氧传感器和提高氧传感器稳定性的方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种氧传感器和提高氧传感器稳定性的方法。

背景技术

氧传感器具有廉价、容易且在常温下可以工作的优点，因此广泛用于船舱内部或检修孔内的氧缺乏状态的检测，或者麻醉机、人工呼吸器等医疗器械中的氧浓度的检测等。通常氧传感器在外壳内部设置感测器件，外部气流进入壳体后直接对感测器件进行冲击，影响感测器件的测试精度及稳定性。

因此，如何提高电信号的传输的稳定性，保证测量精度成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种氧传感器和提高氧传感器稳定性的方法，旨在能够提高压电加速度传感器的测量精度。

一方面，本发明实施例提供一种氧传感器包括传感器本体和缓冲组件，所述传感器本体包括壳体和容纳在所述壳体内的氧感测元件；所述缓冲组件连接于所述壳体的进气端，以减缓气流对所述氧感测元件的冲击。

根据本发明实施例的一方面，所述缓冲组件具有透气性。

根据本发明实施例的一方面，所述氧感测元件包括容纳在所述壳体内的正极、负极、第一膜层及电解质；所述缓冲组件包括一个或多个沿所述壳体轴向层叠设置的缓冲部；所述缓冲部包括第二膜层，所述第二膜层具有透气性。

根据本发明实施例的一方面，所述第二膜层的透气量为300ml/min-400ml/min，耐压值为0.3Mpa-0.5Mpa。

根据本发明实施例的一方面，所述第二膜层的透气量大于所述第一膜层的透气量。

根据本发明实施例的一方面，所述缓冲部还包括支撑件，所述第一膜层与所述第二膜层间隔设置。

根据本发明实施例的一方面，所述缓冲部还包括支撑件，所述支撑件位于所述第二膜层靠近所述第一膜层的一侧；所述第二膜层贴合在所述支撑件的一侧表面上。

根据本发明实施例的一方面，所述缓冲组件与所述传感器本体可拆卸连接。

根据本发明实施例的一方面，所述缓冲组件还包括安装部，所述缓冲部设置于所述安装部，所述安装部与所述传感器本体连接

另一方面，本发明实施例还提供了一种提高氧传感器稳定性的方法，在氧传感器的进气端设置具有透气性的缓冲组件，以减缓气流对所述氧传感器内部的氧感测元件的冲击。

在本发明实施例中，通过在传感器本体的壳体进气端的增加缓冲组件，气流在进入氧传感器时，缓冲组件能够减缓气流的冲击强度，避免气流冲击对氧感测元件的影响，进而能够保证氧传感器的测量精度，提高氧传感器的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种氧传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种氧传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种氧传感器的结构示意图；

图4是现有技术的氧传感器；

图5是现有技术的氧传感器的动态响应图；

图6是本发明实施例提供的氧传感器的动态响应图。

附图标记说明：

1-氧传感器，11-传感器本体，111-壳体，112-氧感测元件，1121-正极，1122-第一膜层，1123-电解质，12缓冲组件，121-第二膜层，122-支撑件。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的氧传感器进行详细描述。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种氧传感器的结构示意图。

本实施例的氧传感器1包括传感器本体11和缓冲组件12。传感器本体11包括壳体111和容纳在壳体111内的氧感测元件112。

缓冲组件12连接于传感器本体11的壳体11的进气端，以减缓气流对壳体111内的氧感测元件12的冲击。

在本发明实施例中，通过在传感器本体11的壳体111进气端的增加缓冲组件12，气流在进入氧传感器1时，缓冲组件12能够减缓气流的冲击强度，避免气流冲击氧感测元件，进而能够保证氧传感器的测量精度，提高氧传感器的稳定性。

