Teledyne Analytical Instruments氧氣傳感器技術(shù)問答集錦

Teledyne Analytical Instruments的微型燃料電池（Micro Fuel Cell）是一種獨(dú)特的電化學(xué)氧氣傳感器，通過結(jié)合以下功能提供多種氧氣傳感能力。在空氣（20.9%氧氣）中，電池的壽命為3至18個月，具體取決于電池類別。如果放在原始的氣體阻隔袋中，預(yù)期壽命每年只會縮短其“空氣中壽命”的1/20。保質(zhì)期通常為1至3年或更長。微型燃料電池（Micro Fuel Cell）的90%響應(yīng)時間為5-60秒，也取決于電池類型。

Teledyne Analytical Instruments氧氣傳感器工作原理

因此，O2傳感器作為燃料電池運(yùn)行，其輸出僅受氧氣進(jìn)入電池的速率和電池內(nèi)儲存的陽極材料量的限制。這種輸出不足以使電池用作電源，而這是大多數(shù)燃料電池的目的。然而，該電池確實(shí)提供了足夠的輸出來直接驅(qū)動儀表，或者在放大后，將提供能夠執(zhí)行更復(fù)雜功能的輸出。

Teledyne Analytical Instruments氧氣傳感器技術(shù)問題問答

Q： B-2C氧傳感器能在ppm水平的丙酮腈中工作嗎？

A： 不是。保質(zhì)期主要是氧氣暴露的函數(shù)。因此，大多數(shù)燃料電池氧傳感器都包裝在惰性氣氛中，以*大限度地延長保質(zhì)期。

Q： 樣氣壓力變化如何影響基于微燃料電池的氧氣分析儀的輸出？
A： 微型燃料氧電池是一種分壓裝置。其讀數(shù)與樣品中氧氣的分壓成正比。因此，在100%氧氣的情況下，你得到的是空氣中輸出電壓的4.78（100/20.9）倍——假設(shè)空氣中的氧氣濃度就是這個濃度。在高度潮濕的環(huán)境中，這并不完全正確。要計(jì)算對讀數(shù)的影響，首先根據(jù)校準(zhǔn)時的樣氣或壓力變化前的*后一個讀數(shù)確定氧傳感器上的壓力。然后，（**）樣氣壓力的百分比變化將反映在氧氣讀數(shù)的類似百分比變化中，如果不是完全相同的話。 示例：如果使用和校準(zhǔn)O2傳感器的標(biāo)稱壓力為75毫巴表壓，則傳感器看到的**壓力為75+1013.25=1088.25mbarA（As absolute Pr.=表壓Pr.+大氣壓Pr.） ;如果壓力變?yōu)?00毫巴，200毫巴表壓=200+1013.25=1213.25 mbarA
因此，輸出的變化=（（1213.25-1088.25）/1088.25）*100=11.486%（為正）。
Q： 醋酸乙烯酯背景是否適用于微型燃料電池氧傳感器？
A： 不會。醋酸乙烯酯幾乎會立即嚴(yán)重降低O2傳感器的性能。請勿在醋酸乙烯酯存在的情況下使用Teledyne的氧氣傳感器。

Q： 我們有一臺配備B-2C傳感器的Model 311氧分析儀。這種傳感器在區(qū)分氧氣和其他氣體方面有多大的選擇性？我們有多可能將另一種氣體記錄為氧氣，如果是這樣，是否有任何可能的候選者？
A： B-2C傳感器專用于氧氣。然而，傳感器可能會將一些氣體視為氧氣。這些將是強(qiáng)氧化劑；和氧氣一樣強(qiáng)或比氧氣更強(qiáng)的試劑，如鹵素氯、臭氧、強(qiáng)NO、過氧化物等。 一些干擾是正的，比如CL=1:2，而另一些干擾，比如CO，是負(fù)的。如有具體疑慮和問題，請隨時通過以下方式聯(lián)系Teledyne。

Q： 環(huán)境壓力/高度變化對微型燃料氧電池的輸出有什么影響？
A： 微型燃料電池是一種分壓裝置。它的輸出與它所暴露的大氣中氧氣的分壓成正比。在暴露在大氣氧氣中的傳感器受到海拔影響的情況下，請記住，隨著海拔的升高，大氣中氧氣的體積百分比是恒定的。然而，每上升100英尺，總的氣壓就會下降2.5毫米/汞柱。海平面大氣的總壓力為760毫米汞柱。在海拔100英尺處，氧氣傳感器的輸出將減少（760-2.5）/760倍。例如，100英尺高度處傳感器的新輸出=（海平面處的傳感器輸出）*（760-2.5）/760。

