專利名稱：一種甲醛氣體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供了一種氣體傳感器，特別是指一種甲醛氣體傳感器。
背景技術：
刨花板、密度板等人造板材，膠粘劑、墻紙等裝修材料，化纖紡織品、消毒劑等日常生活用品都會散發(fā)出甲醛，液化石油氣等石化燃料不完全燃燒也會釋放出甲醛，因此在空氣中會存在一定的甲醛，超過一定濃度的甲醛會對人體造成傷害(我國的國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標準中規(guī)定甲醛最高允許濃度為0. 08mg/m3)。為保證人身安全，就需要對空氣中的甲醛濃度進行檢測。以前的監(jiān)測方法是先現(xiàn)場采樣，再進行室內(nèi)分析，這種監(jiān)測方法操作繁瑣、測定時間長，不能滿足現(xiàn)場大批測定的監(jiān)測需求。 發(fā)明專利CN101349669A公開了 一種在現(xiàn)場即可對甲醛濃度進行檢測的甲醛氣體傳感器，其包含一基板、一電極層及一氣體感測層，該基板由絕緣材料制成，該電極層設置于該基板的一側，該氣體感測層至少由氧化鎳(NiO)制成，該氣體感測層設置于該電極層的一側，使該電極層介于該基板及氣體感測層之間，該氣體感測層的厚度介于0. 3至0. 52iim，電極層包含一個用于催化氣體的感測電極組及一個用于加熱該氣體感測層的加熱電極組。加熱電極組將氣體感測層加熱到一定溫度，甲醛氣體傳感器才能對甲醛氣體進行監(jiān)測。 上述甲醛氣體傳感器具有下述缺點一、加熱電極組必須將氣體感測層加熱到很高的溫度(300攝氏度)，甲醛氣體傳感器才能進行正常監(jiān)測。這樣會消耗很多能量，造成能源浪費。二、空氣中的其他氣體會影響甲醛傳感器檢測結果的準確性?？諝庵械木凭?C2H50H)成分經(jīng)感測電極組也會發(fā)生氧化反應，生成電流信號，導致檢測到的甲醛濃度高于空氣中甲醛濃度?？諝庵械陌睔鈺紦?jù)感測電極組的活性位，降低傳感器的靈敏度，導致檢測到的甲醛濃度低于室內(nèi)空氣中甲醛濃度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種甲醛氣體傳感器，其在常溫下就能對甲醛氣體進行檢測，而且減少空氣中其他氣體的影響，檢測結果更準確。 本發(fā)明提供的一種甲醛氣體傳感器，包括進氣外殼101、過濾層107、支撐外殼102、膜電極復合體104、工作電極引線105A和對電極引線105B，其中， 支撐外殼102和可嵌入其中的進氣外殼101構成一個中空的閉合外殼，對置于其中的膜電極復合體104進行支撐，進氣外殼101的外部設置過濾層107，其允許甲醛氣體進入進氣外殼101的進氣口 ； 膜電極復合體104包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設置在固態(tài)電解質(zhì)兩側的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對電極，工作電極引線105A與工作電極連接，對電極引線105B與對電極連接。 由上可知，采用上述技術方案的甲醛氣體傳感器，在常溫下就能對甲醛氣體進行空氣中其他氣體的影響，檢測結果更準確。 其中，所述過濾層107由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成。 由上可知，由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成的過濾層107可以有效
阻止雜質(zhì)氣體的進入，減少雜質(zhì)氣體對檢 其中，所述貴金屬催化劑為鉑、鈀、銠、金、銀、釕中的一種或幾種。 由上可知，貴金屬催化劑鉑、鈀、銠、銀、金、釕在室溫下，對甲醛具有較佳的催化活性。 較佳的，所述固態(tài)電解質(zhì)采用質(zhì)子交換膜。 由上可知，質(zhì)子交換膜體積小，采用質(zhì)子交換膜作為固態(tài)電解質(zhì)可以減小甲醛傳感器的體積。 其中，所述質(zhì)子交換膜為強酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。 由上可知，全氟磺酸質(zhì)子交換膜具有轉換效率高的優(yōu)點，固態(tài)電解質(zhì)采用全氟磺酸質(zhì)子交換膜，可以減少甲醛氣體傳感器的響應時間。且強酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜不易受外界濕度變化的影響，可降低相對濕度對甲醛傳感器輸出信號的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號的準確性。 其中，所述全氟磺酸質(zhì)子交換膜的酸濃度為40 75%。 由上可知，酸濃度為40 75%的全氟硫磺質(zhì)子交換膜，能更好的降低相對濕度對甲醛傳感器輸出信號的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號的準確性。 較佳的，還包括設置在膜電極復合體104的兩側的第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B。 由上可知，在膜電極復合體104的兩側設置第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B，可以使第一電極引線105A與工作電極固定及緊密的接觸，有利于電荷傳遞。
