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具有无孔参比接界的 传感器

阅读：785发布：2020-05-08

专利汇可以提供具有无孔参比接界的传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及具有无孔参比接界的传感器。根据本公开的至少一个方面，公开了一种用于测量介质的电化学传感器的参比半电池。所述参比半电池包括：壳体，所述壳体限定包含电解质的腔室，所述壳体包括具有穿过其中的孔的壁；以及电极，所述电极被布置在所述腔室中的所述电解质中。所述参比半电池还包括参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得所述参比接界与所述壳体壁之间的交界面是不可渗透的。所述参比接界是电气导电或离子导电的且对于所述被测介质和所述电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得能够在所述电极处实现恒定电位。还公开了采用所述参比接界的电化学传感器和氧化还原电位传感器。，下面是具有无孔参比接界的传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种参比半电池，所述参比半电池用于测量被测介质的至少一个被测变量的电化学传感器，所述参比半电池包括：
壳体，所述壳体限定包含电解质的腔室，所述壳体包括具有穿过所述壳体的孔的壁；
电极，所述电极被布置在所述腔室中的所述电解质中；以及
参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得所述参比接界与所述壳体壁之间的交界面是不可渗透的，其中所述参比接界是电气导电或离子导电的且对于所述被测介质和所述电解质是不可渗透的，并且其中所述参比接界使得电流能够在所述电极与测量半电池之间流动并且在所述电极处维持恒定电位。
2.根据权利要求1所述的参比半电池，其中，所述参比接界基本上由三氟化镧组成。
3.根据权利要求1所述的参比半电池，其中，所述参比接界基本上由含碳化合物组成，特别是由石墨、玻璃状碳或石墨烯组成。
4.根据权利要求1所述的参比半电池，其中，所述参比接界基本上由具有小于2千兆欧姆的阻抗的离子导电玻璃组成。
5.根据权利要求1所述的参比半电池，其中，所述电极是涂覆有卤化银的银线。
6.根据权利要求5所述的参比半电池，其中，所述卤化银是氯化银，并且其中所述电解质包括氯化钾。
7.根据权利要求1所述的参比半电池，其中，所述电解质是凝胶、液体或固体。
8.一种用于测量介质的至少一个被测变量的电化学传感器，所述电化学传感器包括：
测量半电池，所述测量半电池包括：测量壳体，所述测量壳体包括测量电极；测量电解质；以及离子选择性感测元件，所述离子选择性感测元件对所述介质的一个种类敏感；以及参比半电池，所述参比半电池包括：
参比壳体，所述参比壳体限定包含参比电解质的腔室，所述参比壳体包括具有穿过所述壳体的孔的壁；
参比电极，所述参比电极被布置在所述腔室中的所述参比电解质中；以及参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得所述参比接界与所述壳体壁之间的交界面是不可渗透的，其中所述参比接界是电气导电或离子导电的且对于所述介质和所述参比电解质是不可渗透的，并且其中所述参比接界使得电流能够在所述参比电极与所述测量电极之间流动并且在所述参比电极处维持恒定参比电位。
9.根据权利要求8所述的电化学传感器，其中，所述参比接界基本上由三氟化镧组成。
10.根据权利要求8所述的电化学传感器，其中，所述参比接界基本上由含碳化合物组成，特别是由石墨、玻璃状碳或石墨烯组成。
11.一种用于测量介质的至少一个被测变量的氧化还原电位传感器，所述氧化还原电位传感器包括：
参比半电池，所述参比半电池包括：
参比壳体，所述参比壳体限定包含参比电解质的腔室，所述参比壳体包括具有穿过所述壳体的孔的壁；
参比电极，所述参比电极被布置在所述腔室中的所述参比电解质中；以及参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得所述参比接界与所述壳体壁之间的交界面是不可渗透的，其中所述参比接界是电气导电或离子导电的且对于所述介质和所述参比电解质是不可渗透的；以及
测量电极，其中所述参比接界使得电流能够在所述参比电极与所述测量电极之间流动并且在所述参比电极处维持恒定参比电位。
12.根据权利要求11所述的氧化还原电位传感器，其中，所述参比接界基本上由三氟化镧组成。
13.根据权利要求11所述的氧化还原电位传感器，其中，所述参比接界基本上由含碳化合物组成，特别是由石墨、玻璃状碳或石墨烯组成。

