrode)，工作电极(workingelectrode)，有时还会有辅助电极(counterelectrode)。参比电极一般是用来提供一个已知的溶液电位，常用类型如标准氢电极，甘汞电极，而最常用的是银|氯化银电极。工作电极一般是是由惰性金属制成，如金属铂，金等。辅助电极一般同样由惰性金属制成，但电极面积需要远远大于工作电极。电解质提供了一个可以进行离子交换的环境，能够放生目标电化学反应(氧化还原反应)，并有效地将离子电荷传送到电极。电解液环境需要保持稳定且与电极材料兼容，与参考电极形成稳定的参考电势。电解液离子浓度的变化会直接影响到参考电势的稳定性，因而直接影响到实际测量结果。此外为了控制其他物质或反应带来的干扰，有些电化学传感器会加入过滤膜(透气膜)，以此来选择性的使待测物质通过并发生目标电化学反应。

电化学传感器一般采用计时电流测量法，就是电极组在同一电解质溶液中，当电极组间(工作电极和参比电极)被施加了一个特定电压后，目标电化学反应就会在电极组发生，因而会在电极间产生一定的电流。这个反应电流与溶液中的反应速率直接相关，具体来说与溶解中分子扩散到工作电极表面的速率有关，由其扩散模型决定，一般来讲成线性关系。而扩散模型与待测离子浓度和电极形状、尺寸有关。因此在传感器电极上施加特定电压并测量其反应电流，经过校准计算后就可以得到特定目标浓度值。典型的传感器如溶解氧浓度传感器。

此外还有些电化学传感器通过测量电极电势差来表征物理量。此类传感器通常采用针对特定离子的选择性电极作为工作电极，配合参比电极组成电极组。电极电势是电极中极板与溶液之间的电势差，不同类型的电极会存在不同的电势。而参比电极一般可以认为其电势稳定，不随测量环境变化而变化，但工作电极会在不同离子浓度的溶液中产生不同的电势，因而对比参比电极，测量工作电极和参比电极间的电势差，在校准计算后就可得到溶液中的待测离子浓度值。

如上文提到微型电化学传感器的性能和稳定度与多种因素相关，其中与参比电极的状态、性质、稳定度直接相关。无论是使用采用计时电流测量法还是电极电势差来测量，都需要有一个稳定的参比电极来作为参考电势。但是在实际测量过程中，参比电极会受到一定的影响，因而产生一定的降解劣化，因而产生电极电势的波动漂移。特别是微型电化学传感器中的参比电极，由于体积受限，因此很难采用较大面积、较大厚度的参比电极。