Q： 氧氣讀數(shù)如何響應(yīng)0.2 psi的樣氣壓力變化？
A： 由于傳感器需要通向大氣，因此傳感器會看到大氣壓力。O2傳感器的輸出與排氣壓力成正比。
因此，如果排氣壓力從1個大氣壓（14.7 psi）上升到14.9 psi，則輸出將增加系數(shù)o
f=（14.9）/（14.7） =1.014
Q： 對于每個傳感器單元（含有約2.5 mL 10%的KOH溶液），典型的引線重量是多少？
A： B-2C微量氧傳感器基于一個電化學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以鍍銀電極為陰極，鉛為陽極（壓制粒狀鉛），10%氫氧化鉀水溶液為電解質(zhì)。
下圖顯示了傳感器的橫截面圖。在氧氣存在的情況下，傳感器會產(chǎn)生從陰極流向陽極的電流，這是以下電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果：
陰極：O2+2H2O+4e->40H-
陽極：2Pb->2Pb2++4e-
制造氧電池時，標(biāo)準(zhǔn)B-2C含有6克固體鉛。電池使用后，固體鉛略有減少，電解質(zhì)中的離子鉛增加。鉛在10%KOH中的離子形式為ppm水平。該傳感器的壽命將取決于傳感器的歷史，例如它暴露在高氧氣水平下的時間和/或使用了多長時間。由于B-2C的設(shè)計(jì)是為了感應(yīng)ppm的氧氣水平，因此鉛消耗量非常低。在傳感器的壽命期間，大部分鉛不會被消耗，只有少量鉛被電池使用。因此，在B-2C傳感器壽命結(jié)束時，電解質(zhì)溶液中的鉛濃度為幾千ppm，大部分鉛仍以固體形式存在。 有時，陽極上會形成氧化鉛（注意：氧化鉛也是固體形式，鉛上有紅色晶體）。傳感器在ppm水平上產(chǎn)生的電流非常低，以至于在壽命結(jié)束時，大部分鉛仍然是固體形式。更重要的是，在壽命結(jié)束后，限制因素是電解質(zhì)的水分損失，而不是鉛的消耗。
Q： B-2C微型燃料氧電池在空氣中的O2消耗率是多少？
A： 每小時0.5毫升的氧氣
Q： 微型氧燃料電池的*低工作壓力是多少？
A： -1/3大氣壓大氣壓以下

Q： B-2和B-2C傳感器有什么區(qū)別？
A： B-2C類電池只是B-2在傳感膜上有一個夾子。規(guī)格完全相同?，F(xiàn)在Teledyne已經(jīng)夾緊了所有痕量氧氣傳感器，在這些電池上添加了一個字母C，我們不再制造B-2或A-2類電池。B-2C類電池是任何通常需要B-2或B-2C電池的應(yīng)用的正確替換傳感器。 在過去，這種夾子僅用于樣品氣體比空氣輕的應(yīng)用（如H2和HE）。由于這些氣體的流動性，膜更有可能被提起并導(dǎo)致接縫處泄漏。為了防止這種情況發(fā)生，我們增加了一個夾子來加強(qiáng)密封。 此后，我們決定將這種夾子添加到所有B-2氧電池中，并將其全部制成B-2C級?，F(xiàn)在，這個傳感器涵蓋了所有痕量氧氣應(yīng)用（含二氧化碳的樣品除外，它有自己的細(xì)胞類別A-2C）。
Q： 在甲硫醇含量高的情況下，我們可以用微型氧燃料電池測量氧氣嗎？
A： 不，這會損壞傳感器。甲硫醇（CH3SH）和H2S一樣，會毒害微型燃料電池陰極。CH3SH可溶于KOH，形成鉛鹽，會沉積在陰極或膜上。因此，我們無法通過任何微型燃料電池測量CH3SH中的O2。

