一种适用于燃煤高污染区的电化学气体传感器

本发明涉及到气体传感器，具体涉及到一种适用于燃煤高污染区的电化学气体传感器。

背景技术：

1、在高污染区域输变电工程设备防腐蚀技术的研究及大气监测系统的研制与应用工作中，选定的燃煤高污染区域内存在煤矸石发电厂和煤炭能源化工厂，煤炭燃烧与化工生产导致周围大气环境中存在so2、no2、no、h2s、nh3等工业污染气体以及大量燃煤飞灰颗粒物。在实际工程使用中发现，用于监测燃煤高污染区工业污染气体的在线监测系统的数据出现准确度不高甚至没有数据的情况，进一步分析发现是用于监测工业污染气体的电化学气体传感器发生失效导致测量结果不准，同时还发现电化学气体传感器在燃煤高污染区的使用寿命只有3-6个月，远远小于其设计寿命（12个月）。

2、目前常用的电化学气体传感器结构为三电极体系结构，主要包括工作电极、对电极、参比电极和电解质溶液。三电极体系结构的电化学气体传感器在燃煤高污染区环境中使用主要存在以下几点问题。一是没有对温度进行补偿。电化学气体传感器的零点电流受温度影响很大，温度变化会导致零点电流偏离校准点，导致传感器测量误差增大。二是电解质溶液容易蒸发干涸、泄漏。电解质溶液储存在电化学气体传感器内壳，传感器进气口直接与内部相连通，加速电解质溶液蒸发干涸，另外传感器外壳破损会导致电解质溶液泄漏。三是燃煤飞灰等颗粒物堵塞。燃煤飞灰颗粒物会沉积在传感器进气口表面，堵塞气体过滤膜，粒径小于气体过滤膜孔径的飞灰颗粒会进入传感器进气口内部，沉积在工作电极表面，进一步加剧堵塞。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于燃煤高污染区的电化学气体传感器，提高燃煤高污染区工业污染气体监测的准确性和有效性，延长电化学气体传感器在燃煤高污染区环境下的使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种适用于燃煤高污染区的电化学气体传感器，包括传感器壳体，所述传感器壳体包括相互连接的壳体底座和壳体上盖，所述壳体底座内设有电极支架，所述电极支架向所述壳体上盖方向延伸，所述电极支架内至少设有对电极、参比电极、辅助电极和工作电极，所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极的电极引线分别错开布置并经由所述电极支架引至所述壳体底座，所述壳体底座设有多个用于连接所述电极引线的针脚；所述壳体上盖内设有进气口颗粒层，所述工作电极朝向所述进气口颗粒层布置并保持间距，所述工作电极与所述壳体上盖之间还布置有气体密封垫圈。

4、本电化学气体传感器通过对其结构和安装方式进行改进，能够提升本电化学气体传感器在燃煤高污染区工业污染气体监测的准确性，延长电化学气体传感器在燃煤高污染区环境下的使用寿命。

5、本电化学气体传感器采用四电极结构体系，各个电极各具功能，能够发挥相互协同作用，共同提升检测的准确性和有效性，所述工作电极用于测量燃煤高污染区工业污染气体，所述辅助电极用于对传感器的零点电流和温度波动进行补偿，所述参比电极用于锚定所述工作电极的电压，使所述工作电极和所述对电极的电位保持恒定，所述对电极用于发生还原反应，形成电流回路。

6、所述电极支架的设置能够用于容纳安装这些电极，保持这些电极的姿态和稳定性，可以支撑并固定所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极，将电极（电流）引线有效、有序引出并密封传感器，使so2气体限定在传感器内部，提升检测的稳定性和准确性。

7、所述进气口颗粒层能够过滤进入颗粒层的燃煤飞灰颗粒等杂质，仅让气体进入传感器内部，一方面避免了杂质对检测准确性的负面影响，另一方面能够减少燃煤飞灰颗粒物沉积在传感器进气口表面，以免堵塞气体过滤膜，极大的避免了粒径小于气体过滤膜孔径的飞灰颗粒会进入传感器内部，避免杂质沉积在工作电极表面，避免了堵塞，既有利于提升检测的准确性，也有利于提升传感器的使用寿命。

8、进一步的，所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极从上至下依次层叠布置，所述工作电极、所述对电极和所述辅助电极的电极引线依次以所述参比电极的电极引线所在位置逆时针间隔45°、90°和225°布置。

