[发明专利]氧传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量氧浓度的传感器，特别涉及一种原电池式氧传感器。 

背景技术

目前广泛应用的原电池式氧传感器属于一种电化学氧传感器。电化学氧传感器可分为两类，一类是干式氧传感器，适合于高温氧测量，例如氧化锆固体电解质氧传感器；另一类是湿式氧传感器，其使用液体或胶体电解质，又可分为极谱式(克拉克式)和原电池式(伽伐尼电池式)，前者测量电解电流以确定氧浓度，后者测量电池自发电流以确定氧浓度，两者统称为覆膜(menbrane-covered)电化学氧传感器，适合于常温氧测量。 

原电池式氧传感器一般具有内充电解质的腔体，以及腔体内的阳极和阴极，阴极上覆盖有透气膜。电解质通常是强酸或强碱，阳极材料一般为铅，阴极材料一般为金、银或铂。 

专利文献CN 2241341Y中提出一种酸性胶体电解质氧传感器，可避免二氧化碳等酸性气体的干扰，用于溶解氧的测量时性能稳定。该氧传感器一直广泛应用至今。其中，该氧传感器阳极材料为铅。 

近年，欧洲率先提出《电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》，简称《RoHS指令》(Restriction of Hazardous Substances)，要求在电子电气设备中限制使用铅、汞、镉、六价铬等物质。随后，美国、日本、韩国等也作出相应的规定。中国提出《电子信息产品污染控制管理办法》，也限制铅等有害物质的使用。 

为使电子电气产品更加环保，进行了无铅氧传感器的研究开发以不再 继续使用数十年来用作氧传感器的阳极材料的铅。专利文献CN 102027359A中采用三电极恒电位电解法来解决在传感器中不使用铅的问题。专利文献WO 2009/069749A1对现有技术中使用铅作阳极的氧传感器结构，采用锌、铝、锡作为阳极材料的替代，并选择碱性电解质(PH12)来制造氧传感器。 

但是，使用非铅材料作氧传感器的阳极，存在氧浓度测量性能下降的问题。同时，采用强酸或强碱作电解质，存在腐蚀性物质的安全和环保隐患。因此，存在对现有氧传感器进一步改进的需要。 

发明内容

本公开的目的在于提供一种氧传感器，该传感器使用非铅材料作阳极，不使用腐蚀性电解质，操作简便、性能稳定，环保安全并且可以有效控制成本。 

一方面，本公开涉及一种氧传感器，该氧传感器具有阳极、阴极和电解质，所述阳极材料采用非铅金属，所述电解质采用有机酸的溶液。 

进一步，所述阳极材料选自如下材料中的至少一种：铝、钛、锰、锌、镍、锡及其氧化物。 

更进一步，所述有机酸选自如下组中的至少一种：醋酸、乙醇酸、酒石酸、柠檬酸、抗坏血酸、邻硝基苯甲酸、苯磺酸、琥珀酸、草酸。所述有机酸的溶液浓度优选为5％至50％。 

更进一步，所述电解质的溶液以增稠剂增稠。所述增稠剂优选自如下组中的至少一种：硅胶、淀粉、明胶、琼脂、聚乙烯醇、烷基纤维素、果胶、酪素。 

优选地，所述氧传感器为原电池式氧传感器。 

另一方面，本公开还涉及一种氧传感器，该氧传感器具有传感器腔体，位于传感器腔体内的阳极和阴极，以及透气膜，传感器腔体内充有电解质，其特征在于，所述阳极材料采用非铅金属，所述电解质采用有机酸的溶液。 

进一步，所述阳极和阴极的引线之间跨接热敏电阻。 

又一方面，本公开还涉及氧传感器用于空气中的氧的测量和液体中的溶解氧的测量的用途。 

本发明的氧传感器采用非铅材料作阳极，可以满足环保的要求。采用有机酸作电解质，可以避免强酸或强碱电解质的腐蚀安全隐患，同时使用酸性电解质，可以在测氧过程中避免二氧化碳气体的干扰，特别适合在高浓度二氧化碳环境中进行测氧。这种氧传感器相比传统的铅阳电极氧传感器，响应快速，性能稳定，并且操作便捷，可在便携式测氧仪器和溶氧测定仪器中使用。 

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施方式的氧传感器结构的截面示意图。 

具体实施方式

现有的原电池式氧传感器一般以贵金属(如金、银、铂等)为阴极。贵金属为非活性金属，本身并不参与化学反应。在氧传感器的电化学反应中，氧借助于这些金属的表面放电来获得电子，形成氢氧离子进入电解质。氧传感器一般以铅为阳极。铅失去电子成为铅离子，进入电解质。这时，在阴极和阳极之间形成电位差。将阳极和阴极通过外部电路连通从而在外部电路中产生电流。 

氧传感器中能够与氧电极组成原电池的金属电极材料有多种选择，从以下电极反应和标准还原电极电位表可以看出。