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微量氧分析儀(燃料電池式)

更新時(shí)間:2018-01-17點(diǎn)擊次數(shù):1424

燃料電池是指原電池中的一種類型。原電池式氧分析儀中的電化學(xué)反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行,不需要外部供電,其綜合反應(yīng)是氣樣中的氧和陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)的結(jié)果生成陽(yáng)極氧化物,這種反應(yīng)類似于氧的燃料反應(yīng),所以這類原電池也稱為“燃料電池”,以便與其他類型的原電池相區(qū)別,安裝有這類原電池的分析儀,我們稱之為燃料電池分析儀。由于陽(yáng)極在反應(yīng)中不斷消耗,因而電池需要定期更換。

 

常見(jiàn)的化學(xué)燃料電池結(jié)構(gòu)圖(酸性)

1—FEP制成的氧擴(kuò)散膜;2—電解液(乙酸);3—用于溫度補(bǔ)償?shù)臒崦綦娮韬拓?fù)載電阻;4—外電路信號(hào)輸出;5—石墨陽(yáng)極;6—金陽(yáng)極

燃料電池式氧分析儀,既可以測(cè)量微量氧,也可以測(cè)量常量氧。若需要測(cè)量常量氧,其測(cè)量測(cè)量精度和長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性肯定不如順磁氧效果好,且電池的壽命因與氧濃度有關(guān),所以測(cè)量常量氧,其壽命也較短。因此,它測(cè)量常量只適合一般要求不高的場(chǎng)合。而測(cè)量微量氧,則是這類儀器的優(yōu)勢(shì)所在,它測(cè)量微量氧的下限為PPM級(jí),而順磁氧為:0.1%(1000PPM)O2,精度高的順磁氧也只能達(dá)到0.01%(100PPM)O2。

過(guò)去,燃料電池的電解質(zhì)均采用電解液,近20年來(lái),由于固體(糊狀)電解質(zhì)應(yīng)用于燃料電池,為了便于區(qū)分,我們將前者稱之為液體燃料電池,后者稱之為固體燃料電池。兩者相比,固體燃料電池比液體燃料電池有一定的*性,但固體能否取代液體,尚難預(yù)料!

在液體燃料電池中,我們根據(jù)燃料電池的性質(zhì),又將液體燃料電池分為堿性燃料電池和酸性燃料電池。

5.1堿性液體燃料電池氧傳感器

堿性液體燃料電池由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成,適合于一般場(chǎng)合,既可測(cè)微量氧,也可測(cè)常量氧。當(dāng)樣品氣中含有酸性成分(如CO2、H2S、CL2、SO2、NOX等)時(shí),會(huì)與堿性電解液起中和反應(yīng)并對(duì)銀電極有腐蝕作用,造成電解池性能的衰變,出現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間變慢、靈敏度降低等現(xiàn)象,因此它不適合酸性成分的氣體測(cè)量。

 

堿性液體燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖

上圖為一款edyne公司的堿性液體燃料電池氧傳感器的原理結(jié)構(gòu)。它是由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成,接觸金屬片作為電極引線分別與陰極和陽(yáng)極相連,電解液通過(guò)上表面陰極的眾多圓孔外溢形成薄薄的一層電解質(zhì),電解質(zhì)薄層的上面覆蓋了一張可以滲透氣體的聚四氟乙烯(PTFE)膜。

樣品氣經(jīng)過(guò)滲透膜進(jìn)入薄層電解質(zhì),氣樣中的氧在電池中進(jìn)行下述電化學(xué)反應(yīng):

銀陰極:O2+2H2O+4e4OH

   鉛陽(yáng)極:2Pb+4OH2PbO+2H2O+4e

   電池綜合反應(yīng):O2+2Pb2PbO

此反應(yīng)是不可逆的,OH-離子流產(chǎn)生的電流與樣品氣中的氧的濃度成比例。在沒(méi)有氧存在時(shí),不會(huì)發(fā)生反應(yīng),也不會(huì)產(chǎn)生電流,傳感器零點(diǎn)。陽(yáng)極的鉛(Pb)在反應(yīng)中不斷變成氧化鉛,直到鉛電極耗盡為止,就象某些燃料被氧化燒盡一樣。

5.2燃料電池式使用注意事項(xiàng):

①燃料電池的壽命與所測(cè)氧的濃度有關(guān),濃度越大,陽(yáng)極消耗越多,電池壽命越短。一旦電池達(dá)到壽命,讀數(shù)銳減為零,此時(shí)應(yīng)更換燃料電池。

②儀器正常維護(hù)量較小,通常3個(gè)月量程氣單標(biāo)一次即可。接近電池壽命耗盡的時(shí)候,可通過(guò)讀數(shù)變化或標(biāo)定時(shí),電位補(bǔ)償?shù)娜?shù)來(lái)判斷,新電池一般為4圈左右,快耗盡的電池,一般在7圈以上,一旦達(dá)到7圈,就應(yīng)考慮更換電池,否則,其后的測(cè)量數(shù)值就會(huì)明顯不準(zhǔn)且反應(yīng)速度慢。

③電池的正常壽命一般為半年左右,從出廠日算起,常備的備用電池要考慮時(shí)效性,不要一味儲(chǔ)存燃料電池。

④燃料電池的儲(chǔ)存,將燃料電池密封袋置于充氮保護(hù)中。需要更換時(shí)再打開(kāi)密封袋。
注意:備用的燃料電池的短路環(huán)應(yīng)插入短路端中,一旦取下短路環(huán),需將電池迅速裝入分析儀測(cè)量腔中。

⑤分析儀停用期間,使用零點(diǎn)氮?dú)膺M(jìn)行吹掃保護(hù)或?qū)x器測(cè)量腔兩端的截止閥關(guān)閉。

注意1:通常零點(diǎn)氮?dú)獾拇祾弑Wo(hù),要比關(guān)閥保護(hù)效果要好,建議采用此招。

注意2:高含量的氧(包括空氣)滲入燃料電池測(cè)量腔,對(duì)燃料電池的壽命影響極大,千萬(wàn)要注意!

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