可以理解的是，传感器本体可以为干式氧传感器、湿式氧传感器或其他类型的氧传感器，本申请对此不作具体限定。

在一个具体的实施例中，传感器本体11为湿式氧传感器，氧感测元件112包括容纳在壳体111内的正极1121、负极(未示出)、第一膜层1122及电解质1123，正极1121和负极均浸没在电解质1121中，第一膜层1122可以靠近壳体111的进气端设置，第一膜层1122与壳体111之间形成容腔且第一膜层1122具有防水性，以防止电解质1123从壳体11内溢出。此外，第一膜层1122还具有透气性，以使得气流能够通过第一膜层1122进入上述容腔内。

可选地，第一膜层1122可以通过O型环固定在壳体111进口端，O型环密封第一膜层1122的边缘以防止电解质1123从围绕第一膜层1122的边缘泄露。此外，O型环还伸展了第一膜层1122以去除褶皱或其他不均匀以确保整个第一膜层1122表面上的一致和不变的扩散。O型环的材质没有特别限制，但通常使用丁腈橡胶、有机硅橡胶、乙丙橡胶、氟树脂等。

可以理解的是，本申请对壳体111材质不作具体限定，只要不存在由于电解质1123引起的腐蚀等问题即可。在一个具体的示例中，壳体111可以采用ABS树脂。

正极1121的材质，只要能通过在正极上的电化学性氧还原而产生电流则没有特殊限制，但适合使用金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)或钛(Ti)等具有氧化还原活性的催化剂。

现有结构的氧传感器，为缩短气流经过第一膜层1122后在电解质1123中的流动行程，同时避免气流冲击第一膜层1122时，第一膜层1122产生较大的形变，一般将正极1121靠近壳体111进气端的一端与第一膜层1122抵触。以上这种结构，气流直接对第一膜层1122进行冲击，由于第一膜层1122与正极1121抵触，第一膜层1122发生形变后，造成正极1121同样发生形变，影响正极1121上的电化学性氧还原，进而影响氧传感器的测试精度及稳定性。

因此，在传感器本体11的壳体111进气端的增加缓冲组件12，气流在进入氧传感器1时，缓冲组件12能够减缓气流的冲击强度，避免气流冲击第一膜层1122，使气流以正常流速经过第一膜层1122与正极1121发生电化学性氧还原，进而能够保证氧传感器的测量精度，提高氧传感器的稳定性。

在一些可选的实施例中，缓冲组件12具有透气性，以使外部气流能够顺畅通过缓冲组件12进入传感器本体11，在外界气流在通过缓冲组件12时，缓冲组件12能够减缓气流的冲击力。

需要说明的是，缓冲组件12可以包括一个或多个沿壳体111轴向层叠设置的缓冲部121，缓冲部121包括的第二膜层121，第二膜层121具有透气性，对缓冲部121的数量可以根据实际需要进行选择，本申请对此不作具体限制。可选地，第二膜层121可以通过O型环固定在壳体111进口端，O型环密封第一膜层1122的边缘并伸展第一膜层1122以去除褶皱。

可以理解的是，在不影响气流正常流动速度的情况下，可以适当增加缓冲部即第二膜层121的数量，以增加缓冲效果。

可以理解的是，本申请对第二膜层121的材质、厚度不作具体限制，可以根据实际进行选择，例如可以使用四氟乙烯树脂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等氟树脂、聚乙烯等聚烯烃。第二膜层121还包括多孔膜、无孔膜以及其中形成有称为毛细管型的毛细管的孔。在一个具体的实施例中，第二膜层121为多孔性树脂膜，具有防止灰尘或污垢附着的功能。

在一些可选的实施例中，第二膜层121可以选择不同的耐压、透气量等参数，从而拓宽传感器的使用范围。在一个具体的实施例中，第二膜层121的透气量为300ml/min-400ml/min，耐压值为0.3Mpa-0.5Mpa。

可选地，第一膜层1122可以选择不同的耐压、透气量等参数，进一步地，第二膜层121的透气量大于或等于第一膜层1122的透气量，以使外部气流能够顺畅通过第二膜层121进入传感器本体，并减缓气流的冲击力。

在一些可选的实施例中，第一膜层1122与第二膜层121间隔设置，以避免第二膜层121产生形变后对第一膜层1122造成影响，同时，使气流在壳体111的进气端具有一定的流动行程。