说明书全文

具有无孔参比接界的传感器

技术领域

[0001] 本公开总体上涉及电化学传感器，特别是具有无孔接界的电化学传感器。

背景技术

[0002] 电化学传感器通常用于在化学、环境分析、生物化学、生物技术、制药、食品技术和水管理的许多领域中确定被测介质(实验室测量和工业过程测量)中的某些物质(例如，分析物)的浓度。传统电化学传感器通常包括：测量半电池，所述测量半电池形成取决于被测介质中的分析物的浓度的电位；参比半电池，所述参比半电池输出独立于所述分析物浓度的电位；以及测量电路，所述测量电路生成表示测量半电池与参比半电池之间的电位差的测量信号。

[0003] 电化学传感器的参比半电池通常被实现为第二类电极，例如，作为银/氯化银电极(Ag/AgCl电极)。这种参比半电池通常具有包含在电绝缘材料的壳体中的参比电解质，氯化银线延伸到所述壳体中。参比电解质可以是例如3摩尔KCl溶液。参比半电池通常还包括布置在壳体壁的壁中的参比接界，所述参比接界是通道或多孔隔膜，参比电解质通过所述通道或多孔隔膜经由液体-液体交界面与周围待测介质(即，被测介质)处于离子导电接触。

[0004] 无论通道(例如，形成小毛细管通道的线束)还是多孔隔膜(例如，具有给定的孔的数量和尺寸分布的陶瓷或聚四氟乙烯)，这种参比接界的缺点是：由于参比电解质的污染或稀释，所生成的参比电位在传感器的使用寿命中可能无法保持不变。例如，由于参比电解质和被测介质之间的浓度差异，可能会通过参比接界在两个方向上发生扩散。被测介质中的化学组成物可以扩散到参比电解质中，从而污染参比电解质并致使参比电位的偏差。在相反方向上，可能发生参比电解质的损失或参比电解质的浓度的变化。这种变化可以由参比电解质与被测介质之间的扩散和/或压力以及温度梯度驱使。此外，这种多孔参比接界可能变得堵塞(特别是在被测介质或电解质是粘性介质的情况下)，因此通过负面地影响测量半电池与参比半电池之间的导电性来降低电化学传感器的性能。

[0005] 因此，仍需要在该技术领域中作出进一步贡献。发明内容

[0006] 根据本公开的至少一个方面，一种用于测量被测介质的至少一个被测变量的电化学传感器的参比半电池，包括：壳体，所述壳体限定包含电解质的腔室，所述壳体包括具有穿过其中的孔的壁；电极，所述电极被布置在腔室中的电解质中；以及参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得参比接界与壳体壁之间的交界面是不可渗透的。在这种实施例中，参比接界是电气导电或离子导电的且对于被测介质和电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得电流能够在电极与测量半电池之间流动并且在电极处维持恒定电位。

[0007] 在根据本公开的至少一个实施例中，参比接界基本上由三氟化镧组成。在实施例中，参比接界基本上由含碳化合物组成。在另一个实施例中，参比接界基本上由石墨组成。在某些实施例中，参比接界基本上由玻璃状碳组成。在某些实施例中，参比接界基本上由石墨烯组成。在又一个实施例中，参比接界基本上由阻抗小于2千兆(giga)欧姆的离子导电玻璃组成。

