專利名稱：檢測溶解氧的多電極傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試電化學(xué)變量的測試電極。
在測定溶解在溶液內(nèi)的氣體含量和血液取樣時，通常需要測定其中的氧含量，尤其是測定人體血液中的氧溶量對于診斷和治療心血管疾病具有重要意義。A Thick-Film Multiple Component Cathode Three-Eletrode Oxygen Sensor(IEEE Transactions on Biomedical Engineering，VOL BME-33，No.2，F(xiàn)ebruary 1986)報(bào)導(dǎo)了Chung-Chiun Liu(劉長春)等人設(shè)計(jì)的一種三電極氧傳感器，該氧傳感器含有一個用絕緣材料制作的基片以及采用厚膜工藝在基片上制成并排的工作電極、參比電極和輔助電極，其中工作電極由多個被絕緣介質(zhì)隔離的微電極組成，參比電極為長方形，輔助電極呈叉指狀。工作電極材料為Au，參比電極材料為Ag或AgCl，輔助電極材料為Au，各電極的有效工作長度約為12mm，傳感器長度約為24mm，每個電極焊有引出線。使用時，傳感器直接插入溶氧溶液。
由于這種三電極氧傳感器設(shè)有三個電極，其中工作電極由多個微電極組成，無透氧膜，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、不易產(chǎn)生電極化等優(yōu)點(diǎn)，其缺陷是1、傳感器本身不帶含電解質(zhì)的緩沖液，只能用于測定溶解氧，不能測定氣體氧化壓;
2、電極表面與被測溶液直接接觸，易受污染毒化，使用壽命短;
3、不設(shè)透氧膜，易受被測物質(zhì)流動產(chǎn)生的干擾，穩(wěn)定性較差。
本發(fā)明的目的在于提供一種性能穩(wěn)定、使用壽命長、既可測定溶解氧又可測定氣體氧分壓的檢測溶解氧的多電極傳感器。
圖面說明圖1為構(gòu)成檢測溶解氧的多電極傳感器中的絕緣蓋板平面視圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為圖1的B-B剖視圖。
圖4為基片上多種電極的布置圖。
圖5為絕緣蓋板1和基片2貼合時軸線處的剖視圖。
圖6為圖4的C-C剖視圖。
圖7為注入電解液后本傳感器的橫向剖視圖。
以下結(jié)合


，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。
本發(fā)明的檢測溶解氧的多電極傳感器由絕緣蓋板1、基片2、工作電極3、校驗(yàn)電極3′、參比電極4、輔助電極5、鉑薄膜電阻6以及電解液組成，其中基片2為長方體，其上端面開有一個用于布置參比電極4、輔助電極5及貯存電解液的條形凹槽，輔助電極5和環(huán)繞輔助電極5的U形參比電極4布置在條形凹槽的底面上，工作電極3和校驗(yàn)電極3′分別布置在條形凹槽的兩側(cè)，鉑薄膜電阻6沿基片2上端面的邊緣布置;絕緣蓋板1為長方體，其軸線的兩側(cè)開有若干個相互對稱的微形通孔11和一個電解液注入孔12。絕緣蓋板1形狀示于圖1～圖3，基片2上各種電極布置方式示于圖4、圖6。
絕緣蓋板1和設(shè)有多種電極的基片2貼合，從電解液注入孔12注入電解液充滿所有的微形通孔11，封閉電解液注入孔12，腔體內(nèi)的電解液由自身的表面張力保持，如圖7所示。
工作電極3由位于條形凹槽一側(cè)各微形通孔11內(nèi)形成的微電極連接而成，校驗(yàn)電極3′由位于條形凹槽另一側(cè)各微形通孔11內(nèi)形成的微電極連接而成。電極和鉑薄膜電阻6引線處用環(huán)氧樹脂密封。
絕緣蓋板1上的微形通孔11，其孔徑為0.01～0.1mm，微形通孔11的高度與孔徑比值為1∶1.5～1∶2.0，其最佳比值為1∶1.7，各微形通孔11之間的間距應(yīng)大于孔徑的3倍。
絕緣蓋板1用硅片或玻璃制成，基片2用玻璃或硅片制成，電極和鉑薄膜電阻的材料為Au、Pt、AgCl等，采用濺射或蒸鍍工藝鍍覆在基片2上，絕緣蓋板1和基片2之間的貼合采用高壓靜電鍵合或其他方式緊密結(jié)合。圖5是絕緣蓋板1和基片2貼合時軸線處的剖視圖。各電極分別焊有引出線，通過接口將各有關(guān)的電信號輸送到模擬電子線路及數(shù)字微機(jī)信號處理器處理。引線處采用環(huán)氧樹脂密封。
所有的測氧傳感器的工作電極，其特性下降的主要原因是工作電極的電極化和受微細(xì)顆粒污染毒化。本方案設(shè)有一個特性與工作電極3相同的校驗(yàn)電極3′，利用校驗(yàn)電極3′對使用了的工作電極3進(jìn)行定標(biāo)，使工作電極3延長使用壽命。測量時，特別是用于長期監(jiān)測時，二次測量儀器由微機(jī)系統(tǒng)控制，定期用校驗(yàn)電極3′獲取定標(biāo)數(shù)據(jù)，對工作電極3進(jìn)行定標(biāo)，即可達(dá)到自動校正的效果，從而使電極的使用壽命提高許多倍;校驗(yàn)電極3′也可作為工作電極3使用，此時壽命提高一倍。
