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威格氣體純化科技（蘇州）股份有限公司
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閱讀：2636發(fā)布時(shí)間：2021-11-18
對于手套箱來說，用于檢測其內(nèi)部的氧氣含量的氧氣傳感器是一個非常關(guān)鍵的部件，在客 戶處安裝設(shè)備的時(shí)候，客戶也經(jīng)常問我關(guān)于氧傳感器的問題，所以我們很有必要了解其工作原理及檢測方法。目前市場上主要有兩種傳感器，即電化學(xué)燃料電池和氧 化鋯，這兩種傳感器的工作原理有很大的差別。
一． 電化學(xué)燃料電池
1. 工作原理
電化學(xué)燃料電池是以氧氣作為正極，金屬鉛作為負(fù)極，電解質(zhì)為氫氧化鉀。電解質(zhì)和金屬鉛被封裝在一個小的圓柱形容器內(nèi)，開口使用聚四氟乙烯膜封上，氧氣可以 通過聚四氟乙烯膜擴(kuò)散進(jìn)入電池，當(dāng)氧氣在正極上得到電子而金屬鉛在負(fù)極上失去電子從而產(chǎn)生電流，電流值的大小和氧氣濃度成正比。當(dāng)沒有氧氣時(shí)就沒有電流。 因此，電化學(xué)燃料電池的零點(diǎn)是準(zhǔn)確的，校正時(shí)只需要單點(diǎn)校正。正是因?yàn)殡娀瘜W(xué)燃料電池的零點(diǎn)準(zhǔn)確，所以它非常適合用于微量氧氣的分析檢測。
雖然電化學(xué)燃料電池含有消耗性材料金屬鉛，但在手套箱上使用時(shí)，由于氧氣含量很低，所以不會被消耗完。電池失效主要是由于電解質(zhì)中的水?dāng)U散出聚四氟乙烯薄 膜而使電解質(zhì)失效，通常壽命為兩年。當(dāng)燃料電池失效使得氧氣分析儀檢測不準(zhǔn)時(shí)，用戶只需要更換分析儀中的燃料電池即可，其更換費(fèi)用不到整個分析儀價(jià)格的三 分子一。
電化學(xué)燃料電池檢測氧氣是一個常溫下的氧化還原化學(xué)過程，因此受少量普通有機(jī)溶劑的影響小，但如果氣體中含有強(qiáng)氧化性或酸性氣體如Cl2，HCl和H2S時(shí)，不適合使用電化學(xué)燃料電池氧分析儀。
2. 優(yōu)點(diǎn)
a) 零點(diǎn)準(zhǔn)確，不易漂移，只需要單點(diǎn)校正
b) 較強(qiáng)的抗有機(jī)溶劑影響的能力
c) 更換費(fèi)用低，只需要更換燃料電池
3. 缺點(diǎn)
a) 燃料電池長時(shí)間與高濃度氧氣接觸會影響其壽命，電池需要保存在惰性氣氛中
b) 不能用于檢測高溫氣體
c) 不能用于檢測氣體中含有酸性氣體和強(qiáng)氧化性氣體如Cl2，HCl和H2S
二． 氧化鋯傳感器
1．工作原理
氧化鋯傳感器的結(jié)構(gòu)是氧化鋯膜夾在兩個Pt電極之間，在高溫下（700℃以上）氧化鋯中的氧離子可以自由的移動，可以傳導(dǎo)氧離子但不導(dǎo)電。當(dāng)氧化鋯膜兩邊 的氧濃度不同時(shí)，兩個電極之間會產(chǎn)生一個電壓，電壓與氧濃度的對數(shù)成正比關(guān)系，因此，氧化鋯傳感器檢測的是氧化鋯膜兩邊的氧氣濃度差。當(dāng)要檢測一未知?dú)怏w 中的氧濃度時(shí)，氧化鋯膜的另一邊需要是一個已知氧濃度的氣體，即參考?xì)怏w。普通氧化鋯傳感器的參考?xì)怏w均為空氣。由此可見，氧化鋯傳感器更適合檢測氧濃度 接近空氣的氣體。當(dāng)檢測1ppm的氣體時(shí)，其濃度差超過20萬倍，精確檢測的難度很大，需要經(jīng)常校正，是在每次檢測之前使用標(biāo)準(zhǔn)氣標(biāo)定。
氧化鋯傳感器的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間快，可以在高溫、高壓、低壓下測量氧氣濃度，如鍋爐尾氣等。暴露在空氣中或在空氣中儲存不會影響其性能，因此操作方便。
氧化鋯傳感器的缺點(diǎn)是不適合檢測氣體中含有在高溫下分解或與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)，如有機(jī)溶劑和氫氣，不適合檢測ppm級氧氣。氧化鋯傳感器需要在高溫下工作， 當(dāng)檢測氣體中含有機(jī)溶劑時(shí)，有機(jī)溶劑會在電極上產(chǎn)生化學(xué)變化（分解），從而產(chǎn)生一些問題：1）影響電極性能，造成零點(diǎn)漂移；2）影響傳感器壽命；3）在高 溫下檢測氣體中的氧氣會與有機(jī)物反應(yīng)而被消耗掉，使得氧氣檢測的值比實(shí)際值低。
氧化鋯傳感器在檢測過程中不消耗傳感器上的材料，從理論上講，氧化鋯傳感器的壽命比較長，但是由于在高溫下金屬電極的金屬原子會擴(kuò)散到氧化鋯膜中，使得電絕緣性能下降，從而檢測值會有偏差以致傳感器失效，一旦失效只能更換整個探頭，費(fèi)用很高。
2．優(yōu)點(diǎn)
a) 響應(yīng)時(shí)間快
b) 可用于檢測高溫氣體
c) 可以在空氣中儲存，使用方便
3．缺點(diǎn)
a) 不適合檢測含有機(jī)溶劑的氣體
b) 零點(diǎn)容易漂移，測量ppm級氣體時(shí)需要經(jīng)常用標(biāo)準(zhǔn)氣標(biāo)定
c) 只能更換整個探頭，更換費(fèi)用高
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