[0008] 在至少一个实施例中，电极是涂覆有卤化银的银线。在某些实施例中，卤化银是氯化银，并且其中电解质包括氯化钾。电解质是凝胶、液体或固体。

[0009] 根据本公开的另一方面，一种用于测量介质的至少一个被测变量的电化学传感器，包括：测量半电池，所述测量半电池包括：测量壳体，所述测量壳体包括测量电极；测量电解质；以及离子选择性感测元件，所述离子选择性感测元件对介质的一个种类敏感。电化学传感器还包括参比半电池，所述参比半电池包括：参比壳体，所述参比壳体限定包含参比电解质的腔室，所述参比壳体包括具有穿过其中的孔的壁；参比电极，所述参比电极被布置在腔室中的参比电解质中；以及参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得参比接界与壳体壁之间的交界面是不可渗透的。在这种实施例中，参比接界是电气导电或离子导电的且对于介质和参比电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得电流能够在参比电极与测量电极之间流动并且在参比电极处维持恒定参比电位。

[0010] 根据本公开的另一方面，一种用于测量介质的至少一个被测变量的氧化还原电位传感器，包括：参比半电池，所述参比半电池包括：参比壳体，所述参比壳体限定包含参比电解质的腔室，所述参比壳体包括具有穿过其中的孔的壁；参比电极，所述参比电极被布置在腔室中的参比电解质中；参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得参比接界与壳体壁之间的交界面是不可渗透的；以及测量电极。在这种实施例中，参比接界是电气导电或离子导电的且对于介质和参比电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得电流能够在参比电极与测量电极之间流动并且在参比电极处维持恒定参比电位。附图说明

[0011] 所描述的实施例和本文包含的其它特征、优点和公开内容以及获得它们的方式将变得显而易见，并且通过参考本公开的结合附图加以考虑的各种实施例的以下描述，将更好地理解本公开，在附图中：

[0012] 图1示出根据本公开的参比半电池的实施例的横截面视图；

[0013] 图2示出根据本公开的电位测定传感器的实施例的横截面视图；

[0014] 图3示出根据本公开的电位测定传感器的实施例的横截面视图；

[0015] 图4示出根据本公开的电位测定传感器的实施例的横截面视图；并且

[0016] 图5示出根据本公开的氧化还原电位传感器的实施例的横截面视图。

具体实施方式

[0017] 本申请公开了参比接界和传感器的各种实施例以及使用和构造它们的方法。根据本公开的一个方面，公开了一种参比接界，所述参比接界是电气导电或离子导电的、无孔的并且对于参比电解质和待测介质二者都是不可渗透的。根据本公开的另一方面，公开了参比半电池和传感器，包括采用了所公开的参比接界的新颖的且具创造性的电位测定、电流测定和氧化还原电位传感器。所公开的参比接界实现了不易因接界的堵塞或参比电解质的稀释而漂移并且防止待测介质的污染的传感器，从而产生比传统传感器更可靠且寿命更长的创造性传感器。为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所示出的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解，因此不旨在限制本公开的范围。

[0018] 图1示出根据本公开的至少一个实施例的参比半电池10，所述参比半电池10被部分地浸没在被测介质8中。被测介质8是将被确定或测量的分析物的介质。作为非限制性示例，被测介质8可以是水溶液，诸如废水或饮用水，并且分析物可以是氢离子、氟离子、钠离子、银离子、铅离子、镉离子和/或钾离子。

[0019] 参比半电池10可以包括限定体积的参比壳体3，所述参比壳体3包含参比电解质5。参比壳体3和其中限定的体积可以是用于参比半电池10的给定实施方式的任何合适形状，作为非限制性示例，包括基本圆筒形形状，如图1中所示。参比壳体3可以是电绝缘材料，例如玻璃或合成材料，诸如塑料。按配方制造参比电解质5，以使得电流能够流动通过。参比电解质5可以是例如3摩尔氯化钾(KCl)水溶液或一些其它合适的碱金属卤化物溶液。在某些实施例中，参比电解质5可以是粘性材料，诸如凝胶或固体材料。