用于測量液體電導(dǎo)率時，將被測液體注入傳感器的腔體內(nèi)，二次測量儀器電子開關(guān)切換至電導(dǎo)測量電路，在工作電極3和校驗(yàn)電極3′上施加恒流，根據(jù)電極3、3′上產(chǎn)生的電壓值，即可得到被測液體的電導(dǎo)率。
溫度測量值可用于溶氧和電導(dǎo)率測量時的溫度校正。
本傳感器適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋工程、環(huán)境保護(hù)、化工、制藥等行業(yè)水溶液中溶解氧的測量，體外血液中氧含量測量，液體電導(dǎo)率測量等。
實(shí)施例1一種檢測溶解氧的多電極傳感器，采用圖1～圖7所示的結(jié)構(gòu)，基片2尺寸為18.0×6.0×0.4mm，基片2上的條形凹槽尺寸為13.5×2.5×0.15mm，絕緣蓋板1尺寸為15.0×6.0×0.2mm，微形通孔11直徑為0.1mm，工作電極3和校驗(yàn)電極3′皆由25個微電極連接而成，輔助電極5長×寬為13.5×0.1mm，參比電極4寬度為0.1mm，成U形;鉑薄膜電阻6布置在基片2上端面的邊緣。
以上電極和電阻采用濺射工藝制作，絕緣蓋板1材料為硅片，其上的微形通孔11和電解液注入孔12用腐蝕法加工，基片2用玻璃制成，絕緣蓋板1和基片2之間用高壓靜電鍵合，引出線處用環(huán)氧樹脂密封。
本傳感器用于測定溶解氧時，響應(yīng)靈敏度可達(dá)1μA/PPmo2。
實(shí)施例2一種檢測溶解氧的多電極傳感器，用測體內(nèi)血液氧含量，尺寸為2.0×1.0×0.4mm，工作電極3和校驗(yàn)電極3′各由8個微電極組成，微形通孔11孔徑為0.04mm。測量時本傳感器隨心導(dǎo)管插入體內(nèi)。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用自身的電解液與被測液體或氣體接觸，既能測量溶解氧，又能測量氣體氧分壓。
2、因設(shè)有微形通孔11，電極不直接接觸被測液體或氣體，電極不易被污染毒化，同時受被測物質(zhì)流動的干擾小。
3、設(shè)有特性相同的工作電極3和校驗(yàn)電極3′，可用于測量液體的電導(dǎo)率。
4、可利用不常使用的校驗(yàn)電極3′定期地對工作電極3進(jìn)行校驗(yàn)，使傳感器使用壽命延長許多倍。
5、設(shè)有鉑薄膜電阻6，對溫度進(jìn)行校正，以提高測量精度。
權(quán)利要求
1.一種檢測溶解氧的多電極傳感器，包括基片，多個微電極構(gòu)成的工作電極，參比電極，輔助電極，其特征在于--該多電極傳感器由絕緣蓋板1、基片2、工作電極3、校驗(yàn)電極3′、參比電極4、輔助電極5、鉑薄膜電阻6以及電解液組成，其中基片2為長方體，其上端面開有一個用于布置參比電極4、輔助電極5及貯存電解液的條形凹槽，輔助電極5和環(huán)繞輔助電極5的U形參比電極4布置在條形凹槽的底面上，工作電極3和校驗(yàn)電極3′分別布置在條形凹槽的兩側(cè)，鉑薄膜電阻6沿基片2上端面的邊緣布置；絕緣蓋板1為長方體，其軸線的兩側(cè)開有若干個相互對稱的微形通孔11和一個電解液注入孔12；--絕緣蓋板1和設(shè)有多電極的基片2貼合，從電解液注入孔12注入的電解液充滿所有的微形通孔11，封閉電解液注入孔12；--工作電極3由位于條形凹槽一側(cè)各微形通孔11內(nèi)形成的微電極連接而成，校驗(yàn)電極3′由位于條形凹槽另一側(cè)微形通孔11內(nèi)形成的微電極連接而成。--電極和鉑薄膜電阻6的引出線處用環(huán)氧樹脂密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電極傳感器，其特征在于絕緣蓋板1上的微形通孔11孔徑為0.01mm～0.1mm，微形通孔11的高度與孔徑比值為1∶1.5～1∶2.0，各微形通孔11之間的間距應(yīng)大于孔徑的3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多電極傳感器，其特征在于微形通孔11的高度與孔徑的最佳比值為1∶1.7。
全文摘要
一種檢測溶解氧的多電極傳感器，包括絕緣蓋板，基片，布置在基片上的工作電極、校驗(yàn)電極、參比電極、輔助電極、鉑薄膜電阻，電解液。用于測量溶解氧、氣體氧分壓、溶液電導(dǎo)率，還可作溫度測量和對上述參量作溫度校正，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、受被測物質(zhì)流動干擾小、電極不易被污染毒化、可隨時作自動校正、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N27/30GK1051624SQ90102988
公開日1991年5月22日 申請日期1990年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月23日
發(fā)明者陳裕泉, 李光, 呂維雪 申請人:浙江大學(xué)