9、进一步的，所述电极支架包括相互连接的支架上盖和支架底座，所述支架上盖朝向所述壳体上盖的一面设有电极容纳槽，所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极分别安装于所述电极容纳槽内，所述支架上盖的盖壁上在0°、45°、90°和225°的位置上分别设有卡接槽，所述卡接槽用于卡接所述电极引线。

10、进一步的，所述支架上盖与所述支架底座之间的空间内还填充有水分保持层，所述支架底座上设有连接所述水分保持层，所述支架上盖上设有若干扩散孔。所述水分保持层可以对所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极的电解质溶液中的水分进行补充，延长传感器在燃煤高污染区的使用寿命。

11、进一步的，所述壳体上盖的中部设有进气通孔，所述进气通孔连接安装所述进气口颗粒层，所述壳体上盖的外端面设有凸环，所述凸环上设有第一气体过滤膜，所述凸环外周设有封装垫圈。

12、进一步的，所述进气口颗粒层包括颗粒支架，所述颗粒支架内填充有若干颗粒小球，所述颗粒支架的上方设有第二气体过滤膜，下方设有第三气体过滤膜；所述第三气体过滤膜的直径大于所述颗粒支架的直径，以使所述第三气体过滤膜外围大于部分抵接所述壳体上盖的内壁和所述气体密封垫圈。

13、进一步的，所述工作电极包括工作电极基底和工作电极透气膜，以及设置在两者之间的工作电极表面活性涂层和固体聚合物电解质膜，所述工作电极透气膜上设有容纳所述固体聚合物电解质膜的浅槽，所述工作电极表面活性涂层和所述固体聚合物电解质膜上设有一一对应的线槽，以连接所述工作电极的电极引线。

14、进一步的，所述辅助电极包括辅助电极基底和辅助电极透气膜，以及设置在两者之间的辅助电极表面活性涂层和固体聚合物电解质膜，所述辅助电极表面活性涂层和所述固体聚合物电解质膜上设有一一对应的线槽，以连接所述辅助电极的电极引线。

15、进一步的，所述参比电极包括一对参比电极固体聚合物电解质膜，以及设置在两者之间的参比电极表面活性涂层，所述参比电极表面活性涂层上设有线槽，以连接所述参比电极的电极引线。

16、进一步的，所述对电极包括对电极透气膜，所述对电极透气膜上设有对电极固体聚合物电解质膜，所述对电极固体聚合物电解质膜上设有浅槽以连接所述对电极的电极引线，所述对电极固体聚合物电解质膜上还覆盖有对电极表面活性涂层。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本电化学气体传感器通过对其结构和安装方式进行改进，能够提升本电化学气体传感器在燃煤高污染区工业污染气体监测的准确性，延长电化学气体传感器在燃煤高污染区环境下的使用寿命；2、本电化学气体传感器采用四电极结构体系，各个电极各具功能，能够发挥相互协同作用，共同提升检测的准确性和有效性，所述工作电极用于测量燃煤高污染区工业污染气体，所述辅助电极用于对传感器的零点电流和温度波动进行补偿，所述参比电极用于锚定所述工作电极的电压，使所述工作电极和所述对电极的电位保持恒定，所述对电极用于发生还原反应，形成电流回路；3、所述电极支架的设置能够用于容纳安装这些电极，保持这些电极的姿态和稳定性，并将电极（电流）引线有效、有序引出并密封传感器，使so2气体限定在传感器内部，提升检测的稳定性和准确性；4、所述进气口颗粒层能够过滤进入颗粒层的燃煤飞灰颗粒等杂质，仅让气体进入传感器内部，一方面避免了杂质对检测准确性的负面影响，另一方面能够减少燃煤飞灰颗粒物沉积在传感器进气口表面，以免堵塞气体过滤膜，极大的避免了粒径小于气体过滤膜孔径的飞灰颗粒会进入传感器内部，避免杂质沉积在工作电极表面，避免了堵塞，既有利于提升检测的准确性，也有利于提升传感器的使用寿命；5、所述水分保持层可以对所述工作电极、所述辅助电极、所述参比电极和所述对电极的电解质溶液中的水分进行补充，延长传感器在燃煤高污染区的使用寿命；6、本传感器的结构能够避免传感器进气口直接与内部相连通，避免电解质溶液加速蒸发干涸，而且传感器外壳强度较好，结构稳定性较高，减少因破损而导致的电解质溶液泄漏。