[0020] 参比半电池10包括参比接界9，所述参比接界9可以穿过参比壳体3的壁被布置在孔4中，如图1中所示。参比接界9使得电流能够跨过参比接界9经由被测介质8在参比半电池10的参比电极7与测量电极(图1中未示出)之间流动。在某些应用中，参比接界9可以被称为隔膜。参比接界9可以基本上由对于参比电解质5和被测介质8二者都是不可渗透的电气或离子导电的无孔材料制成、构成或组成。在某些实施例中，参比接界9可以是固体材料。

[0021] 参比接界9可以被布置在孔4中，使得参比壳体3与参比接界9之间的界面对于参比电解质5和被测介质8二者都是不可渗透的，如本文进一步描述的。如本文所使用，“不可渗透”是指不论通过界面或是通过参比接界9，分子或离子中的任何一种都不会发生质量传递。作为非限制性示例，可以通过焊接、钎焊、焊合、用垫圈或O形环、粘合剂或密封剂密封或通过将参比接界9密封到其中包含有参比电解质5的壳体(诸如，参比壳体3)的任何其它合适的过程来使界面不可渗透。

[0022] 参比半电池10还可以包括延伸到参比电解质5中的参比电极7。参比电极7与经由参比接界9与被测介质8接触的参比电解质5形成参比电极。在至少一个实施例中，参比电极7可以是金属电极，例如氯化银线。在某些实施例中，参比半电池10可以是第二类型的电极，具体的说是银/氯化银(Ag/AgCl)电极，其中参比电解质5包括氯离子。在替代实施例中，参比半电池10可以包括参比电极7和参比电解质5的其它已知组合，从而形成其它已知类型的电极。

[0023] 参比接界9使得电流能够通过参比电解质5和被测介质8从参比电极7流到测量电极，参比半电池10至少部分浸没在被测介质8中。参比接界9还使得电流能够通过参比电解质5和被测介质8从测量电极流到参比电极7。参比半电池10至少部分浸没在被测介质8中，使得参比接界9与被测介质8接触。参比接界9可以与被测介质8处于电气导电接触或离子导电接触。

[0024] 电流流动使得能够对被测介质8进行电化学测量，例如电位测定测量或电流测定测量。参比半电池10可以包括与参比电极7相关联的连接6。经由连接6，参比半电池10生成独立于被测介质8的被测变量或其它离子浓度的稳定参比电位。稳定参比电位使得能够由无孔参比接界9实现，这防止了参比电解质5从参比壳体3流出到被测介质8中并且防止被测介质8流入到参比壳体3中。

[0025] 无孔参比接界9防止参比电解质5以及其成分从参比壳体3的体积质量传递到被测介质8，并且防止参比电解质5以及其成分从被测介质8传递到参比壳体3。无孔、不可渗透的参比接界9防止参比电解质5从参比壳体3流出到被测介质8中，并且防止被测介质8流入到参比壳体3内的参比电解质5中，从而防止二者的污染和/或稀释。因为参比电解质5和被测介质8都不能扩散到或穿过参比接界9或参比接界9与参比壳体3之间的界面，所以参比电极7处的电位不会随时间改变。因此，无论是由于参比接界9的孔的堵塞还是由于参比电解质5的污染或稀释(这些在具有传统、多孔参比接界的某些应用中是常见问题)导致由这种传统参比半电池生成的参比电位的漂移的问题，参比电位都不会随着时间而降低，并且因此参比半电池10的性能也不会随着时间而降低。此外，参比接界9使得能够实现相对较低噪声或基本上无噪声的参比电位。相对于传统的参比接界，参比接界9使得参比半电池能够在更长的寿命周期内更可靠。

[0026] 参比接界9可以基本上由具有导电性的无孔材料制成、构成或组成，所述无孔材料包括诸如离子导电材料、导电聚合物、固体电解质材料、导电氧化物和陶瓷材料、掺杂玻璃材料和含碳化合物的非限制性示例。参比接界9还可以包括具有晶体缺陷的晶格结构，从而使得能够实现导电性而不会发生质量传递。