第一膜层1122与第二膜层121之间的间距可以根据实际需要进行选择，本申请对此不作具体限制。可选地，第一膜层1122与第二膜层121之间的间距可以在2mm-5mm之间进行选择。可兼顾避免相邻的第一膜层1122与第二膜层121之间的影响以及获得相邻膜层之间的适宜的气流流动量。

在一些可选的实施例中，缓冲部121还包括支撑件122，支撑件122位于第二膜层121靠近第一膜层1122的一侧，气流冲击第二膜层121时，第二膜层121发生形变，支撑件122能够避免第二膜层121产生较大的形变，以保护第二膜层121，避免第二膜层121损坏。

在一些可选的实施例中，第二膜层121贴合在支撑件122的一侧表面上，以支撑并保护第二膜层121，避免第二膜层121损坏。

在一些可选的实施例中，支撑件122为具有多个透气孔的板状结构体。需要说明的是，本申请对支撑件122的材质、厚度不作具体限制，可以根据实际进行选择，但适合使用钢、铜、铝等金属或碳纤维等复合材料。

在一些可选的实施例中，缓冲组件12与传感器本体11可拆卸连接，以方便对缓冲组件12进行更换。

请一并参阅图2和图3，图2是本发明实施例提供的另一种氧传感器的结构示意图，图3是本发明实施例提供的另一种氧传感器的结构示意图。

缓冲组件12与传感器本体11可拆卸连接的方式有多种，在一些可选的实施例中，可以在壳体111进气端的内周面上设置台阶部，缓冲组件12可以通过O型环、螺丝等紧固件与台阶部抵触，以将缓冲组件12固定在壳体111的进气端。在另一些可选的实施例中，可以将缓冲组件12设置在一两端具有开头的安装筒体内，该安装筒体的一端具有螺纹，安装筒体与壳体11螺纹连接。

为较好地说明本申请提供的氧传感器对传感器的稳定性的效果影响，采用图4示出的现有技术的氧传感器，以及图3示出的一种具体结构示例的本申请的氧传感器作为代表。

请一并参阅图5和图6，图5是现有技术的氧传感器的动态响应图，图6是本发明实施例提供的氧传感器的动态响应图，本申请实施例的氧传感器包括传感器本体11和缓冲组件12。可以看出，现有技术中，通入100％氧气后，输出电压先达到峰值，然后随着时间的推移，输出电压会逐渐下降。而本申请在增加了第二膜层121后，输出电压达到峰值后，没有随着时间的推移而变化。因此，本申请提供的氧传感器是能够大幅提高传感器的稳定性。

另外，本发明实施例还提供了一种提高氧传感器稳定性的方法，包括：在氧传感器的进气端设置缓冲组件，以减缓气流对氧传感器内部的氧感测元件的冲击。气流在进入氧传感器时，缓冲组件能够减缓气流的冲击强度，避免气流冲击氧感测元件，进而能够保证氧传感器的测量精度，提高氧传感器的稳定性。

可以理解的是，缓冲组件可以包括一组或多组，本申请对此不作具体限定，缓冲组件包括多组时，各缓冲组件层叠排布在氧传感器的进气端。

在一些可选的实施例中，缓冲组件包括缓冲膜和与缓冲膜贴合设置的支撑件，支撑件位于缓冲膜靠近氧感测元件的一侧，支撑件用于支撑缓冲膜，避免缓冲膜受气流冲击时产生较大变形。可选地，支撑件可以为刚性结构件，缓冲膜与支撑件贴合设置。

另外，支撑件和缓冲膜与氧传感器连接方式有多种，在一些可选的实施例中，可以在氧传感器进口端的内周面上设置台阶部，支撑件和缓冲膜可以通过O型环、螺丝等紧固件与台阶部抵触。在另一些可选的实施例中，可以将支撑件和缓冲膜层叠设置在两端具有开口的筒体内，将筒体与氧传感器进气端螺纹连接。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。