其中，還包括引線固定件106，用于將工作電極引線105A和對電極引線105B的引出端固定在支撐外殼102內(nèi)。 由上可知，由引線固定件106將第一電極弓I線105A和第二電極弓|線105B的引出端固定在支撐外殼102上，可以對第一電極引線105A和第二電極引線105B起到保護作用，使甲醛氣體傳感器不易損壞。 其中，所述進氣外殼IOI的進氣口為網(wǎng)格型多孔進氣口。
由上可知，采用網(wǎng)格型多孔進氣口有利于甲醛氣體擴散進入。


圖1為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的結構示意 圖2為膜電極復合體的結構原理 圖3為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖； 圖4為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖的A-A方向剖視示意 圖5本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖的B-B方向剖視示意圖。
具體實施例方式
圖l為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的結構示意圖，如圖l所示，本發(fā)明提供的甲醛氣體
4傳感器包括進氣外殼101、過濾層107、支撐外殼102、第一多孔墊片103A、第二多孔墊片103B、膜電極復合體104、工作電極引線105A、對電極引線105B和引線固定件106，其中，
進氣外殼101采用網(wǎng)格型多孔進氣口結構，采用這種結構有利于甲醛氣體擴散進入。 進氣外殼101的外部設置過濾層107，用于過濾空氣中的酒精、氨氣等氣體。該過濾層107可以由只允許甲醛氣體通過的分子篩制成。減少雜質(zhì)氣體對檢測的干擾，可以保證甲醛傳感器檢測結果的更加準確。 支撐外殼102和嵌入其中的進氣外殼101構成一個中空的外殼整體，其用于對置于其中的其他部件起到支撐保護作用，參見圖3所示。 膜電極復合體104設置在支撐外殼102和進氣外殼101構成的外殼整體中，膜電極復合體104包括工作電極、固態(tài)電解質(zhì)和對電極，如圖2所示。本例中采用全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固態(tài)電解質(zhì)，全氟磺酸質(zhì)子交換膜具有體積小、轉換效率高等優(yōu)點。本例中采用浸漬還原法在全氟磺酸質(zhì)子交換膜上鍍鉑(Pt)，以在全氟磺酸質(zhì)子交換膜的兩個面分別形成電阻為1 30歐姆，最好是5 7歐姆的工作電極和對電極。鉑對甲醛有較高的催化活性，其在常溫下就可以催化甲醛發(fā)生脫氫反應，因此由鉑形成的工作電極不需要加熱就可以工作，這樣就減少了加熱裝置，不僅降低了傳感器的制造成本，而且節(jié)約了因加熱部分而使用能源。 第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B設置在膜電極復合體104的兩側，第一
多孔墊片103A用于使甲醛氣體充分、均勻的與工作電極接觸，第二多孔墊片103B用于使空
氣充分、均勻的與對電極接觸，提高傳感器的響應時間以及輸出信號的穩(wěn)定性。 第一多孔墊片103A還用于使工作電極引線105A與工作電極固定及緊密的接觸，
第二多孔墊片103B還用于使對電極引線105B與對電極固定及緊密的接觸，有利于電荷傳遞。 參考圖4和圖5所示的剖視圖，工作電極和第一多孔墊片103A之間設置由鉑制成的工作電極引線105A，電極引線的一端與工作電極連接，另一端引出；對電極和第二多孔墊片103B之間設置由鉑制成的對電極引線105B，電極引線的一端與工作電極連接，另一端引出。 引線固定件106用于將工作電極引線105A和對電極引線105B的引出端固定在支撐外殼102內(nèi)。 下面對本發(fā)明提供的甲醛氣體傳感器的工作原理進行介紹。 甲醛氣體經(jīng)進氣外殼101的進氣口進入甲醛氣體傳感器后與工作電極接觸，在工作電極的催化作用下，甲醛發(fā)生脫氫反應，產(chǎn)生質(zhì)子(H+)和電子(e—)，化學反應方程式所示如下，HCHO+H20 — C02+4H++4e—。 質(zhì)子(H+)通過全氟磺酸質(zhì)子交換膜傳導到對電極，到達對電極的質(zhì)子(H+)與空氣中的氧氣(02)反應生成水0120)，化學反應方程式所示如下，02+411++46—— 2H20。
因工作電極的水濃度較低，生成的水從水濃度高的對電極遷移到工作電極。
由上可知，總的化學反應方程式HCHO+02 — C02+H20 工作電極上的電子通過工作電極引線105A、外部電路和對電極引線105B傳導到對電極，電子的流動產(chǎn)生電流，根據(jù)工作電極和對電極之間的電流信號的強弱可以檢測甲