[0027] 在至少一个实施例中，参比接界9可以是三氟化镧(LaF3)。可以采用这样的实施例，其中被测介质的氟化物含量相对较低且/或不显著变化，使得氟化物含量或其变化对被测变量(例如，pH或ORP)的值的贡献显著低于(例如，小于5％)待测分析物的贡献。在替代实施例中，参比接界9可以是碳的含碳化合物或同素异形体，诸如石墨、石墨烯或玻璃状碳(例如，有时称为玻璃碳或玻璃态碳)。在更多实施例中，参比接界9可以是离子导电玻璃，所述离子导电玻璃被掺杂或按配方制造成使得能够以低阻抗(例如小于2千兆欧姆(GΩ)，或者在某些实施例中小于1GΩ)实现离子导电性。在这种实施例中，虽然参比接界9可以被按配方制造成具有与传统的pH玻璃相同的离子导电性，但对氢离子不敏感，这与传统的pH玻璃不同。例如，在被测介质的钠含量相对稳定的应用中，参比接界9可以是钠选择性玻璃，所述钠选择性玻璃被按配方制造成对氢离子不敏感并且在参比半电池中采用，用于测量被测介质的pH值。原则上，参比半电池10的阻抗和相应测量半电池的阻抗的总和应当低，通常小于3GΩ；然而，总阻抗没有明确的边界要求。因此，作为非限制性示例，参比接界9可以具有小于1GΩ到2GΩ的阻抗。

[0028] 在被测介质8是高纯度水的应用中，参比接界9可能是有利的。例如，参比接界9可以在被用于分析高纯度水的参比半电池中采用，诸如在发电厂、食品和饮料生产过程以及药物生产过程中采用。在这种应用中，从包含某些离子的参比电解质5到包含很少这种离子的高纯度水的参比接界9上存在相对陡峭的浓度梯度。陡峭的浓度梯度倾向于强有力地驱动离子从参比电解质(例如，来自KCl电解质的氯离子)通过传统参比接界扩散，这可能污染被测介质并致使参比半电池的参比电位随着电解质离子的浓度降低而漂移。

[0029] 在被测介质8是粘性的应用中，参比接界9可能是有利的。在这种应用中，参比接界9的无孔、不可渗透性质将防止参比接界9的堵塞，这能够致使传统参比半电池中的参比电位的偏移。用于参比接界9的材料的选择可以包括被测介质8的成分。参比接界9的材料可以包括离子，所述离子在被测介质8中不以显著浓度存在或者随时间推移相对稳定。例如，在被测介质具有小的或至少稳定的氟化物浓度的情况下，可以采用参比接界9是三氟化镧的实施例。

[0030] 包括参比接界9的参比半电池10可以在各种实施例中实施，这取决于具体应用和测量介质中的待测目标分析物。图2示出根据本公开的采用参比接界109的电化学传感器的示例性传感器的电位测定传感器或电流测定传感器100，所述传感器100部分地浸没在被测介质113中。电化学传感器包括例如pH、氧化还原电位、溶解氧、氟化物和氯传感器等等。

[0031] 传感器100包括参比半电池101和测量半电池115。如图1中所示的实施例中，参比半电池101和测量半电池115可以组合在共用壳体110中，该共用壳体110具有用于测量半电池115和参比半电池101的单独腔室。在替代实施例中，参比半电池101和测量半电池115可以被布置在单独的壳体中，或者参比半电池101可以被布置在壳体中，并且测量半电池115可以与参比半电池101相邻布置，如本文进一步描述。