Q： 如何檢查使用微型燃料電池氧傳感器的Teledyne儀器的取樣管線是否泄漏？
A： 可以通過下載此PDF文件找到該程序。
Q： 氨或氫氧化銨蒸發(fā)/冷凝會如何影響電化學(xué)氧氣傳感器的讀數(shù)？
A： 氨或氫氧化銨蒸發(fā)/冷凝會影響氧傳感器性能。如果它凝結(jié)在傳感膜的表面上，它將堵塞傳感區(qū)域，使輸出不穩(wěn)定。傳感區(qū)域上的任何冷凝物（包括水）也會起到同樣的作用。*重要的是，氨或氫氧化銨的蒸發(fā)/冷凝會對傳感器產(chǎn)生物理影響。它會產(chǎn)生腐蝕作用，腐蝕接觸板。然后輸出將減少或不穩(wěn)定。此外，它會與氧傳感器標(biāo)簽上的粘合劑發(fā)生反應(yīng)，標(biāo)簽會從傳感器上剝離。
Q： 我需要一個設(shè)備來測量主要由氦氣、微量氮?dú)夂土蚧镔|(zhì)（可能是二氧化硫）組成的背景中的低水平氧氣（1-1000ppm或更低）。我們使用了氧化鋯傳感器，我們認(rèn)為，由于硫氣體，它的讀數(shù)很低。你有傳感器推薦嗎？
A： Teledyne的A-2C和B-2C傳感器不能用于1000ppm的SO2。 如果二氧化硫低于100ppm，A-2C可能會工作，但預(yù)期壽命會降低；也許3個月。
二氧化硫與A-2C中的緩沖電解質(zhì)相容，但會形成硫酸鉛沉積物。如果沉積物形成在鉛陽極上，就不會有問題，但如果它形成在陰極上，傳感器就會死亡。
二氧化硫是一種酸性氣體。它與KOH反應(yīng)，因此B-2C傳感器也不合適。 另一種方法是使用帶有A-5傳感器的便攜式分析儀。此應(yīng)用的O2水平為1000ppm。檢測范圍可以是0-1%。在這個范圍內(nèi)，傳感器將很快從空氣中恢復(fù)。A-5使用鍍銠陰極，因此不太可能形成沉積物。
Q： 我可以在CHC1F2的背景下用B-2C傳感器測量痕量O2嗎？
A： 氯二氟甲烷（CHCIF2）是一種無色、無味、無毒的氣體，類似于CH4（3個H原子被1個Cl和2個F取代），但與CH4不同，它不易燃。 B-2C上的微量O2測量不應(yīng)有干擾。
Q： 當(dāng)Teledyne Micro燃料電池O2傳感器檢測到NO和/或CO時，會發(fā)生什么？
A： NOx通常是指NO和NO2的混合物。這是因?yàn)槿绻嬖贠2或其他氧化劑，N0很容易被氧化成NO2。 氮氧化物會干擾B-2C傳感器的氧氣檢測。理論上，1ppm NO的讀數(shù)為0.5ppm O2。
CO是一種碳氧化物，但不一定是氧化劑。它通常被認(rèn)為是一種還原劑，有點(diǎn)像H2。CO可以被O2氧化形成CO2并產(chǎn)生熱量。這種反應(yīng)不是自然發(fā)生的，必須在高溫下催化。事實(shí)上，CO可以被在1000℃下運(yùn)行的高溫燃料電池（固體氧化物燃料電池，SOFC）用來發(fā)電。10%CO產(chǎn)生1ppm O2的機(jī)制尚不清楚。CO可能會被陰極表面吸收，從而導(dǎo)致負(fù)輸出。

NO2（有時在壓力下為N2O4）是一種氧化劑。它的作用就像O2。然而，NO是復(fù)雜的。它可以被O2氧化成NO2（像還原劑一樣），但也可以被還原成N2（像氧化劑一樣）。氧化還原電位需要用于判斷NO在微型燃料電池等電化學(xué)環(huán)境中是還原劑還是氧化劑。因?yàn)殂U陽極作為還原劑比NO更強(qiáng)大，所以NO會被鉛還原，在微型燃料電池環(huán)境中也會像O2一樣起作用。

Q： 當(dāng)Teledyne氧氣傳感器（如B1、B2、B3或C3）暴露在高百分比的二氧化碳中時會發(fā)生什么？
A：
1.二氧化碳將進(jìn)入O2傳感器并與KOH電解質(zhì)反應(yīng)形成碳酸根離子。由于CO2對KOH的中和作用，傳感膜和陰極之間的電解質(zhì)層將改變pH值。然后，如果二氧化碳非常高，例如100%的二氧化碳，將觀察到傳感器的轉(zhuǎn)變響應(yīng)。*有可能的是，傳感器將變?yōu)樨?fù)值并恢復(fù)。
當(dāng)高濃度的二氧化碳持續(xù)進(jìn)入電池時，由于碳酸根離子的增加，會形成碳酸鉛。碳酸鉛將首先沉積在陰極表面上，并*初導(dǎo)致傳感器具有高偏移。更重要的是，隨著陰極上的涂層變重，O2傳感器輸出開始下降。
3.隨著碳酸鉛在陰極表面上不斷形成，由于碳酸鉛覆蓋陰極表面以及陰極和傳感膜之間的電解質(zhì)層厚度增加，傳感器將失去跨度。
4.隨著二氧化碳不斷進(jìn)入電池，它將在電池內(nèi)前進(jìn)，并在鉛陽極上形成碳酸鉛。非常致密的碳酸鉛*終會在鉛陽極上形成一層涂層。那么，將沒有更多的鉛可用于進(jìn)一步的反應(yīng)。在這個階段，傳感器將停止工作。 如果CO2暴露不高或不連續(xù)，則電池內(nèi)的碳酸鉛離子非常低，不會形成沉積物。當(dāng)傳感器暴露在正常空氣中時，少量的碳酸鉛會重新溶解。 空氣中的CO2僅為300至400ppm，不會中和15%的KOH和上述反應(yīng)。二氧化碳含量超過1%，持續(xù)暴露會導(dǎo)致上述反應(yīng)。如果二氧化碳濃度很高，例如100%的二氧化碳，那么傳感器可能會在幾個小時內(nèi)損壞。如果傳感器只在100%的二氧化碳中停留幾分鐘，那么在暴露于空氣后就會恢復(fù)，但氧傳感器的壽命會嚴(yán)重縮短。