5醛氣體的濃度。 本發(fā)明提供的甲醛傳感器制作成本低廉、響應時間短、靈敏度高，可在室溫下檢測0 0. 5ppm濃度范圍內(nèi)的甲醛。 空氣的相對濕度對甲醛傳感器的檢測具有一定的影響。通常，當空氣的相對濕度< 25%時，相對濕度越小甲醛傳感器的檢測結果的相對誤差越大；當相對濕度> 75%，相對濕度越大甲醛傳感器的檢測結果的相對誤差越大。 為減小空氣的相對濕度對甲醛傳感器的檢測結果的影響，可以使用硫酸、磷酸或
硝酸等對全氟磺酸質(zhì)子交換膜進行酸處理。由于酸具有保水性，在酸到達一定濃度后，酸的
濕度不易受外界濕度變化的影響，酸濃度為40 75%的全氟磺酸質(zhì)子交換膜可降低相對
濕度對甲醛傳感器輸出信號的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號的準確性。 本發(fā)明中的工作電極和對電極也可以由在固態(tài)電解質(zhì)上鍍覆其它貴金屬，如鈀、
金等形成。工作電極引線105A和對電極引線105B也可以有其他金屬制成，例如銀、銅。過
濾層107也可以由炭紙、活性炭等多孔材料制成。
權利要求
一種甲醛氣體傳感器，其特征在于，包括進氣外殼(101)、過濾層(107)、支撐外殼(102)、膜電極復合體(104)、工作電極引線(105A)和對電極引線(105B)，其中，支撐外殼(102)和可嵌入其中的進氣外殼(101)構成一個中空的閉合外殼，對置于其中的膜電極復合體(104)進行支撐，進氣外殼(101)的外部設置過濾層(107)，其允許甲醛氣體進入進氣外殼(101)的進氣口；膜電極復合體(104)包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設置在固態(tài)電解質(zhì)兩側的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對電極，工作電極引線(105A)與工作電極連接，對電極引線(105B)與對電極連接。
2. 根據(jù)權利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述過濾層(107)由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成。
3. 根據(jù)權利要求2所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述貴金屬催化劑為鉑、鈀、銠、金、銀、釕中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權利要求3所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)采用質(zhì)子交換膜。
5. 根據(jù)權利要求4所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜為強酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。
6. 根據(jù)權利要求5所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述全氟磺酸質(zhì)子交換膜的酸濃度為40 75%。
7. 根據(jù)權利要求1所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，還包括設置在膜電極復合體(104)的兩側的第一多孔墊片(103A)和第二多孔墊片(103B)。
8. 根據(jù)權利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，還包括引線固定件(106)，用于將工作電極引線(105A)和對電極引線(105B)的引出端固定在支撐外殼(102)內(nèi)。
9. 根據(jù)權利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述進氣外殼(101)的進氣口為網(wǎng)格型多孔進氣口。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種甲醛氣體傳感器，包括進氣外殼、過濾層、支撐外殼、膜電極復合體、工作電極引線和對電極引線，其中，支撐外殼和可嵌入其中的進氣外殼構成一個中空的閉合外殼，對置于其中的膜電極復合體進行支撐，進氣外殼的外部設置過濾層，其允許甲醛氣體進入進氣外殼的進氣口；膜電極復合體包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設置在固態(tài)電解質(zhì)兩側的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對電極，工作電極引線與工作電極連接，對電極引線與對電極連接。該甲醛氣體傳感器在常溫下就能對甲醛氣體進行檢測，而且減少空氣中其他氣體的影響，檢測結果更加準確。
文檔編號G01N27/407GK101776640SQ201010104419
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權日2010年2月1日
發(fā)明者劉東方, 姜風, 馬曉聰 申請人:北京亞都空氣污染治理技術有限公司