[0032] 共用壳体110可以包括内部腔室123，所述内部腔室123至少部分地限定测量半电池115。测量半电池115可以包括感测元件117，当与被测介质113接触时，所述感测元件117上形成取决于被测介质113中的目标离子浓度的电位。在某些实施例中，感测元件117可以罩住内部腔室123的远端，如图2中所示。感测元件117可以是离子敏感隔膜。在至少一个实施例中，感测元件117是形成取决于被测介质113的pH值的电位的pH敏感隔膜，例如pH敏感玻璃隔膜。在替代实施例中，感测元件117是三氟化镧(LaF3)的晶体，其可以掺杂有氟化铕(EuF2)以提供氟化物敏感隔膜。在又进一步实施例中，感测元件117可以是氯离子或氧离子敏感材料。

[0033] 包含在内部腔室123中的是内部电解质119，测量电极121至少部分地浸没到所述测量电解质119中。在感测元件117是pH敏感玻璃隔膜的实施例中，内部电解质119可以是pH缓冲溶液。在某些实施例中，测量电极121可以是氯化银线。

[0034] 共用壳体110可以包括外部腔室103，其至少部分地限定参比半电池101。在至少一个实施例中，如图2中所示，共用壳体110可以包括围绕内部腔室123的外部腔室103，使得参比半电池101大致上围绕测量半电池115。本文进一步描述了内部腔室123和外部腔室103的替代配置。参比半电池101可以包括包含在外部腔室103内的参比电解质105。参比半电池101还可以包括延伸到参比电解质105中的参比电极107。在示例性实施例中，参比电解质
105可以是3摩尔KCl溶液。在这种实施例中或在另一实施例中，参比电极107可以是氯化银线。

[0035] 参比半电池101包括参比接界109，所述参比接界109可以被布置在外部腔室103的壁中，从而在操作中实现参比电解质105与被测介质113之间的电连通。在至少一个实施例中，参比接界109可以穿过外部腔室103的壁被布置在孔112中，如图2中所示。参比接界109可以被布置在孔112中，使得外部腔室103与参比接界109之间的界面对于参比电解质103和被测介质113二者都是不可渗透的。参比接界109可以被实现为具有与参比接界9相同或相似的结构和功能特征以及性质，至少包括是电气导电或离子导电的、无孔的、不可渗透材料。

[0036] 如图2中所示，传感器100可以包括插塞129，该插塞129密封包括内部腔室123和外部腔室103的共用壳体110的近端。在这种实施例中，测量半电池115的测量电极121和参比半电池101的参比电极107可以延伸通过插塞129。在某些实施例中，电气连接到所述电极107、121中的每个电极的电缆引导件111可以延伸通过插塞129。传感器100还可以包括测量电路127，该测量电路127与测量半电池115的测量电极121以及参比半电池101的参比电极
107电气连通。在某些实施例中，测量电路127可以经由电缆引导件111电气连接到参比电极
107和测量电极121。测量电路127被配置成确定参比电极107与测量电极121之间的电位差或电流，所述电位差或电流表示被测介质113中的目标离子(即，分析物)的浓度。在感测元件117是pH敏感隔膜的实施例中，由测量电路127确定的电位差代表被测介质113的pH值。

[0037] 在某些实施例中，测量电路127将电位差变换和/或放大为传感器100的测量信号。在这种实施例中，测量半电池115是第一电流半元件，所述第一电流半元件经由感测元件
117与被测介质113接触，而参比半电池101是第二电流半元件。因此，电极107、121之间可测量的电位差与传感器100的原电池电压相对应，该原电池电压取决于被测介质113中的目标离子的浓度。在至少一个实施例中，原电池电压取决于被测介质113的pH值。测量电路127可以被配置成经由电缆连接或无线连接，用于与上级单元(例如，测量发送器、计算机或过程控制站)通信。在这种实施例中，测量电路127可以被相应地配置成将测量信号输出到上级单元，所述上级单元可以处理所述测量信号、经由用户界面输出所述测量信号、存储所述测量信号和/或将测量信号转发到另一个上级单元(例如，过程控制站)。

