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氧气传感器工作原理和使用时注意事项

氧在自然界中分布较广,占地壳质量的48.6%,是丰度较高的元素。在烃类的氧化、废水的处理、火箭推进剂以及航空、航天和潜水中供动物及人进行呼吸等方面均需要用氧。动物呼吸、燃烧和一切氧化过程(包括有机物的腐败)都消耗氧气。但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。在金属的切割和焊接中。是用纯度93.5%~99.2%的氧气与可燃气(如乙炔)混合,产生极高温度的火焰,从而使金属熔融。冶金过程离不开氧气。为了强化硝酸和硫酸的生产过程也需要氧。不用空气而用氧与水蒸气的混合物吹入煤气气化炉中,能得到高热值的煤气。医疗用气极为重要。

可以说在各行各业,都会或多或少用到氧气,而在一些特殊的行业,为了监测氧气的浓度等信息,会用到氧气传感器,那么氧气传感器的工作原理是什么呢?它在使用时又有哪些注意事项呢?

氧气传感器工作原理

氧气传感器包括具有催化活性的贵重金属阴极,易极化的活泼金属阳极,酸、碱、盐的水溶液、或其它离子导体构成的电解质,密闭外壳,管脚等。氧气传感器的外壳是一个密闭容器并充满电解液,此密闭容器的顶部有一个毛细微孔,允许氧气通过并进入工作电极。此时氧气将在传感器内部被电解,导致传感器内部导电离子浓度发生变化。通过测量流过两电极的电解电流可以准确感知环境中氧气浓度的变化。在适当的范围内,电解电流与氧气浓度呈良好的线性关系。

ME2-O2-Φ20电化学氧气传感器

氧气在传感器中的电化学过程被描述为:当氧气到达工作电极时,立即如反应(1)被还原成氢氧根离子:

O2+2H2O+4e→4OH-(1)

这些氢氧根离子通过电解质到达阳极(铅),与铅发生氧化反应(2),生成对应的金属氢氧化物。

2Pb+4OH-→2Pb(OH)2+4e(2)

总电池反应:

O2+2Pb+2H2O=2Pb(OH)2(3)

反应生成的电流大小相应地取决于氧气扩散速度,氧气的扩散速度则取决于氧分压和毛细孔孔径的大小。可外接一只已知电阻来测量产生的电势差,这样就可以准确测量出氧气的浓度。

电化学反应中,活泼金属铅参与到氧化反应中被不断消耗和钝化,使传感器具有一定的使用期限,当所有可利用的活泼金属铅完全被氧化或钝化时,传感器将停止工作。通常氧气传感器的预期使用寿命为1-2年,但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触阳极的氧气量来延长传命。

电化学传感器对要检测的气体有很高的灵敏度,但对其它干扰气体的灵敏度则可以很好的分辨开,选择性主要通过以下几种手段来实现:

1、针对不同的反应,采用不同的催化剂制备催化电极。

2、由于每种气体都有各自的较佳反应电位,通过调节工作电极和参比电极间的偏置电压也可较好的提高传感器的选择性。

3、针对干扰气体的物理化学性质选择合适的过滤层也可改善传感器的选择性。

氧气传感器使用时的注意事项

1、气体灵敏度测定时,请在洁净的大气中进行;

2、直接把测定气体对传感器的通气面强烈吹风的状态下测定时,对气体的灵敏度将会很高。气体灵敏度测定时,应避免测定气体从正面吹来;

3、气体的通气面不要阻塞、不要污染,有时孔堵塞是导致灵敏度低下的原因;

4、电解液泄漏会造成损害,请不要随意拆开传感器;

5、传感器避免接触有机溶剂、涂料、药剂、油类及高浓度气体;

6、高浓度的气体环境中长时间使用后恢复到初期状态较缓慢;

7、不可过度的撞击或震动;

为了传感器可以正常的使用,所以还请在使用规格允许范围内使用传感器。

 

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