[0038] 图3示出根据本公开的实施例的电位测定传感器或电流测定传感器300的替代实施例，所述传感器300部分地浸没在被测介质113中。如图3中所示，传感器300可以包括彼此相邻布置的、至少部分地封闭在共用壳体310中的测量半电池315和参比半电池301。共用壳体310可以包括端壁311，在操作中，测量半电池315和参比半电池301可以通过所述端壁311延伸到被测介质113中。在某些实施例中，测量半电池315和参比半电池301可以彼此相邻布置，以便使得电流能够在没有共用壳体的情况下流动。

[0039] 测量半电池315可以包括第一壳体323，感测元件317可以在元短处罩住所述第一壳体323，当与被测介质113接触时，所述感测元件317上形成取决于被测介质113中的目标离子的浓度的电势。在至少一个实施例中，感测元件317具有与本文所述的感测元件117相同或相似的功能特征和性质。包含在第一壳体323中的是内部电解质319，测量电极321至少部分地浸没到所述内部电解质319中。在感测元件317是pH敏感玻璃隔膜的实施例中，内部电解质319可以是pH缓冲溶液。在某些实施例中，测量电极321可以是氯化银线。

[0040] 参比半电池301可以包括第二壳体303和包含在该第二壳体303内的参比电解质305，参比电极307至少部分地浸没到所述参比电解质305中。参比半电池301还可以包括与参比电解质305接触的参比接界309。在某些实施例中，参比接界309可以罩住第二壳体303的远端，如图3中所示。在替代实施例中，参比接界309可以被布置在第二壳体303的端壁或其它壁(未示出)中的孔中，使得参比接界309与参比电解质305接触。参比接界309可以被固定到第二壳体303，使得参比接界309与第二壳体303之间的交界面对于参比电解质305和被测介质113是不可渗透的。

[0041] 在操作中，参比接界309使得参比电极307与测量电极321之间在操作中能够经由参比电解质305和被测介质113电气连通。参比接界309可以被实现为具有与参比接界9相同或相似的结构和功能特征以及性质，该参比接界309包括是电气导电或离子导电的、无孔的、不可渗透材料。

[0042] 图4示出根据本公开的实施例的电位测定传感器或电流测定传感器400的替代实施例，所述传感器400部分地浸没在被测介质113中。如图4中所示，传感器400可以包括测量半电池415和参比半电池401，所述测量半电池415和参比半电池401彼此相邻布置并且至少部分地封闭在共用壳体410中。共用壳体410可以包括限定测量腔室423和参比腔室403的多个分隔壁，所述多个分隔壁通过端壁411与环境分开。在至少一个实施例中，在操作中，至少测量腔室423可以延伸穿过端壁411并延伸到被测介质113中。在替代实施例中，测量腔室423和参比腔室403可以被布置在单独的壳体中。

[0043] 测量半电池415包括测量腔室423，所述测量腔室423可以包含测量电解质419，测量电极421至少部分地浸没到所述测量电解质419中。测量半电池415还可以包括感测元件417，当与被测介质113接触时，所述感测元件417上形成取决于被测介质113中的目标离子的浓度的电位。感测元件417可以罩住测量腔室423的远端，所述测量腔室423从共用壳体
410延伸穿过端壁411。在至少一个实施例中，感测元件417具有与本文所述的感测元件117相同或相似的功能特征和性质。

[0044] 参比半电池401包括参比腔室403，所述参比腔室403可以与测量半电池415的测量腔室423相邻布置。在某些实施例中，参比腔室403可以围绕测量腔室423，如图4中所示，并且可以包含参比电解质405，参比电极407至少部分地浸没到所述参比电解质405中。在示例性实施例中，参比电解质405可以是3摩尔KCl溶液。在另一实施例中，参比电极407可以是氯化银线。

[0045] 参比半电池401包括参比接界409，该参比接界409与参比电解质405和被测介质113接触。在某些实施例中，参比接界409可以罩住参比壳体403的远端。替代地，如图4中所示，参比接界409可以延伸穿过端壁411中的孔412，使得参比接界409与端壁411之间的交界面对于参比电解质419和被测介质113是不可渗透的。在至少一个实施例中，测量半电池415的测量腔室423可以是圆筒形的，并且参比接界409可以是围绕测量腔室423的与感测元件
417相邻的远端的环或套环，如图4中所示。这种实施例可能需要较低的制造成本并且为传感器400产生更高的产品可靠性。

[0046] 在操作中，参比接界409使得参比电极407与测量电极421之间能够经由参比电解质405、测量电解质419和被测介质113电气连通。参比接界409可以被实现为具有与参比接界9相同或相似的结构和功能特征以及性质，该参比接界409包括是电气或离子导电的、无孔的、不可渗透材料。

[0047] 图5示出根据本公开的实施例的部分浸没在被测介质113中的氧化还原电位传感器500的实施例。作为非限制性示例，可以采用传感器500，以控制饮用水和游泳池中的氧化剂(例如，氯)含量，或者控制使用生物处理溶液移除污染物的废水处理过程，其中传感器500可以提供对被测介质113中的氧化剂和还原剂的测量。如图5中所示，传感器500可以包括彼此相邻布置的测量半电池515和参比半电池501。在某些实施例中，测量半电池515和参比半电池501可以至少部分地封闭在共用壳体(未示出)中。

[0048] 测量半电池515可以包括电气地连接到测量电极517的导体521，当与被测介质113接触时，所述测量电极517上形成取决于被测介质113中的目标离子的浓度的电位。导体521以及导体521与测量电极517之间的连接可以由电气绝缘材料覆盖。在某些实施例中，测量电极517上的电位可以取决于被测介质113中的氧化剂和还原剂的浓度。在至少一个实施例中，测量电极517可以是贵金属或其合金。作为非限制性示例，测量电极517可以是金或铂。在至少一个实施例中，测量电极517是传感器500的感测元件。

[0049] 参比半电池501可以包括参比壳体503和包含在参比壳体503内的参比电解质505，参比电极507至少部分地浸没到所述参比电解质505中。在示例性实施例中，参比电解质505可以是3摩尔KCl溶液。在另一实施例中，参比电极507可以是氯化银线。

[0050] 参比半电池501还包括参比接界509，该参比接界509与参比电解质505和被测介质113接触。在某些实施例中，参比接界509可以罩住参比壳体503的远端。在替代实施例中，参比接界509可以被布置在参比壳体503的端壁或其它壁(未示出)中的孔中，使得参比接界
509与参比电解质505和被测介质113接触。参比接界509可以被固定到参比壳体503，使得参比接界509与参比壳体503之间的交界面对于参比电解质505和被测介质113是不可渗透的。

[0051] 在操作中，参比接界509使得参比电极507与测量电极517之间能够经由参比电解质505和被测介质113电气连通。参比接界509可以被实现为具有与参比接界9相同或相似的结构和功能特征以及性质，参比接界509包括是电气或离子导电的、无孔的、不可渗透材料。

[0052] 参比电解质5、105、305、405、505、测量电解质119、319、419、参比电极7、107、307、407、507、测量电极121、321、421以及感测元件117、317、417可以包括本领域普通技术人员已知的结构和功能特征以及性质，并且它们可以由受益于本公开的普通技术人员选择用于本公开的实施例的具体应用。

[0053] 虽然本文已相当详细地描述了参比接界和参比半电池的各种实施例以及用于使用和构造它们的方法，但是仅借助于本文所述的公开内容的非限制性示例来提供所述实施例。因此，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以作出各种改变和修改，并且可以用等效形式替换所述实施例的要素。实际上，本公开不旨在穷举或限制本公开的范围。

[0054] 此外，在描述代表性实施例时，本公开可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤的次序。然而，在某种程度上，所述方法或过程不应受限于所阐述的特定步骤的次序，所述方法或过程不应限于所描述的特定步骤次序。其它步骤的次序也是可能的并且保持在本公开的范围内。

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